Атмосфера Земли - meteonaa.esy.es

Атмосфера Земли
Лектор: д.т.н., профессор Гусейнов Н.Ш.
Строение атмосферы

Состав, Объем и Вертикальное изменение
атмосферы
Состав

Объем
Азот
(N2) 78%
Кислород (O2) 21%
Другие (1%)
 Карбон
диоксид (CO2) 0.035%
углекислый газ
 Озон + Другие(Неон, Ксенон и другие)
Водяной
пар (переменная от 0 - 4% в
местном масштабе)
Состав


Анализ атмосферы не показывает
изменения в своем составе, по крайней мере
до 60 км
за исключением увеличивающихся
концентраций Озона в верхней
Стратосфере.
Состав


Состав сухого воздуха в атмосфере до высоты 9095 км остается практически постоянным.
Только водяной пар изменяет свое состояние
 вода
 газ  твердые частицы
Круговорот воды в атмосфере
Облака
Осадки
Водяной пар
Конденсация
(облака)
Испарение
6



Влажность
Масса
Перемещение
7
Свойства атмосферы земли

Атмосфера земли изменяется по вертикали и
горизонтали с точки зрения нижеперечисленных
элементов:
- Давление
- Температура
- Плотность
- Влажность
Вертикальное разделение



Атмосфера распространяется на
приблизительно 1000 км выше поверхности
земли и
состоит из нескольких слоев, со свойствами.
Слои определяется температурным
профилем как показано в следующей
диаграмме.
Вертикальное разделение
Ионосфера
Кривая температуры
11
Тропосфера
Нижний слой у поверхности Земли
 Содержит 80% атмосферного воздуха
 Температура понижается с высотой
 До тропопаузы понижение продолжается
 Зона вертикального смешивания в
результате конвекции
 Содержит большую часть водяного пара
 Образуются облака, формируются
атмосферные явления
 Снизу нагретый воздух
Тропопауза





Верхняя граница облаков и погоды
Самые низкие температуры на этом
уровне
Самые сильные ветры
Высота изменяется согласно сезону и
широте
Уменьшения H2O , увеличения O3
Температура на
соответствующих
высотах тропопаузы
Экватор
Широта
50N
Полюса
Высота
Тропопаузы
Температура
тропопаузы
56 000 ft
-75C
37 000 ft
-55C
27 000 ft
-45C
Изменения на высоте
Тропопаузы






Толщина Тропосферы изменяется согласно
температуре.
Ниже, когда воздух холодный (то есть полярные
широты)
Выше, когда воздух теплый (то есть
экваториальные широты)
Высота зависит от сезона и широты
Самые холодные температуры по экватору
Разрыв внутри тропопаузы вызванный
реактивными струями
Изменение давления поверхности
с высотой Тропопаузы

Высокая тропопауза
 высокая
воздушная колонка
 высокое поверхностное давление
 более распространенный летом
 близко экватору
 низкая тропопауза
 низкая воздушная колонка
 низкое поверхностное давление
 около полярных широт
тропическая
тропопауза 1
середина
широты
тропопаузы 2
полярная
тропопауза 3
JA, JB, JC = J
реактивные струи
арктическая
тропопауза 4
широта
Высота/температура график
тропопаузы
17
Слоистая структура, определенная температурным профилем
через атмосферу.
ТЕРМОСФЕРА
Мезопауза
МЕЗОСФЕРА
Облако
теплая область озона
Стратопауза
Облако
Стратосфера
Тропопауза
ТРОПОСФЕРА
ТЕМПЕРАТУРА 0C
Высота (км)
воздушный шар
радиоотражатель
зонд
Температура 0C
средняя широта тропопаузы
полярная тропопауза
тропическая тропопауза
Радиозонд
19
Международная стандартная атмосфера


Международная стандартная атмосфера (сокр.
МСА, англ. ISA) — гипотетическое вертикальное
распределение температуры, давления и плотности
воздуха в атмосфере Земли, которое по
международному соглашению представляет
среднегодовое и среднеширотное состояние.
Для МСА принимают следующие условия:
давление воздуха на среднем уровне моря при
температуре 15 °C равно 1013 мб (760 мм рт. cт.),
температура уменьшается по вертикали с
увеличением высоты на 6,5 °C на 1 км (1,98 °C на
1000 фут) до уровня 11 км (условная высота
начала тропопаузы), где температура становится
равной −56,5 °C и почти перестаёт меняться.
20
Высота (м)
Международная стандартная атмосфера
температура
21
Международная стандартная
атмосфера
Средняя
температура на
уровне моря
15°C; 288K
Давление на
уровне моря
1013.25 mb
Плотность на
уровне моря
1225 gm/m3
Температура
Уменьшение 1.98°C/1000 ft (6.5°C/km) to 11000 m (36090 ft).
Изотермический –56.5°C to 20,000 m (65617 ft).
Увеличение 0.3°C/1000ft (1°C/km) to 32,000 m (104987 ft).
22
Все параметры атмосферы значительно изменяются
в пространстве и времени. Такие изменения
значений метеорологических величин приводят к
тому, что становится невозможным прямое
сравнение результатов различных испытаний
авиационной техники. Для того чтобы результаты
испытаний можно было сравнивать, а также для
выполнения в оперативной работе общих
международных процедур (например, определение
эшелонирования) введено понятие стандартная
атмосфера.
Стандартная атмосфера представляет собой
осредненные значения метеорологических величин у
Земли и на высотах, которые приняты во всем мире
и которые не зависят не от географического района,
не от времени года, не от времени суток.
23
Стандартный уровень давления
Давление (мб)
1000
700
500
400
300
250
200
150
Приблизительна
ая высота
Уровень моря
10,000 ft.
18,000 ft.
24,000 ft.
30,000 ft.
34,000 ft.
39,000 ft.
45,000 ft.
24
Стратосфера



Температура увеличивается с высотой
(приблизительно до 50 км).
Содержит теплую область озона в
верхних уровнях в слое 40-50 км.
Перламутровые облака формируются
приблизительно в 20-30 км
Перламутровые облака
Стратопауза


Отмечается верхний предел (50 км)
стратосферы.
Максимальная температура ниже
точки замерзания.
Мезосфера



Область уменьшения температуры
Серебристые облака формируются
приблизительно в слое 80 - 85 км.
Формируются обычно летом,
полночь в Северном полушарии.
Мезопауза



Отмечается верхний предел
Мезосферы.
Высота приблизительно 80-90
км.
Температура изменяется между120°C (летом) & - 50°C (зимой) в
высоких широтах.
Термосфера



Зона увеличения температуры.
Верхняя граница не определена.
Объединяет Экзосферу и
Ионосферу.
Озон в стратосфере



90% озона
помещается здесь.
Поглощает вредную
ультрафиолетовую
радиацию.
Ультрафиолетовая
радиация:
вызывает рак кожи.
 разрушает
молекулы ДНК.




Сильно поглощает
земную радиацию ИК
Поглощенная
энергия повторно
излучается обратно
к земле.
Поддерживает
тепловой баланс в
атмосфере
Образование озона


Озон образовывается
взаимодействием молекулярной
O2 и ультрафиолетовой
радиации
 O2
+ UV  O + O
 O2
+ O  O3
Озон формируется, главным
образом, выше 25 км
Разрушение озона


Озон также разрушается
ультрафиолетовой радиацией.
O3 + UV  O2 + O
 O3


+ O  2O2
Озон также разрушается
столкновением между двумя
молекулами озона.
O3 + O3  3O2
Баланс озона




Озон между слоями 25 и 35 км
сохраняется тонким нормальным
балансом.
Озон может уменьшаться атмосферными
явлениями, например, солнечными
вспышками и космическими лучами.
Загрязнители, как например, фтор
Углероды также уничтожают озон.