Атмосфера стратосфера тропосфера картинки


Атмосфера. ОблакаАтмосфера земли. Ее структура и свойства. Земля — единственная планета в солнечной системе с атмосферой, способной поддерживать нашу с вами жизнь. 

Атмосфера Земли представляет собой смесь газов, окружающую планету. Помимо предоставления нам возможности дышать, атмосфера защищает нас от большей части вредного ультрафиолетового излучения Солнца, способствует нагреву поверхности нашей планеты примерно на 33 °C посредством парникового эффекта и в значительной степени предотвращает экстремальные различия между дневными и ночными температурами.


Атмосфера Земли имеет толщину около 480 километров, но большая ее часть находится в пределах 16 км от поверхности. Давление воздуха уменьшается с высотой. На уровне моря давление воздуха составляет около 1 кг на квадратный сантиметр. На высоте 3 км давление воздуха составляет 0,7 кг на квадратный см. Там также меньше кислорода, и становится труднее дышать.

Какие газы составляют атмосферу Земли. Атмосфера Земли представляет собой тонкий слой газов, который окружает Землю. Он состоит из 78% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, 0,03% углекислого газа и некоторого незначительного количества других газов, каждый из которых составляет менее 1% газовой смеси атмосферы. Атмосфера также включает водяной пар. Количество присутствующего водяного пара сильно варьируется, но в среднем составляет около 1%. Есть также много мелких частиц — твердых и жидких — «парящих» в атмосфере. Эти частицы, которые ученые называют «аэрозолями», включают пыль, споры и пыльцу, соль из морских брызг, вулканический пепел, дым и многое другое.

Атмосфера стратосфера тропосфера картинки
tmosfery.png" data-sizes="(max-width: 720px) 100vw, 720px" class="aligncenter" src="https://o-nashey-planete.ru/wp-content/uploads/2020/01/Himicheskij-sostav-atmosfery.png" />
Атмосфера Земли содержит много различных химических соединений в газообразной форме. Эта простая диаграмма показывает некоторые из этих химических веществ и отдельные их источники, включая деревья, животных и человеческую деятельность. Химические вещества, изображенные на этом рисунке, включают азот (N2), кислород (O2), углекислый газ (CO2), метан (CH4), монооксид углерода (CO) и диоксид серы (SO2). Вода (H2O) также присутствует в атмосфере, как водяной пар и в виде крошечных капель или кристаллов льда, которые мы знаем как облака. Подавляющее большинство атмосферы состоит из азота (78%) и кислорода (21%). Остальные газы вместе взятые составляют лишь около 1% атмосферы. Наряду со всеми этими различными газами, атмосфера также содержит множество крошечных частиц и капель жидкости, которые ученые называют аэрозолями. Пыль, сажа от пожаров и соль от морских брызг — вот несколько типов аэрозолей.

Основные слои земной атмосферы. Атмосфера Земли имеет ряд слоев, каждый из которых имеет свои специфические черты. Двигаясь вверх от уровня земли, эти слои называют тропосферой, стратосферой, мезосферой, термосферой и экзосферой. Экзосфера постепенно исчезает в сфере межпланетного пространства. Между атмосферой и космосом нет четкой границы, но воображаемая линия на высотах от 100 до 120 км от поверхности, называемая линией Кармана, обычно является тем местом, где ученые говорят, что атмосфера встречается с космосом. Тем не менее, существуют очень тонкие, но измеримые следы атмосферных газов в сотнях километрах над поверхностью Земли.

Атмосфера Земли. Строение
Строение атмосферы Земли

Тропосфера — самый нижний слой атмосферы Земли


Тропосфера самый низкий слой нашей атмосферы. Начиная с уровня земли, он простирается вверх примерно на 10 км над уровнем моря. Мы, люди, живем в тропосфере, и почти вся погода формируется в этом нижнем слое. Большинство облаков появляются здесь, главным образом потому, что 99% водяного пара в атмосфере находится в тропосфере.  Тропосфера — безусловно, самый влажный слой атмосферы; все другие вышеперечисленные слои содержат очень мало влаги. Давление воздуха падает, и температура становится ниже, когда вы поднимаетесь выше в тропосфере.

Высота слоя тропосферы изменяется в зависимости от широты (она самая низкая над полюсами и самая высокая на экваторе) и по сезонам (она ниже зимой и выше летом). Он может достигать 20 км около экватора и всего 7 км над полюсами зимой.

Воздух самый теплый на уровне земли и становится холоднее, когда поднимаешься ввысь через тропосферу. Вот почему вершины высоких гор могут быть покрыты снегом даже летом.

Давление и плотность воздуха также уменьшаются с высотой. Вот почему в кабинах высоко летающих реактивных самолетов приходится принудительно нагнетать повышенное по-сравнению с «забортным» давление.

Слой непосредственно над тропосферой называется стратосферой. Граница между тропосферой и стратосферой называется «тропопауза».

Стратосфера — второй слой атмосферы


Стратосфера — это второй по счету слой земной атмосферы. Тропосфера, самый нижний слой, находится прямо под стратосферой. Следующим более высоким слоем над стратосферой является мезосфера.

Низ этого слоя находится в 10 км над землей в средних широтах. Верхняя граница стратосферы простираеся до высоты 50 км.  Высота нижней границы стратосферы изменяется в зависимости от широты и времени года и может достигать 20 км вблизи экватора и всего 7 км у полюсов зимой. Нижняя граница стратосферы называется тропопаузой; верхняя граница называется стратопаузой.

Озон, особая форма молекулы кислорода, относительно распространенный в стратосфере, способствует нагреванию этого слоя, поскольку поглощает энергию поступающего ультрафиолетового излучения Солнца. Температура поднимается по мере продвижения вверх через стратосферу. Это прямо противоположно поведению в тропосфере, в которой мы живем, где температура падает с увеличением высоты. Из-за этой температурной вариации в стратосфере наблюдается очень небольшая конвекция и перемешивание, поэтому слои воздуха там довольно стабильны. Коммерческие самолеты летают в нижней стратосфере, чтобы избежать турбулентности, которая распространена в нижнем слое — тропосфере.


Стратосфера очень сухая; воздух там содержит мало водяного пара. Из-за этого в этом слое мало облаков; почти все облака встречаются в нижней, более влажной тропосфере. Полярные стратосферные облака (ПСО) являются исключением. ПСО появляются в нижней стратосфере вблизи полюсов зимой. Они обнаруживаются на высотах от 15 до 25 км и образуются только тогда, когда температура на этих высотах опускается ниже -78 °C. По-видимому, они способствуют образованию печально известных дыр в озоновом слое путем «поощрения» определенных химических реакций, которые разрушают озон. ПСО также называют перламутровыми облаками.

Воздух в верхней части стратосферы примерно в тысячу раз более разряжен, чем на уровне моря. Из-за этого реактивные самолеты и метеозонды достигают своих максимальных эксплуатационных высот именно в стратосфере.

Из-за отсутствия вертикальной конвекции в стратосфере материалы, которые попадают в этот слой, могут оставаться там в течение длительного времени. Так обстоит дело с озоноразрушающими химическими веществами, называемыми хлорфторуглеродами (фреонами). 

Сильные извержения вулканов и сильные воздействия метеоритов могут выбросить аэрозольные частицы в стратосферу, где они могут задерживаться на месяцы или годы, иногда изменяя глобальный климат Земли. Выхлопы ракетных двигателей также попадают в стратосферу, что приводит к неопределенным последствиям.

В стратосфере встречается редкий тип электрического разряда, несколько похожий на молнию. Эти «синие струи» (blue jets) появляются над грозами и простираются от нижней части стратосферы до высот 40 или 50 км.

Мезосфера. Описание


Мезосфера находится прямо над стратосферой и ниже термосферы. Он простирается примерно от 50 до 85 км над нашей планетой.

Температура уменьшается с высотой по всей мезосфере. Самые холодные температуры в атмосфере Земли, около -90 °C, находятся в верхней части этого слоя.

Граница между мезосферой и термосферой над ней называется мезопаузой. В нижней части мезосферы находится стратопауза.

Мезосферу трудно изучать, поэтому об этом слое атмосферы известно меньше, чем о других слоях. Метеозонды и другие летательные аппараты не могут летать достаточно высоко, чтобы достичь мезосферы. Спутники находятся на орбите над мезосферой и не могут напрямую определять характеристики этого слоя. Ученые используют различные инструменты на зондирующих ракетах, чтобы непосредственно изучать мезосферу, но такие полеты короткие и нечастые. Поскольку проводить измерения мезосферы непосредственно с помощью инструментов трудно, многое о мезосфере все еще остается невыясненным.

Метеорологический зонд.  <script async data-wpfc-original-src=
-planete.ru/wp-content/uploads/2020/01/meteozond_2.jpg 1600w" data-src="https://o-nashey-planete.ru/wp-content/uploads/2020/01/meteozond_2-1024x493.jpg" data-sizes="(max-width: 1024px) 100vw, 1024px" class="aligncenter" src="https://o-nashey-planete.ru/wp-content/uploads/2020/01/meteozond_2-1024x493.jpg" />
Метеорологический зонд

Большинство метеоров испаряются в мезосфере. Некоторый метеоритный материал задерживается в мезосфере, в результате чего этот слой имеет относительно высокую концентрацию атомов железа и других металлов.

В мезосфере вблизи полюсов иногда образуются очень странные облака, называемые «серебристыми облаками» или «полярными мезосферными облаками». Эти своеобразные облака образуются намного выше, чем облака других типов. Мезосфера, как и стратосфера под ней, намного суше, чем влажная тропосфера, в которой мы живем, что делает образование облаков в этом слое немного неожиданным. 

Серебристые облака:

В мезосфере иногда появляются странные электрические разряды, похожие на молнии, называемые «спрайтами» и «эльфами», на десятки километров выше грозовых облаков в тропосфере.


Тип электрических разрядов – красный спрайт
Наверное, некоторые из вас видели красноватую вспышку высоко-высоко в небе. Это еще один тип электрических разрядов – красный спрайт. Снимки «спрайтов» впервые удалось получить летом 2005 г. в Колорадо: их фотографировали при помощи специальной камеры со скоростью 5 тыс. кадров в секунду. Его цвет часто соответствует названию, но совсем не обязательно. Обычно такая вспышка длится несколько секунд – намного больше, чем большинство других типов электрических разрядов. По сути, хорошо различить можно только самые яркие из спрайтов. Часто их описывают как нечто, похожее на гигантских медуз на самой вершине бури. Спрайты нередко ошибочно относят к высотным молниям, но в них не происходит нагревания вещества до характерных для настоящих молний температур. Спрайты больше похожи на разряды в люминесцентных лампах, их можно отнести к явлению, связанному с холодной плазмой.

Спрайты над Италией
Спрайты над Северной Италией, август 2019 г.

Стратосферу и мезосферу вместе иногда называют средней атмосферой.

Термосфера. Особенности

Термосфера — это слой атмосферы Земли, находящийся прямо над мезосферой и ниже экзосферы. Он простирается от 90 км до 500-1000 км над нашей планетой.

Температура резко поднимается в нижней термосфере (200–300 км над уровнем моря), затем выравнивается и держится достаточно стабильно с увеличением высоты. Солнечная активность сильно влияет на температуру в термосфере. Термосфера обычно примерно на 200 °C горячее днем, чем ночью, и примерно на 500 °C горячее при повышенной Солнечной активности. Температура в верхней термосфере может находиться в диапазоне от 500 °C до 2000 °C или выше.

Граница между термосферой и экзосферой над ней называется термопаузой. В нижней части термосферы находится мезопауза.

Хотя термосфера считается частью атмосферы Земли, плотность воздуха в этом слое настолько низкая, что большая часть термосферы — это то, что мы обычно считаем космическим пространством. На самом деле, наиболее распространенное определение гласит, что космическое пространство начинается на высоте 100 км, немного выше мезопаузы в нижней части термосферы. Международная космическая станция находится на орбите Земли в термосфере!

Международная космическая станция
Международная космическая станция

Ниже термосферы газы, состоящие из атомов и молекул разных типов, перемешиваются турбулентностью в атмосфере. Воздух в нижних слоях атмосферы в основном состоит из знакомой смеси 80% молекул азота (N2 ) и 20% молекул кислорода (O2 ). В термосфере и выше газовые частицы сталкиваются так редко, что молекулы газов становятся одноатомными. В верхней термосфере атомарный кислород (O), атомарный азот (N) и гелий (He) являются основными компонентами воздуха.

Большая часть рентгеновского и ультрафиолетового излучения Солнца поглощается в термосфере. Когда Солнце становится очень активным и излучает больше энергии, термосфера нагревается и расширяется. Из-за этого высота верхней границы термосферы (термопауза) меняется. Термопауза находится на высоте от 500 до 1000 км, иногда и выше. Поскольку многие спутники вращаются внутри термосферы, изменение плотности очень разряженного воздуха на орбитальных высотах, вызванное нагревом и расширением термосферы, создает силу трения для вращения спутников. Инженеры должны учитывать это изменяющееся сопротивление полетам при расчете орбит, и спутники иногда нужно поднимать выше, чтобы компенсировать влияние силы сопротивления.

Высокоэнергетические солнечные фотоны также отрывают электроны от газовых частиц в термосфере, создавая электрически заряженные ионы атомов и молекул. Ионосфера Земли, состоящая из нескольких областей таких ионизированных частиц в атмосфере, находится в одном и том же пространстве с электрически нейтральной термосферой.

Как и в океанах, в атмосфере Земли есть волны и приливы. Эти волны и приливы переносят энергию в атмосфере, включая термосферу. Ветры и общая циркуляция в термосфере в значительной степени обусловлены этими приливами и волнами. Движущиеся ионы, увлекаемые столкновениями с электрически нейтральными газами, производят мощные электрические токи в некоторых частях термосферы.

Наконец, полярные сияния (южное и северное сияние) в основном встречаются в термосфере. Заряженные частицы (электроны, протоны и другие ионы) из космоса сталкиваются с атомами и молекулами в термосфере в высоких широтах, переводя их в более высокие энергетические состояния. Эти атомы и молекулы теряют эту избыточную энергию, испуская фотоны света, которые мы видим как красочные полярные сияния.

Экзосфера. Особенности

Экзосфера является самой верхней областью земной атмосферы, поскольку она постепенно исчезает в космическом вакууме. Воздух в экзосфере чрезвычайно разряжен — во многих отношениях он почти такой же, как и безвоздушная пустота космического пространства.

Нижнюю границу экзосферы, граничащую с термосферой называют термопаузой, иногда — экзобазой. Высота нижней границы экзосферы меняется. Когда на Солнце появляются солнечные пятна, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения Солнца нагревают и «нагнетают» термосферу, поднимая высоту термопаузы до высот около 1000 км над поверхностью Земли. Когда Солнце менее активно, солнечная радиация менее интенсивна, и термопауза опускается примерно до 500 км от поверхности Земли.

Не все ученые согласны с тем, что экзосфера действительно является частью атмосферы. Некоторые ученые считают, что термосфера является самой верхней частью атмосферы Земли, и считают, что экзосфера на самом деле является лишь частью космоса. Однако другие ученые считают экзосферу частью атмосферы нашей планеты.

Поскольку экзосфера постепенно исчезает в космическом пространстве, нет четкой верхней границы этого слоя. Согласно одному из определений внешнего предела экзосферы, самый верхний край атмосферы Земли находится на расстоянии около 190 000 км, примерно на полпути до Луны. На этом расстоянии радиационное давление солнечного света оказывает большее влияние на атомы водорода, чем притяжение земной гравитации. Слабое свечение ультрафиолетового излучения, рассеянного атомами водорода в самой верхней атмосфере, было обнаружено спутниками на высоте 100 000 км. Эта область ультрафиолетового свечения называется геокороной.

Ниже экзосферы молекулы и атомы атмосферных газов постоянно сталкиваются друг с другом. Однако воздух в экзосфере настолько разряжен, что такие столкновения очень редки. Атомы и молекулы газа в экзосфере движутся по «баллистическим траекториям», напоминающим дугообразный полет брошенного шара (или выстрела из пушечного ядра!), когда его траектория постепенно изгибается назад к Земле под действием силы тяжести. Большинство частиц газа в экзосфере движутся по криволинейным траекториям, никогда не ударяясь о другой атом или молекулу, и в конечном итоге из-за силы тяжести возвращаются обратно в нижнюю атмосферу. Однако некоторые из более быстро движущихся частиц не возвращаются на Землю — вместо этого они улетают в космос! Таким образом, небольшая часть нашей атмосферы каждый год «утекает» в космос.

Хотя экзосфера технически является частью атмосферы Земли, во многих отношениях она является частью космического пространства. Многие спутники, включая Международную космическую станцию ​​(МКС), находятся на орбите в пределах экзосферы или ниже ее. Например, средняя высота МКС составляет около 330 км, фактически находясь в пределах термосферы ниже экзосферы!

Хотя атмосфера земли очень и очень разряжена в термосфере и экзосфере, воздуха все еще достаточно для того, чтобы вызвать небольшое сопротивление полету спутников, которые вращаются в этих слоях. Эта сила сопротивления постепенно замедляет космические корабли на их орбитах, так что в конечном итоге они выпадают с орбиты и сгорают, возвращаясь в атмосферу, если не предпринимаются какие-либо действия, чтобы поднять их обратно вверх. МКС теряет около 2 км высоты каждый месяц из-за такого «спада орбиты», и ей необходимо периодически давать восходящий импульс ракетными двигателями, чтобы удержать на орбите.

Источник: o-nashey-planete.ru

Привет, друзья!

Эта тема должна была появится на сайте одной из первых. Ведь самолеты и вертолеты – атмосферные летательные аппараты. Атмосфера Земли – их, так сказать, среда обитания :-). А физические свойства воздуха как раз и определяют качество этого обитания :-). То есть это одна из основ. И об основе всегда пишут вначале. Но сообразил я об этом только сейчас. Однако лучше, как известно, поздно, чем никогда… Коснемся этого вопроса, в дебри и ненужные сложности однако не залезая :-).

Итак… Атмосфера Земли. Это газовая оболочка нашей голубой планеты. Такое название всем известно. А почему голубая? Просто потому, что «голубая» ( а также синяя и фиолетовая ) составляющая солнечного света (спектра) наиболее хорошо рассеивается в атмосфере, окрашивая ее тем самым в голубовато-синеватые, иногда с оттенком фиолетового тона (в солнечный день, конечно :-)).

Состав атмосферы достаточно широк. Перечислять в тексте все составляющие не буду, для этого есть хорошая иллюстрация.Состав всех этих газов практически постоянен, за исключением углекислого газа (СО2). Кроме того в атмосфере обязательно содержится вода в виде паров, взвеси капель или кристаллов льда. Количество воды непостоянно и зависит от температуры и, в меньшей степени, от давления воздуха. Кроме того атмосфера Земли (особенно нынешняя) содержит и определенное количество я бы сказал «всякой гадости» :-). Это SO2, NH3, CO, HCl, NO, кроме того есть там пары ртути Hg. Правда все это находится там в небольших количествах, слава богу :-).

Атмосферу Земли принято делить на несколько следующих друг за другом по высоте над поверхностью зон.

Первая, самая близкая к земле — это тропосфера. Это самый нижний и, так сказать, основной слой для жизнедеятельности разного вида. В нем содержится 80% массы всего атмосферного воздуха (хотя по объему она составляет всего около 1% всей атмосферы) и около 90% всей атмосферной воды. Основная масса всех ветров, облаков, дождей и снегов 🙂 — оттуда. Тропосфера простирается до высот порядка 18 км в тропических широтах и до 10 км в полярных. Температура воздуха в ней падает с подъемом на высоту примерно 0,65º  на каждые 100 м.

Зона вторая – стратосфера. Надо сказать, что между тропосферой и стратосферой выделяют еще одну узкую зону – тропопаузу. В ней прекращается падение температуры с высотой. Тропопауза имеет среднюю толщину 1,5- 2 км, но границы ее нечетки и тропосфера часто перекрывает стратосферу.

Так вот стратосфера имеет высоту в среднем от 12 км до 50 км. Температура в ней до 25 км остается неизменной (порядка -57ºС), затем где-то до 40 км повышается примерно до 0ºС и далее до 50 км остается неизменной. Стратосфера – относительно спокойная часть атмосферы земли. Неблагоприятные погодные условия в ней практически отсутствуют. Именно в стратосфере располагается знаменитый озоновый слой на высотах от 15-20 км до 55-60 км.

Далее следует небольшой пограничный слой стратопауза, температура в которой сохраняется около 0ºС, и затем следующая зона мезосфера. Она простирается до высот 80-90 км, и в ней температура падает примерно до 80ºС. В мезосфере обычно становятся видны мелкие метеоры, которые начинают в ней светиться и там же сгорают.

Следующий узкий промежуток – мезопауза и за ней зона термосфера. Ее высота – до 700-800 км. Здесь температура опять начинает повышаться и на высотах порядка 300 км может достигать величин порядка 1200ºС. Далее она остается постоянной. Внутри термосферы до высоты около 400 км расположена ионосфера. Здесь воздух сильно ионизирован из-за воздействия солнечной радиации и обладает большой электропроводностью.

Следующая и, вобщем-то, последняя зона – экзосфера. Это так называемая зона рассеяния. Здесь в основном присутствует очень сильно разреженный  водород и гелий (с преобладанием водорода). На высотах порядка 3000 км экзосфера переходит в ближнекосмический вакуум.

Вот примерно где-то так. Почему примерно? Потому что слои эти достаточно условны. Возможны различные изменения высоты, состава газов, воды, величины температуры, ионизации и так далее. Кроме того существует еще немало терминов, определяющих строение и состояние атмосферы земли.

Например гомосфера и гетеросфера. В первой атмосферные газы хорошо перемешаны, и их состав достаточно однороден. Вторая расположена выше первой и такого перемешивания там уже практически нет. Газы в ней разделяет гравитация. Граница между этими слоями расположена на высоте 120 км, и называется она турбопауза.

С терминами пожалуй покончим, но обязательно еще добавлю, что условно принято считать, что граница атмосферы расположена на высоте 100 км над уровнем моря. Эта граница называется Линия Кармана.

Добавлю еще две картинки для иллюстрации строения атмосферы. Первая, правда, на немецком, но зато полная и достаточно легка в понимании :-). Ее можно увеличить и хорошо рассмотреть. Вторая показывает изменение температуры атмосферы с высотой.

Современные пилотируемые орбитальные космические аппараты летают на высотах около 300-400 км. Однако это уже не авиация, хотя область, конечно, в определенном смысле близкородственная, и мы о ней еще непременно поговорим :-).

Зона авиации – это тропосфера. Современные атмосферные летательные аппараты могут летать и в нижних слоях стратосферы. Например практический потолок МИГ-25РБ – 23000 м.

И именно физические свойства воздуха тропосферы определяют каким будет полет, насколько будет эффективна система управления самолета, как будет влиять на него турбулентность в атмосфере, как будут работать двигатели.

Первое основное свойство – это температура воздуха. В газодинамике она может определяться по шкале Цельсия либо по шкале Кельвина.

Температура t1 на заданной высоте Н по шкале Цельсия определяется:

t1 = t — 6,5Н , где t – температура воздуха у земли.

Температура по шкале Кельвина называется абсолютной температурой, ноль по этой шкале – это абсолютный ноль. При абсолютном нуле прекращается тепловое движение  молекул. Абсолютный ноль по шкале Кельвина соответствует -273º по шкале Цельсия.

Соответственно температура Т на высоте Н по шкале Кельвина определяется:

T = 273K + t — 6,5H

Давление воздуха. Атмосферное  давление измеряется в Паскалях (Н/м2), в старой системе измерения в атмосферах (атм.). Существует еще такое понятие как барометрическое давление. Это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба при помощи ртутного барометра. Барометрическое давление (давление на уровне моря) равное 760 мм рт. ст. называется стандартным. В физике 1 атм. как раз и равна 760 мм рт.ст.

Плотность воздуха. В аэродинамике чаще всего пользуются таким понятием, как массовая плотность воздуха. Это масса воздуха в 1 м3 объема. Плотность воздуха с высотой меняется, воздух становится более разреженным.

Влажность воздуха. Показывает количество воды, находящееся в воздухе. Существует понятие «относительная влажность». Это отношение массы водяного пара к максимально возможной при данной температуре. Понятие 0%, то есть когда воздух совершенно сухой может существовать вобщем-то только в лаборатории. С другой стороны 100%-ная влажность вполне реальна. Это означает, что воздух впитал в себя всю воду, которую мог впитать. Что-то типа абсолютно «полной губки». Высокая относительная влажность снижает плотность воздуха, а малая, соответственно повышает.

В связи с тем, что полеты самолетов происходят при разных атмосферных условиях, то и их полетные и аэродинамические параметры на одном режиме полета могут быть различными. Поэтому для правильной оценки этих параметров введена Международная стандартная атмосфера (МСА). Она показывает изменение состояния воздуха с подъемом на высоту.

За основные  приняты  параметры состояния воздуха при нулевой влажности:

давление  P = 760  мм рт. ст. (101,3 кПА);

температура  t = +15°C (288 К);

массовая плотность ρ = 1,225 kg/m3;

Для МСА принято (как уже было сказано выше :-)), что температура падает в тропосфере на 0,65º на каждые 100 метров высоты.

Таблицы МСА используются при градуировании пилотажно-навигационных приборов, а также для штурманских и инженерных расчетов.

Физические свойства воздуха включают в себя также такие понятия как инертность, вязкость и сжимаемость.

Инертность — свойство воздуха, характеризующее его способность сопротивляться изменению состояния покоя или равномерного прямолинейного движения. Мерой инертности является массовая плотность воздуха. Чем она выше, тем выше инертность и сила сопротивления среды при движении в ней самолета.

Вязкость. Определяет сопротивление трения об воздух при движении самолета.

Сжимаемость определяет изменение плотности воздуха при изменении давления. На малых скоростях движения летательного аппарата (до 450 км/ч) изменения давления при обтекании его воздушным потоком не происходит, но при больших скоростях начинает проявляться эффект сжимаемости. Особенно сказывается его влияние на сверхзвуке. Это отдельная область аэродинамики и тема для отдельной статьи :-).

Ну вот кажется пока все… Пора закончить это слегка нудноватое перечисление, без которого однако не обойтись :-). Атмосфера Земли, ее параметры, физические свойства воздуха также важны для летательного аппарата, как и параметры самого аппарата, и о них нельзя было не упомянуть.

Пока, до следующих встреч и более интересных тем 🙂 …

P.S. На сладкое предлагаю посмотреть ролик снятый из кабины спарки МИГ-25ПУ при его полете в стратосферу. Снимал, видимо, турист, у которого есть деньги для таких полетов :-). Снято в основном все через лобовое стекло. Обратите внимание на цвет неба…

Источник: avia-simply.ru

Тропосфера

Тропосфера — это самый плотный слой атмосферы и, следовательно, самый близкий к Земной поверхности. Общая масса атмосферы оценивается в 5х1018 кг, и 75% этого количества находится в тропосфере.

Толщина тропосферы колеблется от 8 км до 14 км, в зависимости от региона Земли. Самые тонкие места (где толщина достигает 8 км) находятся на северном и южном полюсах.

Поскольку это самый нижний слой атмосферы, тропосфера ответственна за жизнь на планете, а также там, где происходят почти все климатические явления. Термин «тропосфера» происходит от греческого «tropos» (означает «изменение»), чтобы отразить динамический характер изменений климата и поведение этого слоя атмосферы.

Область тропосферы, которая ограничивает её конец и начало стратосферы, называется тропопаузой. Тропопауза легко идентифицируется по различным картинам распределения давления и температурам каждого слоя.

Состав тропосферы

По объёму тропосфера состоит из 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона и 0,04% углекислого газа. Воздух также состоит из меняющихся процентных показателей водяного пара, который попадает в тропосферу через явление испарения.

Температура тропосферы

Как и давление, температура в тропосфере также уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что почва поглощает бóльшую часть солнечной энергии и нагревает нижние уровни тропосферы. Принимая во внимание, что испарение выше в более тёплых областях, водяные пары присутствуют чаще на уровне моря и реже на больших высотах.

Что встречается в тропосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в тропосфере:

  • климат;
  • осадки, такие как: дождь, снег и град;
  • газы, такие как: азот, кислород, аргон и углекислый газ;
  • облака;
  • птицы.

Стратосфера

Стратосфера является вторым по величине слоём атмосферы, а также вторым, ближайшим к Земной поверхности. По оценкам, он содержит около 15% от общей массы атмосферы Земли.

Толщина стратосферы составляет 35 км от тропопаузы, что означает, что она расположена между тропосферой и мезосферой. Термин «стратосфера» происходит от греческого strato (значит «слой») для обозначения того факта, что сама стратосфера подразделяется на другие более тонкие слои.

Слои стратосферы образуются из-за отсутствия климатических явлений, которые смешивают воздух. Таким образом, существует чёткое разделение между холодным и тяжёлым воздухом внизу и тёплым, лёгким воздухом сверху. Таким образом, с точки зрения температуры стратосфера работает точно противоположно тропосфере.

Поскольку эта зона более высокой вертикальной стабильности (без перемещений воздуха), пилоты самолётов, как правило, остаются в начале стратосферы, чтобы избежать турбулентности. Именно на этой высоте самолёты и воздушные шары достигают максимальной эффективности.

Стратосфера также содержит хорошо известный озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца. Без озонового слоя жизнь на Земле, какой мы её знаем, была бы невозможна.

Подобно тропосфере, стратосфера также имеет область, которая ограничивает её конец и показывает начало мезосферы, которая называется стратопауза.

Состав стратосферы

Большинство элементов, найденных на поверхности Земли и в тропосфере, не достигают стратосферы. Вместо этого они обычно:

  • разлагаются в тропосфере;
  • могут быть устранены солнечным светом;
  • могут переноситься на поверхность Земли через дождь или другие осадки.

Из-за инверсии в динамике температуры между тропосферой и стратосферой воздух практически не обменивается между двумя слоями, в результате чего испарения воды существуют в стратосфере только в незначительных количествах. По этой причине в этом слое чрезвычайно редко образование облаков.

Что касается газов, стратосфера образована преимущественно озоном, присутствующим в озоновом слое. Считается, что 90% всего озона в атмосфере находится в этой области. Кроме того, стратосфера содержит элементы, переносимые извержениями вулканов, такие, как оксиды азота, азотная кислота, галогены и т. д.

Температура стратосферы

Температура в стратосфере увеличивается с увеличением высоты, варьируя от -51 ° C в самой низкой точке (тропопауза) до -3 ° C в самой высокой точке (стратопауза).

Что встречается в стратосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в стратосфере:

  • озоновый слой;
  • самолёты и метеозонды;
  • некоторые птицы.

Мезосфера

Мезосфера — это последний атмосферный слой, в котором газы всё ещё смешиваются в воздухе и не организованы их массой. Этот слой считается наукой самым сложным для изучения, поэтому о нём мало подтверждённой информации.

Толщина мезосферы также составляет 35 км от стратопаузы, что означает, что она расположена между стратосферой и термосферой. Термин «мезосфера» происходит от греческого mesos (означает «центр»), так как является третьим среди пяти слоёв Земной атмосферы.

Метеозонды и самолёты не могут достичь так высоко, чтобы достичь мезосферы. В то же время спутники могут вращаться только над ним, таким образом получается, что они не могут должным образом измерять характеристики этого слоя.

Единственный способ изучения мезосферы в наши дни — это использование ракет, которые собирают довольно мало информации в каждой миссии.

Именно в мезосфере происходит сгорание небесных тел, попадающих в Земную атмосферу, что приводит к таким явлениям, как звездопад (метеорные потоки).

Состав мезосферы

Процентное содержание кислорода, азота и углекислого газа в мезосфере, по существу, такое же, как и в слоях ниже. Испарения воды там реже, чем в стратосфере, что, в свою очередь, переносит часть озона в мезосферу.

В мезосфере также есть материал из метеоров, которые испаряются при попадании в атмосферу. Таким образом, мезосфера также состоит из относительно высокой доли железа и других металлов.

Температура мезосферы

Температура в мезосфере уменьшается с увеличением высоты, варьируя от -3° C в самой низкой точке (стратопауза) до -143° C в самой высокой точке (мезопауза — самая холодная область всей Земной атмосферы).

Что встречается в мезосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в стратосфере:

  • метеоры в сгорании;
  • серебристые облака (особый вид облаков, которые светятся ночью).

Термосфера

Термосфера расположена над мезосферой и ниже экзосферы. Толщина этого слоя составляет около 513 км, что намного больше, чем у всех нижних слоёв вместе взятых.

Хотя термосфера считается частью Земной атмосферы, плотность воздуха настолько низкая, что бóльшую часть слоя ошибочно рассматривают как космическое пространство. Эта идея подкрепляется тем фактом, что в слое недостаточно молекул для перемещения звуковых волн.

В термосфере ультрафиолетовое излучение вызывает явления фотоионизации молекул, т. е. образование ионов в результате контакта фотона с атомом. Это явление ответственно за создание ионосферы, расположенной внутри термосферы. Ионосфера играет важную роль в распространении радиоволн в отдалённые районы Земли.

Именно в термосфере спутники вращаются вокруг Международной космической станции (МКС). Кроме того, именно в термосфере происходит северное сияние.

Читайте подробнее про Северное сияние.

Слово «термосфера» происходит от греческого thermos (что значит «тепло»), что отражает тот факт, что температура в этом слое чрезвычайно высока.

Граница между термосферой и экзосферой называется термопаузой.

Состав термосферы

В отличие от слоёв ниже, где смешиваются газы, в термосфере частицы редко сталкиваются, что приводит к равномерному разделению элементов. Кроме этого, большинство молекул в термосфере разрушаются солнечным светом.

Верхние части термосферы состоят из атомарного кислорода, атомарного азота и гелия.

Температура термосферы

Температура в термосфере может варьироваться от 500º C до 2000º C. Это происходит потому, что большая часть солнечного света поглощается в этом слое.

Что встречается в термосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в термосфере:

  • спутники;
  • раньше, многоразовый транспортный космический корабль Спейс шаттл;
  • МКС;
  • северное сияние;
  • ионосфера.

Экзосфера

Экзосфера — это самый большой и крайний внешний слой Земной атмосферы. Он простирается на 600 км, пока плавно не перейдёт в межпланетное пространство. Это делает его толщиной в 10.000 км. Самая дальняя граница экзосферы достигает половины пути до Луны.

Термин «экзосфера» происходит от греческого exo (что значит «внешний»), обозначает тот факт, что это последний атмосферный слой перед космическим вакуумом.

Состав экзосферы

Частицы в экзосфере чрезвычайно далеки друг от друга и поэтому не классифицируются как газы, потому что плотность слишком низкая. Одна частица может пройти сотни километров до столкновения с другой. Они также не считаются плазмой, так как электрически они не заряжены.

В нижних областях экзосферы можно найти водород, гелий, углекислый газ и атомарный кислород, которые остаются минимально притянутыми к Земле гравитационным полем.

Температура экзосферы

Из-за того, что экзосфера находится почти в вакууме (из-за отсутствия взаимодействия между молекулами), температура в слое постоянная и холодная.

Что встречается в экзосфере?

Некоторые примеры того, что можно найти в экзосфере:

  • космический телескоп Хаббл;
  • спутники.

Атмосферы других планет

В Солнечной системе 8 планет и более 160 спутников. Из них, имеют значимые атмосферы:

  • Земля;
  • Венера;
  • Сатурн;
  • Марс;
  • Уран;
  • Юпитер;
  • Нептун;
  • Титан (спутник Сатурна);
  • Плутон (карликовая планета).

Атмосфера Венеры

Атмосфера Венеры составляет около 96% углекислого газа, а температура поверхности около 464° C. Облака из серной кислоты движутся со скоростью примерно 100 метров в секунду.

Источник: www.uznaychtotakoe.ru

Атмосфера стратосфера тропосфера картинки
Атмосфера Земли — это газовая оболочка, окружающая планету, одна из геосфер. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя переходит в околоземную часть космического пространства.

В атмосфера делится на следующие основные слои: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера.

Атмосфера стратосфера тропосфера картинки

Сегодня мы поговорим о тропосфере, стратосфере и что такое тропопауза. 

Атмосфера стратосфера тропосфера картинки

На этом фото, сделанном с борта пассажирского самолета на высоте около 10 км, видны кучевые облака вертикального развития — кучерявые «барашки» и два крупных облака с плоской вершиной. «Барашки» возникают на разных высотах и вытягиваются вверх благодаря вертикальному движению тумана в воздухе. Крупные облака поднимаются выше других, их верх становится плоским, делая облако похожим на наковальню кузнеца. Облака-наковальни (Cumulonimbus incus: cumulus на латыни — «кучевые», nimbus — «дождевые», incus — «наковальня») визуализируют нижнюю границу тропопаузы — переходного слоя между тропосферой и стратосферой.

Чтобы разобраться, что такое тропопауза, давайте взглянем шире на атмосферу в целом. Начинается она на поверхности Земли, которая, нагреваясь солнечным теплом, обильно насыщает им атмосферу, заодно наполняя ее аэрозолями и водяным паром, которые поглощают и накапливают тепло. Поэтому приземная атмосфера полна тепловой энергии. Нагретый воздух имеет низкую плотность и всплывает вверх, влекомый архимедовой силой. Разнообразие характера земной поверхности, разность широт, непрерывно меняющееся освещение днем и отсутствие его ночью приводят к неравномерному распределению тепла в атмосфере.

Эта неравномерность в сочетании с высокой плотностью тепловой энергии делает атмосферу динамичной до неистовости. Мощные конвективные вертикальные потоки перемешивают воздушную массу, муссоны и пассаты создают длительные сезонные широтные потоки, циклоны и ураганы закручивают и перемещают огромные воздушные массы в горизонтальном и вертикальном направлении. Суточные бризы и хаотические предгрозовые шквалы и торнадо добавляют локальные бурления в грандиозную общую циркуляцию. Поэтому вечно меняющуюся нижнюю атмосферу назвали тропосферой, от древнегреческого τρόπος — «поворот, изменение», подобно поворачивающей, меняющей направление тропе. Высота тропосферы тоже изменчива и лежит в пределах 8–20 км.

Атмосфера стратосфера тропосфера картинки

Поднимаясь этой изменчивой вертикальной тропой, воздух расширяется и потому охлаждается. Температура воздуха с ростом высоты снижается, достигая на высоте 10 км морозных 56 градусов ниже нуля. Архимедова сила всплывающих потоков исчезает еще раньше из-за охлаждения и расходования полученного внизу тепла. Но за счет полученного вертикального движения воздушные потоки поднимаются всё выше, расходуя остатки кинетической энергии, в которую перешла часть энергии тепловой.

Над этой динамичной картиной раскинулось другое царство атмосферы. Оно разительно отличается от нижнего, уходит вверх в три раза дальше, до 50 км. В нем почти не бывает облаков и погодных явлений, практически не возникает вертикальных течений. Вертикальное перемещение воздуха происходит там лишь диффузионно, очень постепенно, порождаемые потоки всегда горизонтальны и не приводят к перемешиванию нижних и верхних слоев воздуха. Это царство слоев названо стратосферой, от латинского stratum — «слой». Стабильная стратосфера отличается от изменчивой тропосферы и поведением температуры: первые 15 километров стратосферы имеют постоянную температуру около минус 56,5°C.

Лишь изредка, локально, только в высокоширотных областях (за широтой 65–70°) в стратосфере все-таки возникают облака. Тропосферные потоки, обтекая хребты гор высоких широт (например, самая высокая точка острова Шпицберген, лежащего на 79°с.ш., — гора Ньютон — имеет высоту 1713 м), забрасываются вверх как по трамплину; одновременно в этой зоне стратосферы температура локально опускается до минус 80°C. Возникает сложная цепочка явлений, приводящая к появлению самых редких и, возможно, самых красивых облаков Земли — перламутровых, уникальных облаков стратосферы.

Во второй трети стратосферы, с высоты около 25 км, температура, как ни странно, начинает расти. И растет до самого верха, до 50 км, достигая нуля градусов по Цельсию. Температура атмосферы растет из-за поглощения молекулами озона ультрафиолетового излучения Солнца в диапазоне длин волн 240–280 нанометров. В верхних слоях стратосферы этот диапазон еще не ослаблен поглощением и присутствует полностью. Поэтому и поглощение там идет наиболее полно, и температура верхних слоев стратосферы самая высокая. В средние слои стратосферы проходят лишь остатки излучения этого диапазона, не поглощенные верхами, поэтому температура средних слоев ниже верха.

Такое строение стратосферы — одинаковый холод в нижней трети и постепенный прогрев верхней с ростом высоты — приводит к стабильности ее «устройства» и состояния. Внизу воздух холодный, вверху нагретый; соответственно, нет причин для вертикальной тепловой конвекции. Стратосфера устойчива, как пирамида. И своими холодными слоями она давит на тропосферу, покоясь на ней.

Между двумя столь разными царствами, разделяя их, лежит пограничная полоса — тропопауза. Она отделяет вертикальное буйство тропосферы от слоистой стратосферы. Вертикальные движения воздуха здесь затухают, а тропосферное снижение температуры резко, в три раза, уменьшается с высотой, наверху тропопаузы исчезая совсем. Охладившиеся вверху тропосферы и потерявшие архимедову силу вертикальные потоки добираются сюда по инерции, почти теряя перед этой границей и свой запас движения. Они выдыхаются на тропосфере и в тепловом, и в кинетическом смысле. И останавливаются на ней, уже не имея здесь движущего начала для внедрения в холодную слоистую стратосферу.

Границы тропопаузы неодинаковы и меняются в зависимости от широты, времени года и других факторов. Толщина составляет от нескольких сот метров до трех километров. Высота тропопаузы над полюсами Земли самая низкая, 8–10 км, в средних широтах поднимается до 12–13 км и достигает 16–18 км в зоне экватора. Это понятно, ведь тропопаузу вздымают вверх вертикальные потоки неистовой тропосферы, а неистовость ее зависит от уровня получаемого тепла, минимального на полюсах и максимального на экваторе. В средних широтах и ближе к полюсам сильнее сказываются холодные сезоны, уменьшая поступление солнечного тепла в эти зоны Земли. В эти периоды тропопауза опускается там на 1–2 км, а в теплые сезоны снова поднимается. При этом температура тропопаузы тоже меняется: чем выше, тем больше степень расширения воздуха и тем сильнее он охлаждается. Поэтому высокая экваториальная тропопауза всегда холоднее более теплой (но всё равно изрядно морозной) полярной, причем намного — на несколько десятков градусов.

Привязанная к локальным крупным атмосферным образованиям, возлежащая на плечах местных тропосферных атлантов, тропопауза опускается над низким давлением циклонов и слабыми плечами холодных воздушных масс и приподнимается повышенным давлением антициклонов и теплыми воздушными массами. Иногда на границе тропосферы возникают струйные течения, в южных широтах достигающие огромной силы и скорости, больше 100 м/сек. Такие течения могут разрушить, размыть тропопаузу, создать ее разрыв, который постепенно затягивается с прекращением струйного течения.

Но могут возникать еще более интересные ситуации. Когда большая холодная воздушная масса, с низкой тропопаузой на плечах, вторгается далеко на юг, она может подтолкнуть свою тропопаузу под более высокую и холодную тропическую тропопаузу. Тогда в зоне вторжения сосуществуют две тропопаузы одновременно, одна над другой, разделенные несколькими километрами высоты. Двойная конструкция с теплой нижней тропопаузой неустойчива, и вскоре верхняя тропопауза распадается, а нижняя поднимается с прогревом вторгшейся холодной массы.

Тропопауза прозрачна, но благодаря облакам-наковальням мы можем наблюдать ее положение. Инерция вертикального движения восходящего потока в большом облаке подкачивает облачный туман вплотную к тропопаузе. Медленно, практически с нулевой скоростью, туман расползается горизонтально вдоль тропопаузы, делая эту границу видимой и формируя на ее нижней поверхности наковальню из раздвигающегося в стороны облачного материала. Поэтому расположенные рядом наковальни всегда находятся на одной высоте — высоте местной тропопаузы.

Насколько же абсолютна хрустальная грань тропопаузы? Существуют ли облака, способные пробить эту неприступную небесную твердь? Да, вопрос только в количестве энергии. Для пробивания тропопаузы нужна очень высокая концентрация тепловой энергии в облаке, существенно превышающая плотность энергии в обычных погодных облаках. И такие облака существуют. Энергия в них накачивается не атмосферными процессами — это облака от мощных вулканических извержений, у которых плотность тепла может быть на порядки выше, чем у погодных облаков. Она возникает из-за огромной температуры (многие сотни градусов) газов и пепловых масс. При очень мощных извержениях плотность энергии пеплового облака позволит ему не только преодолеть тропопаузу, но и подняться в стратосферу, иногда очень высоко, до средней и верхней стратосферы.

Такую же «пробивную способность» могут получать еще два типа облаков. Первый — облако от падения и взрыва астероида, когда выделенная энергия испаряет вещество космического тела и окружающие горные породы, создавая облако испаренных продуктов с достаточной плотностью тепловой энергии. И второй тип — грибовидное облако ядерного взрыва. Для создания облака, преодолевающего тропопаузу, недостаточно подземного, камуфлетного (то есть не выходящего проявлениями наружу) взрыва, и мощность взрыва должна на пару порядков превышать уровень тактических 20 килотонн. Такое облако создаст наземный или воздушный термоядерный взрыв с тротиловым эквивалентом в несколько мегатонн и выше.

Тропосфера — это слой, где происходит погода. Стратосфера — дом озона. Тропопауза — слой атмосферы, в котором происходит резкое снижение вертикального температурного градиента, переходный слой между тропосферой и стратосферой.

Следите за погодой и климатом вместе с нами!

С Уважением, Маглипогода!

Информация, которая размещается на сайте, не считается официальной. 
На всех страницах функционирует система уведомления правописания. Обнаружив ошибку или неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: maglipogoda.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.