атмосфера

     Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате получают из наблюдений. Анализ результатов наблюдений слу­жит в метеорологии и климатологии для выяснения причинных связей в изучаемых явлениях.

     В общей физике основным методом исследования является эксперимент. Экспериментируя, исследователь вмешивается в ход физических процессов, меняет условия, в которых они про­текают, вводит одни факторы и исключает другие с целью выяснения причинных связей в явлениях. Но атмосферные яв­ления крупного масштаба, такие, как общая циркуляция атмо­сферы или теплооборот на больших пространствах, еще не могут быть существенно изменены вмешательством человека. Даже энергия термоядерных взрывов невелика по сравнению с энергией процессов циркуляции атмосферы, поскольку взрывы при большой их мощности весьма кратковременны. Изменения в физическом состоянии атмосферы, которые создаются термо­ядерными взрывами, оказываются ограниченными по распро­странению их влияния и недолговременными (речь идет о физических процессах, а не о заражении атмосферы радиоактив­ными продуктами распада). Поэтому метеорология, как и дру­гие геофизические науки, должна прибегать к наблюдениям, т. е. к измерениям и качественным оценкам процессов, проте­кающих в природной обстановке. Непрерывно наблюдая за атмосферными процессами, человек является зрителем и реги­стратором тех грандиозных опытов, которые ставит сама при­рода, без его участия.

     Кроме теплооборота, между атмосферой и земной поверхно­стью происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и других водоемов, влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода, на что затрачи­вается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар — вода в газообразном состоянии — является важ­ной составной частью атмосферного воздуха.

     При существующих в атмосфере условиях водяной пар мо­жет испытывать и обратное преобразование: он конденсируется, сгущается, вследствие чего возникают облака и туманы, В про­цессе конденсации в атмосфере освобождаются большие коли­чества скрытого тепла. Из облаков при определенных условиях выпадают осадки. Возвращаясь на земную поверхность, осадки тем самым уравновешивают испарение в целом для всего Зем­ного шара.

     Существует три основных цикла атмосферных процессов, определяющих климат. Это так называемые климатообразующие процессы — теплооборот, влагооборот и атмосферная цирку­ляция.

     Теплооборот, создающий тепловой режим атмосферы, со­стоит в следующем.

     Сквозь атмосферу проходит поток солнечной радиации. Ат­мосфера частично поглощает солнечные лучи, преобразуя их энергию в теплоту; частично рассеивает их, меняя по качеству (спектральному составу); частично они отражаются назад об­лаками.

     Радиация, прошедшая сквозь атмосферу (отчасти и рассеян­ная атмосферой), падая на земную поверхность, частично от нее отражается, но в большей части поглощается ею и нагре­вает верхние слои почвы и водоемов. Земная поверхность сама испускает невидимую инфракрасную радиацию, которая в боль­шей части поглощается атмосферой и нагревает ее. Атмосфера, в свою очередь, излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой поглощается земной поверхностью. В то же время земная и атмосферная радиация непрерывно уходит за пределы атмосферы вместе с отраженной солнечной радиацией, уравно­вешивая приток солнечной радиации к Земле.

     Атмосферные процессы связаны с влияниями, идущими как сверху, из космоса, так и снизу, от земной поверхности. Источ­ником энергии атмосферных процессов в основном является сол­нечная радиация (солнечное излучение), приходящая к Земле из мирового пространства. Именно лучистая энергия Солнца превращается в атмосфере и на земной поверхности в теплоту, энергию движения и другие виды энергии. Но солнечные лучи больше нагревают земную поверхность, чем непосредственно воздух, а уже между земной поверхностью и атмосферой проис­ходит оживленный обмен тепла, а также и воды. Строение зем­ной поверхности, ее рельеф имеют значение и для движений воздуха. С влияниями земной поверхности (нагревание, запыление) в определенной степени связаны и оптические свойства ат­мосферы, и ее электрическое состояние.

     Наличие атмосферы является, в свою очередь, важным фак­тором для разнообразных физических процессов, развертываю­щихся на земной поверхности — в почве и верхних слоях водо­емов (например, ветровая эрозия, морские течения и ветровое волнение, установление и сход снежного покрова и многое дру­гое), а также для жизни на Земле.

Земная поверхность окружена газовой, воздушной оболоч­кой — атмосферой, принимающей участие во вращении Земли. На дне атмосферы в основном протекает наша жизнь. Воздух, в отличие от воды, сжимаем. Поэтому, с высотой плотность его убывает, и атмосфера постепенно сходит на нет, без резкой границы. Половина всей массы атмосферы сосредо­точена в нижних 5 км, три четверти — в нижних 10 км, девять десятых — в нижних 20 км. Но присутствие воздуха — чем выше, тем все более разреженного — обнаруживается до очень больших высот.

Полярные сияния указывают на наличие атмосферы на высо­тах до 1000 км и более. Полеты спутников . . . . .

Розміри. До вивчення зовнішніх шарів атмосфери ракетами-зондами та штучними супутниками Землі вважалося, що з віддаленням від земної поверхні атмосфера поступово стає більш розрідженою і плавно перехо­дить у міжпланетний простір. Зараз з'ясовано, що потоки енергії з глибо­ких шарів Сонця проникають у космічний простір далеко за орбіту Зем­лі, аж до зовнішніх меж Сонячної системи. Цей т. зв. сонячний вітер обтікає магнітне поле Землі, формуючи «порожнину», всередині якої зо­середжена земна атмосфера.

Магнітне поле Землі помітно звужене із зверненої до Сонця денної сторони і утворює довгу смугу, яка, ймовірно, виходить за межі орбіти Місяця, з протилежної, нічної сторони. Межа магнітного поля Землі на­зивається магнітопаузою. З денної сторони ця межа проходить на відста­ні бл. 7 земних радіусів від поверхні, але в періоди підвищеної сонячної активності виявляється ближчою до поверхні Землі.

Під впливом рельєфу та інших властивостей підстеляючої поверхні в певних географічних широтах виникають місцеві вітри. Вони можуть бути результатом прояву місцевих циркуляцій або локальними хвилюваннями чи особливими властивостями вітрів загальної циркуляції атмосфери. Прикладами місцевих циркуляцій є бризи і гірсько-долинні вітри.

Бризи - це вітри біля берегової лінії морів і великих озер, які мають різку добову зміну напрямку. Вдень суша більше нагрівається, тиск падає, і дме морський бриз до висоти 500 - 1000 м. Вночі суша охолоджена, ізобаричні поверхні нахилені в бік суші, повітря над морем тепліше, піднімається вверх і перетікає зверху на сушу, на суші тиск підвищується, і дме береговий бриз з суші на море. Вертикальна потужність бризів до 1 км, вони поширюються на десятки кілометрів від берегової лінії на сушу або на море.