Атмосфера Земли и ее строение
advertisement
Атмосфера Земли и ее строение Лектор: д.т.н. Гусейнов Н.Ш. Строение атмосферы Состав, Пространственное и Вертикальное изменение атмосферы Общие сведения Атмосфера (от древне греческого слова atmos — пар и sphera — шар) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Масштабы атмосферы простираются начиная от Земной поверхности до ее внешней границы, достигающей околоземной части космического пространства. Нижние слои атмосферы определяют погоду, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями погоды — климатология. 3 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) 5 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 8 Влажность Масса Перемещение 9 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, с их собственными свойствами. Слои определяется температурным профилем как показано в следующей диаграмме. Вертикальное разделение Ионосфера Кривая температуры 13 Схема структуры атмосферы 14 Тропосфера Слой в контакте с поверхностью 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 метеоявления 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 50N Полюса Высота Тропопаузы Температура тропопаузы 56 000 ft -75C 37 000 ft -55C 27 000 ft -45C 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 20 Слоистая структура, определенная температурным профилем через атмосферу. ТЕРМОСФЕРА Мезопауза МЕЗОСФЕРА Облако теплая область озона Стратопауза Облако Стратосфера Тропопауза ТРОПОСФЕРА ТЕМПЕРАТУРА 0C Стратосфера Температура увеличивается с высотой (приблизительно к 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. В авиации тропосферу и нижнюю стратосферу называют авиационной атмосферой. 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. Соединяет 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 Производство озона Озон производится 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 слоев 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. 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. 33 Высота, H, м Температура, Т, К Скорость звука, a, м/с Давление, P, Па Плотность, кг/м³ Кинематическая вязкость, м²/c 0 288,2 340,3 101330 1,225 1,46·10−5 500 284,9 338,4 95464 1,1673 1,52·10−5 1000 281,7 336,4 89877 1,1117 1,58·10−5 1500 278,4 334,5 84559 1,0581 1,65·10−5 2000 275,2 332,5 79499 1,0065 1,71·10−5 2500 271,9 330,6 74690 0,9569 1,79·10−5 3000 268,7 328,6 70123 0,9093 1,86·10−5 4000 262,2 324,6 61661 0,8194 2,03·10−5 5000 255,7 320,6 54052 0,7365 2,21·10−5 6000 249,2 316,5 47217 0,6601 2,42·10−5 7000 242,7 312,3 41106 0,59 2,65·10−5 8000 236,2 308,1 35653 0,5258 2,9·10−5 9000 229,7 303,9 30801 0,4671 3,2·10−5 10000 223,3 299,6 26500 0,4135 3,53·10−5 11000 216,8 295,2 22700 0,3648 3,9·10−5 12000 216,7 295,1 19399 0,3119 4,56·10−5 14000 216,7 295,1 14170 0,2279 6,24·10−5 16000 216,7 295,1 10353 0,1665 8,54·10−5 18000 216,7 295,1 7565 0,1216 1,17·10−4 20000 216,7 295,1 5529 0,0889 1,6·10−4 24000 220,6 297,7 2971 0,0469 3,07·10−4 28000 224,5 300,4 1616 0,0251 5,84·10−4 32000 228,5 303 889 0,0136 1,1·10−3 36000 239,3 310,1 499 0,0073 2,13·10−3 40000 250,4 317,2 287 0,004 4,01·10−3 50000 270,7 329,8 80 0,00103 1,66·10−2 60000 247 315,1 22 0,00031 5,11·10−2 80000 198,6 282,5 1 0,00002 7,16·10−1 34
