Павло Астапенко - питання про погоду - стор 37
10.16. Які особливості погоди в вільній атмосфері?
Як показали дослідження, виконані за допомогою ракет, супутників та інших засобів зондування атмосфери, на висотах, у вільній атмосфері, метеорологічні умови дещо інші, ніж у земної поверхні. По-перше, там менш значні коливання температури повітря, оскільки з висотою зменшується вплив підстильної поверхні і всіх її неоднорідностей. Сама температура повітря у вільній атмосфері нижче, ніж у землі. У всьому нижньому шарі атмосфери, званому тропосферою, вона знижується в середньому приблизно на 6 - 7 ° C на кожний кілометр висоти. Товщина цього шару може коливатися в залежності від географічної широти місця і характеру відбуваються атмосферних процесів від 7 до 18 км. Вище тропосфери приблизно до висоти 51 км знаходиться другий атмосферне шар - стратосфера. Між тропосферою і стратосферой кілька сот метрів перехідного, або проміжного шару, званого тропопаузою. На тропопаузе температура може бути від -45 до -80 ° C, причому з висотою вона перестає знижуватися і навіть навпаки - трохи зростає або залишається незмінною; в стратосфері вона також з висотою спершу змінюється дуже незначно, а потім починає підвищуватися, наближаючись на її верхній межі до 0 ° C. По-друге, у вільній атмосфері повітряні течії менше спотворюються рельєфом місцевості і можуть досягати великих швидкостей, утворюючи так звані струменеві течії. По-третє, там немає деяких специфічних приземних метеорологічних явищ, а сама погода різко ділиться на два типи - внеоблачную, так би мовити в ясному небі, і в хмарах. Є в вільній атмосфері і свої специфічні явища погоди, такі, як турбулентність при ясному небі (Тян), стратосферні потепління, стратосферні хмари вулканічного пилу і інші.
10.17. Чому в стратосфері температура з висотою не знижується, а зростає?
Температура повітря в стратосфері визначається процесом променистого теплообміну. Що знаходиться в нижній стратосфері шар озону поглинає деяку частину сонячного тепла і нагрівається, одночасно нагріваючи повітря. Приплив тепла і його відтік завдяки випромінюванням збалансовані, інакше кажучи, зберігається стан променистого рівноваги. З ним пов'язаний і процес терморегулювання кількості озону в стратосфері. Якщо станеться надмірне нагрівання повітря, то негайно почнеться розпад молекул озону і зменшення вмісту останнього, а отже, зменшиться і поглинання сонячного тепла; це автоматично призведе до зниження температури до колишнього рівня.
10.18. Чому нижня межа стратосфери не завжди розташована на одній і тій же висоті?
Висота тропопаузи - перехідного шару між тропосферою і стратосферой - змінюється в залежності від стану повітря під нею, тобто в тропосфері. Наближено можна вважати тропосферу шаром інтенсивного перемішування повітря, а стратосферу - шаром зі стійким його станом. Залежно від розвиваються над земною поверхнею процесів і ступеня прогріву нижніх шарів повітря висота кордону нестійкості і інтенсивного перемішування може підніматися і опускатися. У теплому повітрі і над областями високого атмосферного тиску вона вище, а в холодному і над циклонами - нижче. З цієї причини тропопауза розташована нижче над полярними районами і вище над тропічними областями. Кордон між тропосферою і стратосферой в реальних умовах над середніми широтами в залежності від ситуації може розташовуватися на рівнях від 8 до 13 км, а температура її може на 7-8 ° C відрізнятися від стандартних значень (-56,5 ° C), при цьому вона буде тим нижче, чим вище виявиться тропопауза.
10.19. Як високо над земною поверхнею виникають струменеві течії?
Вітер швидкістю понад 100 км / год - нижня межа для струменевих течій - буває зазвичай у верхній тропосфері, тобто вище 6 км. Максимальні значення швидкості вітру на висотах найчастіше спостерігаються на 1-1,5 км нижче тропопаузи. Тому прийнято вважати, що в тропосфері вісь струменевої течії знаходиться в середньому на цьому рівні, під тропопаузою. Однак, як завжди і буває з середніми цифрами, це не завжди відповідає реально зустрічається умов - можуть бути ситуації, коли вісь струменевої течії розташована ще нижче, тобто на 2-3 км нижче тропопаузи, або ж, навпаки, лежить значно вище, навіть над тропопаузою. Це буває, коли струйное течія дуже сильна (300-400 км / год і більше) і дуже потужний (5-6 км і більше по вертикалі). Струменеві течії зустрічаються і в стратосфері. Тут їх осі зазвичай розташовуються на висотах 16 - 20 км і вище, де спостерігається другий максимум швидкості вітру. Напрямок вітру в тропосфері і напрямок стратосферних струменевих течій можуть збігатися, що частіше трапляється в холодну пору року, але можуть бути і протилежними, що зазвичай буває влітку.
10.20. Що таке велопауза?
Зондування атмосфери різними засобами дозволило виявити деякі особливості в розподілі метеорологічних величин, в тому числі напрямку і швидкості вітру на висотах. Зокрема, була помічена стійка закономірність зменшення швидкості вітру з висотою і зміни напрямку вітру на протилежне в стратосфері в теплу пору року. Таке звернення вітру відбувається на висоті близько 20 км. Фактично перехід вітру із західного напрямку на східне, тобто протилежне, відбувається в шарі товщиною в кілька сот метрів. Шар цей отримав назву велопаузи. Зміна напрямку вітру пов'язано з формуванням влітку в стратосфері висотного антициклону, що приходить під час полярного дня на зміну зимового холодного околополюсное циклону. Як тільки на висотах напрям, в якому зменшується тиск, змінюється по горизонту на протилежне, - таким же чином змінюється і напрям вітру.
10.21. Які хмари характерні для великих висот?
У нижній стратосфері присутній специфічна хмарність, час від часу з'являється під інверсійним затримують шаром, в якому починається збільшення температури з висотою. Це перламутрові хмари і хмари вулканічного пилу, або пилові, які отримали в літературі не зовсім вдале і мало виправдане з точки зору логіки назву "літосферні хмари". На верхній межі мезосфери, де температура повітря досягає гранично низьких значень, близько -90 ° C, а в окремих випадках і того нижче, і з висотою вже перестає знижуватися, іноді можна бачити красиві, слабо світяться, синюватого кольору сріблясті хмари. Стратосферні хмари спостерігаються переважно на висоті 20-30 км, мезосферние - на висоті 80-90 км.
10.22. Коли і де можна спостерігати перламутрові і сріблясті хмари?
Перламутрові хмари - явище рідкісне, його можна бачити в високих широтах Землі дуже короткий час відразу після заходу сонця. Вони райдужно світяться на темному тлі вечірнього неба, розсіюючи і відбиваючи досягають їх сонячні промені. Їх світіння пояснюється явищем иризации, що викликається, можливо, переломленням сонячних променів в переохолоджених найдрібніших крапельках води, з яких, як припускають, складаються такі хмари. Сріблясті хмари можна спостерігати вночі в північній частині горизонту в поясі між 50 і 75 ° с. ш. в періоди, коли сонце неглибоко заходить за горизонт (не глибше 13 °). Світіння цих хмар, на думку деяких вчених, викликається фотолюмінесценцію крижаних кристалів під впливом ультрафіолетової радіації Сонця. На думку інших - світіння пояснюється розсіюванням сонячного світла на дрібних частинках вулканічного або космічного пилу і крижаних кристаликах.
10.23. Чому хмари вулканічного пилу довгий час зберігаються в стратосфері?
При виверженнях вулканів хмари пилу викидаються в товщу нижніх шарів атмосфери до висоти декількох десятків кілометрів. Але в самому нижньому шарі - тропосфері - вулканічний пил довго не затримується, осідаючи протягом декількох діб на земну поверхню. Цьому сприяють інтенсивне перемішування повітря в тропосфері, процеси утворення хмар і випадання опадів, що очищають тропосферний повітря від забруднює його пилу. У стратосфері картина інша. Тут немає інтенсивного перемішування, стратосфера стійка, і потрапили в неї домішки можуть роками залишатися там, переносяться повітряними течіями з місця на місце в вигляді хмар вулканічного пилу. Після кожного дуже сильного виверження вулкана кількість таких хмар в стратосфері збільшується; протягом декількох років після цього прилади на землі відзначають зменшення надходження сонячного тепла через зменшення прозорості повітря в його верхніх шарах. Вплив хмар вулканічного пилу на погоду помічено давно, з ними пов'язують похолодання на Землі, особливо відчутні в літні сезони. Крім цього, такі хмари представляють серйозну перешкоду для стратосферних надзвукових літаків: тверді частинки вулканічного пилу можуть пошкодити обшивку.