Строение атмосферы. Для атмосферы характерна слоистость

Для атмосферы характерна слоистость. Слои атмосферы можно выделять (по вертикали) в зависимости от распределения температуры, состава атмосферного воздуха, наличия заряженных частиц, взаимодействия атмосферы с земной поверхностью, влияния атмосферы на полет самолетов.

По распределению температуры с высотой выделяют 5 основных и 4 переходных слоя.

Таблица А - Основные и переходные слои атмосферы.

Основной слой (сфера)	Средняя высота нижней и верхней границ, км	Содержание от всей массы атмосферного воздуха, %	Переходной слой
Тропосфера Стратосфера Мезосфера Термосфера Экзосфера	0…11 11…50 50…90 До 450 Выше 450	Около 20 0,25 0,005 1∙10-18	Тропопауза Стратопауза Мезопауза Термопауза

От указанных в таблице средних значений высот слоев могут наблюдаться значительные отклонения в зависимости от широты, времени года, метеорологической ситуации и др. Верхняя граница тропосферы, например, чаше всего бывает в высоких широтах 8…10 км, у экватора – 16…18 км; летом выше, чем зимой; в тылу циклона она заметно ниже по сравнению с передней частью циклона и т. п.

Тропосфера – слой, в котором производится подавляющая часть полетов в авиации. Здесь температура убывает с высотой, поскольку главным источником тепла для тропосферного воздуха является земная поверхность, нагреваемая Солнцем. Земная поверхность не однородна (суша, водяная поверхность, полярные льды, леса, болота и т. п.) и температура воздуха над разными районами неодинаковая. В тропосфере сосредоточено около 90 % атмосферной влаги, образуются циклоны и антициклоны, атмосферные фронты, облака и связанные с ними осадки; наблюдается большая часть опасных для полетов метеорологических явлений. Ветер усиливается с высотой; в умеренных широтах максимальная его скорость достигает в среднем на высоте 8…10 км; в ряде случаев образуются струйные течения.

Тропопауза – переходной слой между тропосферой и стратосферой толщиной от нескольких сотен метров до 1…3 км; в полярных областях ее нижняя граница обычно равна 8…10 км, температура около – 50°С; в умеренных широтах 10…12 км, температура от – 55 до – 60°С, над экватором 16…18 км, температура от – 75 до – 85°С; на широте φ = 30…40° высота тропопаузы резко изменяется (разрыв тропопаузы). Над теплыми антициклонами тропопауза выше, чем над холодными циклонами.

Стратосфера – слой от тропопаузы до высоты 50…55 км. В ней сосредоточено около 20 % всей массы атмосферы. Температура здесь, как правило, постоянна, выше – растет, достигая иногда положительных значений. Водяного пара мало, облака отсутствуют. Возникают лишь специфические перламутровые облака

(на высотах 20…30 км) при температуре – 85…– 100°С. Ветер в холодную половину года преобладает западный, в летнее время он ослабевает и на 18…21 км изменяет направление на восточное и усиливается с высотой. В стратосфере иногда возникают резкие повышения температуры – стратосферные потепления.

Стратопауза – переходной слой между стратосферой и мезосферой с максимальной температурой – 2,5°С при возможных отклонениях ± 20°С.

Мезосфера – слой с постепенным понижением температуры и средним значением около – 86°С, иногда понижающимся до – 120…– 140°С. На высотах 82…85 км иногда образуются серебристые облака, наблюдающиеся преимущественно на широтах φ = 50…75°.

Мезопауза – переходной слой между мезосферой и термосферой.

Термосфера – слой, где температура с высотой растет: от среднего значения около – 86°С на высоте 90 км, увеличивается до 700°С на высоте 150 км (кинетическая температура).

Термопауза – переходной слой между термосферой и экзосферой.

Экзосфера – сильно разряженный внешний слой атмосферы. В верхней его части кинетическая энергия частичек воздуха настолько значительна, что они могут преодолевать земное притяжение и улетать в космическое пространство.

Из космического пространства в атмосферу возвращаются те частицы, скорость которых в результате столкновения стала меньше второй космической.

Рис. 1: Схема вертикального строения атмосферы:

1 – наибольшая высота гор (Эверест); 2 – наибольшие глубины океана; 3 – облака нижние; 4 – облака конвекции; 5 – облака перистые; 6 – облака перламутровые; 7 – облака серебристые; 8 – полярные сияния в нижней ионосфере; 9 – полярные сияния в верхней ионосфере; 10 – слой наибольшей концентрации озона.

По наличию заряженных частиц (ионов и электронов) в атмосфере выделяется ионосфера с преобладанием ионной концентрации в слоях D (50…90 км), E (105…120 км), F₁ (150…170 км), F₂ (250…270 км), оказывающих значительное влияние на распространение радиоволн и на дальность радиосвязи. Кроме того, во внешней части атмосферы, где преобладают заряженные частицы, имеются радиационные пояса Земли.

По взаимодействию атмосферы с земной поверхностью атмосфера делится на пограничный слой (слой трения) толщиной 1000…1500 м в зависимости от величины трения и свободную атмосферу – выше слоя трения. Внутри пограничного слоя выделяется приземный слой атмосферы толщиной 50…100 м, в пределах которого метеорологические величины испытывают резкие изменения с высотой.

По влиянию на полеты летательных аппаратов (главным образом ИСЗ) атмосфера делится на плотную атмосферу (или собственно атмосферу) высотой до 150 км и околоземное космическое пространство. В плотной атмосфере сопротивление воздуха настолько значительно, что летательный аппарат (ИСЗ) с выключенным двигателем не может осуществить хотя бы один оборот вокруг Земли.