Вопросы о погоде - [2]

1.2. Что такое метеорология?

Название свое наука метеорология получила от греческого слова «метеора», означающего «нечто в небе»; буквально это наука о метеорах (не метеоритах!). Изучает метеорология гидрометеоры (дождь, снег, град), воздушные метеоры (ветер, пыльные бури), литометеоры (пыль, пыльца), светящиеся метеоры (радуга, миражи), огненные метеоры (молнии) и т. д.

Метеорологию называют также наукой о погоде. Такое более простое толкование этой науки достаточно точно отражает ее содержание и в настоящее время наиболее употребительно.

1.3. В чем различие между понятиями «метеорологические величины», «метеорологические явления» и «погода»?

Метеорологические величины – это температура и влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, дальность видимости, количество и высота облаков и другие характеристики состояния атмосферы, которые могут быть выражены в тех или иных единицах измерения.

Метеорологические явления – туман, гололед, метель, пыльные и песчаные бури, гроза, шквал, смерч и другие качественные характеристики происходящих в атмосфере процессов – не имеют точного количественного выражения. Их интенсивность определяют или с помощью терминов «слабый», «умеренный», «сильный», или через метеорологические величины, например: туман с дальностью видимости 500 м и т. д.

Погода – это состояние атмосферы в какой-то физический момент или отрезок времени, характеризующееся совокупностью метеорологических величин и явлений. Можно говорить о погоде, наблюдаемой в данную минуту или наблюдавшейся в какой-то момент в прошлом, о погоде одного дня, месяца или сезона и т. д.

Характеризуют погоду или с помощью приблизительных, упрощенных, обобщающих терминов (облачная, дождливая, теплая, сухая, жаркая, холодная, ветреная, сырая), или всей совокупностью значений метеорологических величин (например: полная облачность, дождь, ветер северный, температура воздуха 10°C и т. д.).

1.4. Что такое атмосфера?

Под земной атмосферой мы подразумеваем воздушную оболочку нашей планеты. Существуют атмосферы и у других планет, но они по своему составу отличны от нашей. Земная атмосфера представляет собой смесь около двадцати газов. Основные из них – азот и кислород, а также такие важные примеси, как водяной пар, углекислый газ и озон. Газы, входящие в состав воздуха, обладая определенной плотностью, оказывают на каждый квадратный сантиметр земной поверхности давление, равное весу столба воздуха от поверхности моря и до верхней границы атмосферы и составляющее на уровне моря в среднем 1,033 кг/см². В технике эта величина принята за единицу давления, ее так и называют – атмосфера.

1.5. Как высоко простирается атмосфера Земли и какова ее масса?

Основная масса воздуха сосредоточена в нижних нескольких десятках километров над земной поверхностью: в первых 5 км – примерно половина, в 10-километровом слое – около трех четвертей, а в 20-километровом -19/20. Разряжаясь с высотой, атмосфера незаметно переходит в межпланетное пространство. Четкой верхней границы атмосферы не существует: следы некоторых легких газов, входящих в состав воздуха, еще присутствуют на очень значительных высотах – до многих тысяч километров.

Масса земной атмосферы колоссальна: на 510,2 млн. км² поверхности Земли оказывает давление 5,15 квадриллионов тонн воздуха (5,15 • 10¹⁵).

1.6. Одинаков ли состав воздуха на разных высотах в атмосфере?

Атмосфера по составу основных газов считается однородной только в нижнем 94-километровом слое, называющемся гомосферой; выше находится гетеросфера, в которой содержание легких газов возрастает, а тяжелых – уменьшается; газы там в значительной степени ионизированы или находятся в атомарном состоянии, то есть их молекулы диссоциированы.

1.7. На какие слои делится атмосфера и по каким признакам?

По основным физическим свойствам и составу воздуха атмосфера, как отмечалось выше, делится на гомосферу и гетеросферу. По характеру изменения температуры с высотой метеорологи выделяют пять основных слоев и четыре промежуточных. До высоты (в среднем) 11 км – тропосфера, от 11 до 51 км – стратосфера, от 51 до 86 км – мезосфера, от 86 до 800 км – термосфера и выше 800 км – экзосфера. Промежуточные слои – тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза. Характер изменения температуры с высотой в каждом основном слое и приблизительные характерные значения температуры показаны на рис. 1.

Радиофизики по уровню ионизации, электропроводности и способности отражать и поглощать радиоволны выделяют в атмосфере еще несколько слоев. Слой атмосферы, заключенный между высотами 100 и 1000 км, называют ионосферой. В ионосфере на высотах 60-100 км лежит слой D, от 10 до 150 км – слой E, выше 220 км – слои F₁ и F₂. Положение и интенсивность слоев ионосферы меняется ото дня к ночи и в зависимости от изменений солнечной активности.

В атмосфере выделяют еще один особый слой, называемый озоносферой. Он находится на высотах 10-60 км, то есть в стратосфере и нижней мезосфере. Здесь происходят фотохимические процессы образования озона, максимальное содержание которого отмечается между 20 и 25 км. Так как озон способен поглощать значительную часть ультрафиолетовой радиации, идущей от Солнца, то температура воздуха выше озоносферы, то есть в верхней стратосфере, достигает даже положительных значений.