Физика атмосферы Организация сбора метеорологических данных Основные

Физика атмосферы Организация сбора метеорологических данных

Основные разделы метеорологии Динамическая метеорология (гидроаэродинамика – силы и движения). Физическая метеорология (тепловые и электрические явления). Статистическая метеорология (климатология). Синоптическая метеорология (погода). Физика приземного слоя. Аэрология (физика свободной атмосферы). Аэрономия (физика высших слоев атмосферы).

Организация сбора метеорологических данных ПОСТЫ И СТАНЦИИ Метеорологические КАК ПРОВОДЯТСЯ НАБЛЮДЕНИЯ СЛОЙ АТМОСФЕРЫ Метеорологические приборы Метеорологический радиозонд Тропосферы Гидрологические Путем размещения приборов на научноисследовательских суднах Тропосфера Автоматические радиометеорологиче ские Установление приборов в труднодоступных районах Тропосфера Аэрологические Тропосфера Стратосфера

КАК ПРОВОДЯТСЯ НАБЛЮДЕНИЯ СЛОЙ АТМОСФЕРЫ Наземные Привязанные аэростаты с самопишущими приборами, радиозонд Тропосфера, Стратосфера Радиолокационные Радиолокатор Термосфера Самолетные Размещение приборов на самолетах Тропосфера С использованием: Метеорологические ракеты Термосфера ПОСТЫ И СТАНЦИИ Метеорологические: Самолёты-лаборатории Искусственных спутников Земли Полетах космонавтов Исследования атмосфер других планет Верхние слоя атмосферы Расположение датчиков на космических аппаратах Атмосферы других планет

Научно-исследовательское судно «Космонавт Владимир Комаров» исследует верхние слои атмосферы, взаимодействие океана и воздушной оболочки, распространение радиоволн и их зависимость от состояния космического пространства

Одна из башен радиолокационных антенн корабля «Космонавт Владимир Комаров» , предназначенных для исследования верхних слоев атмосферы и приема сигналов космических аппаратов.

Спутниковые наблюдения Монтаж изображений с 5 геостационарных спутников

Физика атмосферы Строение атмосферы Земли

АТМОСФЕРА - воздушная оболочка Земли Современная земная атмосфера образовалась из газов, выделенных твёрдой оболочкой Земли (литосферой) после сформирования планеты

Стадии формирования земной атмосферы Первичная атмосфера Состав: водород и гелий Активная вулканическая деятельность Вторичная атмосфера Состав: водяной пар, примесь углекислого газа, аммиака Вся гидросфера в составе атмосферы; круговорот воды: пар – осадки – пар; поверхность Земли раскалена Третичная атмосфера Состав: азот и углекислый газ, примесь водяного пара Образование речной сети и водоемов; химические реакции под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов Четвертичная атмосфера Фотосинтез, установление равновесия кислорода, развитие гетеротрофных организмов и вулканической деятельности

Эволюция земной атмосферы

Состав атмосферы Молекулярная масса, а. е. м. Объемное содержание, % Число молекул на 1 см 2 вертикального столба N 2 28. 0134 78. 084± 0. 004 1. 678· 1025 O 2 31. 998 20. 946± 0. 002 4. 501· 1024 Ar 39. 948 0. 934± 0. 001 2. 007· 1023 CO 2 44. 009 0. 030± 0. 003 7. 09· 1021 Ne 20. 179 (1. 818± 0. 004)10 -3 3. 89· 1020 He 4. 0026 (5. 24± 0. 004)10 -4 1. 13· 1020 CH 4 16. 043 ~2. 2· 10 -4 - Kr 83. 80 (1. 14± 0. 01)10 -4 2. 45· 1019 NO 2 46. 005 (0. 5± 0. 1)10 -4 - H 2 2. 0158 ~0. 5· 10 -4 - Xe 131. 30 (8. 7± 0. 1)10 -6 1. 87· 1018 Озон - (0 - 0. 07)10 -4 - Сухой воздух 28. 966 100, 0 2. 149· 1025 Веществ о

Состав воздуха

Состав атмосферы Вещество Молекулярная масса, а. е. м. Объемное содержание, % Число молекул на 1 см 2 вертикального столба N 2 28. 0134 78. 0 1. 678· 1025 O 2 31. 998 20. 9 4. 501· 1024 Ar 39. 948 0. 9 2. 007· 1023 CO 2 44. 009 0. 030 7. 09· 1021 Ne 20. 179 1. 81*10 -3 3. 89· 1020 He 4. 0026 5. 24*10 -4 1. 13· 1020 CH 4 16. 043 ~2. 2*10 -4 - Kr 83. 80 1. 14*10 -4 2. 45· 1019 NO 2 46. 005 0. 5*10 -4 - H 2 2. 0158 ~0. 5*10 -4 - Xe 131. 30 8. 7*10 -6 1. 87· 1018 Озон - 0. 0710 -4 - Сухой воздух 28. 966 100 2. 149· 1025

После дождя в 1 см³ содержится около 30 тыс. пылинок!

Атмосферы других планет МАРС ЮПИТЕР ВЕНЕРА Очень тонкая, и ее давление крайне невелико. В основном она состоит из углекислого газа с примесью азота. На поверхности Марса нет воды, но полюса, планеты покрыты ледяными шапками. Температура на Марсе очень низка: — 29°С в дневное время суток и — 85°С в ночное. Представляет собой гигантскую массу завихряюшихся газов, в центре которой находится твердое ядро планеты. Этими газами являются, в первую очередь, водород и гелий. Температура на планете, как полагают, очень низкая, не выше — 130°С. Очень плотная, и ее давление более чем в 90 раз превышает земное. Атмосфера состоит, главным образом, из углекислого газа, который не позволяет теплу покидать поверхность Венеры, температура которой разогревается до 475°С. Венера окружена сплошным облачным покровом, содержащим мельчайшие капельки серной кислоты. Иногда эти капельки выпадают в виде дождя, но не успев достигнуть поверхности планеты, испаряются и вновь образуют облака.

Планета Солнечной системы Значение Масса Значение g, Н/кг планет, силы m, кг тяжести F, Н Средняя плотность вещества р, г/см 3 Меркурий 3, 70 3, 3*1023 5, 4 Венера 8, 76 4, 9*1024 5, 2 Земля 9, 78 6*1024 5, 5 Марс 3, 76 6, 4*1023 4, 0 Юпитер 23, 50 1, 9*1027 1, 3 Сатурн 9, 06 5, 68*102 0, 6 Уран 9, 80 8, 69*102 1, 3 Нептун 13, 47 1, 02*102 1, 6 6 5 6

Почему у Луны нет атмосферы?

Основная масса атмосферы сосредоточена в довольно тонком слое: до 5 -6 км – 50% массы атмосферы, до 30 км – 99%. Иначе говоря, плотность воздуха с высотой быстро уменьшается. 1 м 3 воздуха на уровне моря весит 1033 г, а на высоте 40 км - всего 4 г

Единицы измерения давления г. Па и мм. рт. ст. 1013, 25 г. Па = 760 мм. рт. ст Давление воздуха падает с высотой: 1 мм. рт. ст на 11 м Изменения давления При прохождении циклонов и атмосферных фронтов В лифте (на 12 этаж) При перелете в Минводы (300 м) ок. 0, 0007 мм. рт. ст. за 1 с 5 мм. рт. ст. за 1 с ? В салоне самолета при наборе или 500 г. Па снижении высоты ? мм. рт. ст.

Уменьшение атмосферного давления с высотой

С Т Р О Е Н И Е А Т М О С Ф Е Р Ы

11 16 10 14 15 17 12 6 9 8 13 5 1 4 3 7 2 1 -максимальная высота гор. 2 - облака слоистые. 3 -облака кучевые. 4 - облака перистые. 5 - облака перламутровые. 6 - облака серебристые. 7 - стратостат "Осоавиахим". 8 - радиозонд. 9 - метеоракета. 10 - геофизическая ракета. 11 - метеоспутник. 12 - звуковые волны. 13 -средние волны. 14 - короткие волны. 15 - полярные сияния. 16 - полярные сияния в верхней ионосфере. 17 - метеоры. 18 - слой озона

Основные слои атмосферы

Тропосфера – нижний слой атмосферы Земли. В тропосфере находятся наиболее плотные слои воздуха. Можно сказать, что на тропосферу приходится около 70 -75 % всей массы атмосферы. Тропосфера является самым деятельным слоем атмосферы. В ней формируются все явления погоды. Большая активность тропосферы объясняется тем, что, прилегая к земной поверхности, она находится непосредственно под ее влиянием. Физические свойства тропосферы определяются воздействием на нее земной поверхности. В тропосфере температура падает с высотой, так как нижние слои тропосферы нагреваются вследствие контакта с нагретой солнцем земной поверхностью. С высотой по мере удаления от земной поверхности воздух становится холоднее. В среднем температура в тропосфере понижается на 0, 6 на 100 м. В тропосфере происходит особенно резко выраженное перемешивание по вертикали. Это вертикальное перемешивание играет основную роль в тропосфере. Оно определяет высоту тропосферы и распределение в ней тепла и создает неизменный состав воздуха во всей толще тропосферы.

Стратосфера Выше тропосферы расположена стратосфера. Для стратосферы характерно изотермическое распределение температуры в нижней ее части и повышение температуры с высотой на 0, 28 /100 м – в верхней. В слое 20 -25 км расположен максимум концентрации озона, хотя повышенное его содержание наблюдается практически по всей стратосфере на высотах 10 -50 км, так что стратосфера практически совпадает с озоносферой. Повышенная по сравнению с верхней тропосферой температура стратосферы обусловлена тем, что озон интенсивно поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца.

Мезосфера В мезосфере температура понижается с высотой на 0, 35 на каждые 100 м подъема примерно от 0 С на нижней границе до ‑ 90 С – на верхней. Термосфера расположена между высотами 800 км. На высоте около 100 км температура переходит через 0 o, в слое 150 -200 км она доходит до 500 o, а на высоте 500 -600 км превышает 1500 o. По данным искусственных спутников Земли, в верхней термосфере температура достигает почти 2000 o и в течение суток значительно колеблется. Такая высокая температура объясняется большими скоростями движения молекул и атомов, здесь происходят значительные суточные колебания температуры. На температуру в термосфере сильно влияет радиация Солнца.

Ионизация в термосфере Наиболее интересная особенность термосферы – ионизация. Газы находятся в ней большей частью в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, обладающих большой энергией, от нейтральных атомов и молекул воздуха отщепляются электроны. Атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов, приобретают положительный заряд, а свободный электрон может снова присоединиться к нейтральному атому или молекуле и наделить их своим отрицательным зарядом. При большой концентрации ионов газы становятся электропроводящими. Заряженные частицы солнечного излучения - корпускулы - под влиянием магнитного поля Земли отклоняются в сторону высоких широт. Войдя в атмосферу, корпускулы усиливают ионизацию газов настолько, что начинается свечение газов. Так возникают полярные сияния - в виде красивых многокрасочных полос, дуг, занавесей, загорающихся в ночном небе, преимущественно в высоких широтах Земли. Если полярные сияния сопровождаются сильными магнитными бурями, их можно увидеть в умеренной зоне и даже в субтропиках и тропиках. Обычно полярные сияния бывают на высоте около 100 км, но нередко достигают нескольких сотен километров.

Ионосфера Особо выделяют слой, называемый ионосферой. Она простирается от уровня 50 -80 км до высоты около 400 км, то есть охватывает мезосферу и термосферу, и характеризуется относительно высокой концентрацией положительных ионов и свободных электронов, которые вместе с нейтральными частицами образуют ионизированную плазму с большой электропроводностью, в 1010 раз большей, чем вблизи земной поверхности. Причиной ионизации в ионосфере является воздействие ультрафиолетовой, рентгеновской и корпускулярной радиации Солнца, а также галактических космических лучей. Огромна роль этого слоя для распространения радиоволн в земной атмосфере, для осуществления коротковолновой радиосвязи.

Экзосфера Слои атмосферы, начиная примерно с 500 км, из которых происходит утечка (ускользание) газов в мировое пространство, называют экзосферой. Экзосфера - самая верхняя, сильно разреженная часть атмосферы - сфера рассеяния. Температура в ней возрастает предположительно до 2000 o. Околоземное пространство за пределами атмосферы, как показали исследования, заполнено заряженными частицами. Там существуют внутренняя и внешняя зоны радиации. Их границы изменяются в зависимости от солнечной активности. При ее усилении, т. е. когда на Солнце появляются пятна и струи газа, возрастает поток космических частиц, которые и питают радиационные зоны Земли.

ОРБИТЫ атмосферных частиц в экзосфере.

Изучение атмосферы 11 16 10 14 15 17 12 6 9 8 13 5 1 4 3 7 2 1 -максимальная высота гор. 2 - облака слоистые. 3 -облака кучевые. 4 - облака перистые. 5 - облака перламутровые. 6 - облака серебристые. 7 - стратостат "Осоавиахим". 8 - радиозонд. 9 - метеоракета. 10 - геофизическая ракета. 11 - метеоспутник. 12 - звуковые волны. 13 -средние волны. 14 - короткие волны. 15 - полярные сияния. 16 - полярные сияния в верхней ионосфере. 17 - метеоры. 18 - слой озона

Источники углеродсодержащих частиц и их влияние на атмосферу Радиационный баланс авиация нагрев транспорт формирование облачных ядер конденсации и нуклеации льда Ежегодная эмиссия в атмосферу: 7 млрд. т Эмиссия морского транспорта: 1 млрд. т лесные пожары Индустриальные горение биомасс установки Морской транспорт

Потребление кислорода 0, 8 kg/day

Средних размеров электростанция на газе потребляет 300 000 кг кислорода в час

1 квадратный км леса производит 3400 кг кислорода в день

• Суточное потребление кислорода населением Земли 5. 2 106 тонн/день Население Земли 6. 5 млрд. Суточное потребление человеком 0. 8 кг Эмиссия кислорода лесами Земли 1. 2 108 тонн/день Дневная эмиссия 3. 4 тонн/день км 2 Площадь лесов Земли = 34 млн. км 2 Население потребляет 4. 3% кислорода от эмиссии лесами

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!

На 1 см 2 площади атмосфера давит с силой 10, 33 Н а на 1 м 2 — уже 103, 33 Н Задача: определить силу с которой атмосфера давит на плечи человека, на ладонь