Л. П. Сидорова метеорология и климатология

 
ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ 
Метеорологией
 
называется наука об атмосфере, о ее составе, строении, 
свойствах и протекающих в ней физических и химических процессах. 
Главными задачами метеорологии являются, описание состояния атмосферы в 
данный физический момент времени и прогноз ее состояния на будущее. 
В некоторых случаях возникает необходимость восстановить состояние 
атмосферы. 
Метеорология и климатология
 
используют методы и достижения точных 
физических наук и даже математического аппарата, причем довольно сложного. 
Все атмосферные явления на планете Земля протекают под влиянием рельефа 
местности, в соответствии с очертаниями материков и океанов, распределением 
рек, морей, ледникового покрова, растительности, что определяет отношение 
науки метеорологии к географии и, таким образом, − ее вхождение в комплекс 
географических наук. 
Понимание закономерностей климата также возможно на основании 
изучения тех общих закономерностей, которым подчинены атмосферные 
процессы. Поэтому при анализе причин возникновения различных типов 
климата, и их распределения по земному шару, − исходят из понятий и законов 
метеорологии. 

---

8 
ГЛАВА 1. АТСМОСФЕРА, СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ 
Составители: Л.П. Сидорова,
Е.Е. Султанбекова,
А.Н. Комарова 
Атмосфера
(от греч. a
tmos
– пар и 
sphaira
– шар) – газовая оболочка 
Земли, связанная с ней силой тяжести и участвующая в ее суточном и годовом 
вращении (рис. 1.1). Суммарная масса атмосферы около 5,1–5,3∙10
15
т (9∙10
-5
% 
от массы Земли): масса сухого воздуха составляет 5,1352 ± 0,0003∙10
15
т; общая 
масса водяных паров в среднем равна 1,27∙10
15
т. 
Рис. 1.1. Атмосфера. Диапазон, выраженный в км 
Атмосфера складывается из смеси газов, водяного пара и аэрозолей. 
С высотой плотность воздуха убывает, и атмосфера постепенно сходит на нет. 

---

9 
В слое до 5,5 км содержится 50 %, до 25 км – 95 %, до 30 км – 99 %, до 80 км – 
99,5 % от всей массы атмосферы. Тридцатикилометровый слой атмосферы 
составляет 0,05 радиуса Земли: на глобусе диаметром 40 см этот слой имеет 
толщину около 1 мм, т.е. атмосфера представляет тонкую пленку, 
покрывающую поверхность Земли.
Нижней границей атмосферы является 
подстилающая (деятельная) 
поверхность 
– поверхность земли (почва, грунт, растения, вода, снег и т.д.), 
взаимодействующая с атмосферой в процессе тепло- и влагообмена. Четко 
выраженной верхней границы атмосфера не имеет. Она плавно переходит в 
межпланетное пространство. 
За верхнюю границу атмосферы принимают высоту 1500–2000 км, выше 
которой находится земная корона. Высота над уровнем моря, которая условно 
принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом, 
называется 
линией Кармана. 
Однако присутствие воздуха обнаруживается до 
очень больших высот. Полярные сияния указывают на наличие атмосферы на 
высотах ее границы с космосом. Земля получает космическую пыль и 
метеоритный материал, однако утрачивает самые легкие газы: водород и гелий. 
Источником энергии для развития атмосферных процессов и формирования 
погоды является солнечная электромагнитная радиация, которая превращается 
в атмосфере и на земной поверхности в теплоту и другие формы энергии. 
Солнечная радиация вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и 
ионизацию атомов. Земная поверхность и атмосфера непрерывно обмениваются 
теплом и влагой. Интенсивность этого обмена, зависящая от географических 
факторов, определяет формирование разных типов воздушных масс, общую 
циркуляцию атмосферы и, в конечном итоге, разнообразие локальных климатов 
Земли. 
Роль атмосферы в географической оболочке: 
─
без атмосферы не было бы ни ветра, ни звука, ни осадков; 
─
взаимодействует со всеми оболочками Земли; 
─
защищает все живое на Земле от пагубного воздействия; 

---

10 
─
необходимое условие существования органической жизни на 
планете; 
─
предохраняет нашу планету от чрезмерного перегревания днем и 
охлаждения ночью (без атмосферы суточная амплитуда температур составляла 
бы около 200 °С); 
─
служит «броней» против метеоритов, большая часть которых 
сгорает в атмосфере; 
─
ультрафиолетовой солнечной радиации. 
Атмосфера находится в непрерывном взаимодействии с космосом 
(на высоте до 100 км в ней содержится около 28 млн т космической пыли) и 
постоянно испытывает его влияние и прежде всего Солнца. 
Атмосфера − это газовая оболочка Земли с содержащимися в ней 
аэрозольными частицами, движущаяся вместе с Землей в мировом 
пространстве как единое целое и одновременно принимающая участие во 
вращении Земли. На дне атмосферы в основном протекает вся жизнь. 
Атмосфера состоит из смеси газов – воздуха, в котором во взвешенном 
состоянии находятся пыль, капельки, кристаллы и т.п. Водяной пар также 
входит в состав воздуха, однако в отличие от большинства других газов его 
процентная доля существенно меняется с высотой, и даже у поверхности земли 
содержание водяных паров значительно меняется как во времени, так и в 
пространстве. В меньшей мере колеблются доли диоксида углерода и озона. 
Процентное отношение других газов меняется в пространстве атмосферы 
незначительно. Поэтому в метеорологии существуют понятия сухого воздуха и 
влажного воздуха. 
Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, три 
четверти – в нижних 10 км, девять десятых –
в нижних 20 км. Но присутствие 
воздуха, обнаруживается до очень больших высот, однако, чем выше, – тем все 
более разреженного. Полярные сияния указывают на наличие атмосферы на 
высотах 1000 км и более. Полеты спутников на высотах в несколько тысяч 
километров также происходят в атмосфере, хотя и чрезвычайно разреженной. 

---

11 
Атмосферные процессы вблизи земной поверхности и в нижних 30–40 км 
атмосферы особенно важны с практической точки зрения и наиболее изучены. 
Но и высокие слои, отдаленные от земной поверхности на десятки, сотни и 
тысячи километров, приобрели большое практическое значение.
В высоких 
слоях 
атмосферы 
происходит 
поглощение 
ультрафиолетового 
и 
корпускулярного солнечного излучения, которое вызывает различные 
фотохимические реакции разложения нейтральных газовых молекул на 
электрически заряженные атомы. Поэтому высокие слои сильно ионизированы и 
обладают очень большой электрической проводимостью. В этих слоях 
наблюдаются такие явления, как полярные сияния и постоянное свечение 
воздуха, создающие так называемый ночной свет неба; электрическое состояние 
высоких слоев определяет условия распространения радиоволн, в них 
происходят сложные микрофизические процессы, связанные с космическим 
излучением. Учением о физических (и химических) процессах в высоких слоях 
атмосферы занимается особая научная дисциплина – аэрономия (или физика 
верхней атмосферы). Атмосферные процессы на разных высотах связаны между 
собой, поэтому для понимания причин изменения погоды у земной поверхности 
необходимо изучать всю толщу атмосферы, особенно до 30–40 км. 
Слоистая структура атмосферы – результат температурных изменений на 
разных высотах (рис. 1.2). 
От поверхности Земли вверх существуют следующие слои: 
─
тропосфера; 
─
стратосфера; 
─
мезосфера; 
─
термосфера; 
─
экзосфера. 
Название самого нижнего слоя атмосферы, начинающегося у земной 
поверхности, происходит от греческого слова