Кіріспе
Атмосфераны, оның процестерін және басқа жүйелермен өзара әрекеттесуін зерттеу. Атмосфералық ғылым – Жер атмосферасын және оның әртүрлі ішкі физикалық процестерін зерттеу ғылымы. Метеорология атмосфералық химия мен атмосфералық физиканы қамтиды, бірақ ауа райын болжауға ерекше назар аударады. Климатология – атмосфералық өзгерістерді (ұзақ және қысқа мерзімді) зерттейді, олар орташа климатты анықтайды және уақыт өте келе климаттың өзгеруін сипаттайды. Аэрономия – атмосфераның жоғарғы қабаттарын зерттейтін ғылым, онда диссоциация және иондалу процестері маңызды. Атмосфералық ғылым планеталық ғылым саласына кеңейді және Күн жүйесі планеталары мен табиғи серіктерінің атмосферасын зерттеуді қамтиды. Атмосфералық ғылымда қолданылатын эксперименталды құралдарға спутниктер, зымырандық зондтар, радиозондтар, ауа шары, радарлар және лазерлер жатады. Аэрология термині (грекше ἀήρ, aēr – "ауа"; және λογία, logia) кейде Жер атмосферасын зерттеу үшін қолданылатын балама атау ретінде пайдаланылады, ал басқа анықтамалар бойынша аэрология планеталық шекаралық қабаттан жоғары орналасқан еркін атмосферамен ғана шектеледі. Бұл саланың алғашқы зерттеушілері Леон Тейссеренк де Борт және Ричард Асманн болды.
Atmospheric science is the study of the Earth's atmosphere and its various inner working physical processes. Meteorology includes atmospheric chemistry and atmospheric physics with a major focus on weather forecasting. Climatology is the study of atmospheric changes (both long and short term) that define average climates and their change over time climate variability. Aeronomy is the study of the upper layers of the atmosphere, where dissociation and ionization are important. Atmospheric science has been extended to the field of planetary science and the study of the atmospheres of the planets and natural satellites of the Solar System. Experimental instruments used in atmospheric science include satellites, rocketsondes, radiosondes, weather balloons, radars, and lasers. The term aerology (from Greek ἀήρ, aēr, "air"; and λογία, logia) is sometimes used as an alternative term for the study of Earth's atmosphere; in other definitions, aerology is restricted to the free atmosphere, the region above the planetary boundary layer. Early pioneers in the field include Léon Teisserenc de Bort and Richard Assmann.
Атмосфералық химия
Атмосфералық химия – атмосфералық ғылымның бір саласы, онда Жер атмосферасының және басқа планеталардың химиясы зерттеледі. Бұл көп салалы зерттеу саласы және экологиялық химия, физика, метеорология, компьютерлік модельдеу, океанография, геология, вулканология және басқа да ғылымдарға сүйенеді. Зерттеулер климатология сияқты басқа да зерттеу салаларымен тығыз байланысты. Атмосфераның құрамы мен химиясы бірнеше себепке байланысты маңызды, бірақ ең бастысы – атмосфера мен тірі организмдер арасындағы өзара әрекеттесуге байланысты. Адам қызметі Жер атмосферасының құрамын өзгертті, және осы өзгерістердің кейбіреуі адам денсаулығына, егістерге және экожүйелерге зиян келтіреді. Атмосфералық химия шешкен мәселелердің мысалдары: қышқыл жаңбыр, фотохимиялық тұман және жаһандық жылу. Атмосфералық химия осы мәселелердің себептерін түсінуге және оларды теориялық тұрғыдан зерттеу арқылы мүмкін болатын шешімдерді сынауға, сондай-ақ үкіметтік саясаттағы өзгерістердің салдарына баға беруге көмектеседі.
Атмосфералық динамика
Атмосфералық динамика – метеорологиялық маңызы бар қозғалыс жүйелерін зерттеу, түрлі орналасқан жерлердегі және уақыттағы бақылаулар мен теорияларды үйлестіру. Көбінесе зерттелетін тақырыптарға нөсер жаңбырлар, құйынды дауылдар, гравитациялық толқындар, тропикалық дауылдар, экстратропикалық дауылдар, қанатты ағыстар және жаһандық масштабтағы айналымдар сияқты алуан түрлі құбылыстар жатады. Динамикалық зерттеулердің мақсаты – физиканың негізгі принциптері арқасында байқалатын айналымдарды түсіндіру. Мұндай зерттеулердің міндеттеріне ауа райын болжауды жетілдіру, маусымдық және жылдық климат өзгерістерін болжау әдістемелерін жасау және адамның қызметінен туындаған өзгерістердің (мысалы, көмірқышқыл газы концентрациясының артуы немесе озон қабатының азаюы) жаһандық климатқа тигізетін әсерін анықтау кіреді.
Атмосфералық физика
Атмосфералық физика – физиканы атмосфераны зерттеуге қолдану. Атмосфералық физиктер Жер атмосферасын және басқа планеталардың атмосферасын сұйықтық ағыны теңдеулерін, химиялық модельдерді, сәулелену тепе-теңдігін және атмосферадағы, сондай-ақ мұхиттар мен құрлықтағы энергия алмасу процестерін пайдалана отырып модельдеуге тырысады. Ауа-райы жүйелерін модельдеу үшін атмосфералық физиктер шашырау теориясының элементтерін, толқын таралу модельдерін, бұлт физикасын, статистикалық механиканы және кеңістіктік статистиканы қолданады, олардың әрқайсысы математика мен физиканың жоғары деңгейлерін қамтиды. Атмосфералық физика метеорологиямен және климатологиямен тығыз байланысты, сонымен қатар атмосфераны зерттеуге арналған құралдарды жобалау мен құрастыруды, олар ұсынатын деректерді түсіндіруді, оның ішінде қашықтан зондтау құралдарын да қамтиды. Ұлыбританияда атмосфералық зерттеулер Метеорологиялық басқармамен қамтамасыз етіледі. АҚШ Ұлттық мұхит және атмосфера басқару басқармасының (NOAA) бөлімдері атмосфералық физикаға қатысты зерттеу жобаларын және ауа-райын модельдеуді бақылайды. АҚШ Ұлттық астрономия және ионосфера орталығы да жоғарғы атмосфераны зерттейді. Жердің магнит өрісі және күн сәулесі атмосферамен өзара әрекеттеседі, нәтижесінде ионосфера, Ван Аллен сәулелену белдеулері, теллурлық тоқтар және сәулелену энергиясы пайда болады.
Климатология
Бұл ғылым метеорология, океанография, геология және астрономия сияқты мамандандырылған ғылымдардың негізінде өзінің ең жалпы білімін құрайды, ал олар физика, химия және математиканың негізгі ғылымдарына сүйенеді. Метеорология бірнеше аптаға дейінгі қысқа мерзімді ауа райы жүйелерін зертейтін болса, климатология осы жүйелердің қайталану жиілігі мен тенденцияларын зерттейді. Ол жылдардан мыңжылдықтарға дейінгі ауа райы құбылыстарының кезеңділігін, сондай-ақ атмосфералық жағдайларға байланысты ұзақ мерзімді орташа ауа райы үлгілеріндегі өзгерістерді зерттейді. Климатологтар, яғни климатты зерттейтін мамандар, климаттың сипатын – жергілікті, аймақтық немесе жаһандық – және климаттың өзгеруіне әкелетін табиғи немесе адамның әрекетінен туындаған факторларды зерттейді. Климатология өткенді зерделейді және болашақтағы климаттың өзгеруін болжауға тырысады. Климатологиялық тұрғыдан қызығушылық тудыратын құбылыстарға атмосфераның шекаралық қабаты, циркуляция үлгілері, жылу алмасу (радиациялық, конвекциялық және жасырын), атмосфера мен мұхиттар және құрлық беті арасындағы (әсіресе өсімдіктер, жер пайдалану және топография) өзара әрекеттесу, сондай-ақ атмосфераның химиялық және физикалық құрамы жатады. Бұған қатысты ғылымдар: астрофизика, атмосфералық физика, химия, экология, физикалық география, геология, геофизика, мұзтану, гидрология, океанография және вулканология.
Аэрономия
Аэрономия – Жердің жоғарғы атмосферасын, стратопаузадан жоғары атмосфералық қабаттарды және басқа планеталар атмосфераларының сәйкес аймақтарын ғылыми зерттеу саласы. Кейбір планеталардағы атмосфераның барлығы Жердің жоғарғы атмосферасына немесе оның бір бөлігіне сәйкес келуі мүмкін. Аэрономия атмосфералық химия мен атмосфералық физиканың бір саласы болып табылады және атмосфераның стратопаузадан төменгі қабаттарын зерттейтін метеорологиядан өзгеше. Аэрономдар зерттейтін атмосфералық аймақтарда химиялық диссоциация және иондану маңызды құбылыстар болып есептеледі.
Басқа аспан денелерінің атмосферасы
Күн жүйесінің барлық планеталары атмосфераға ие. Бұл олардың гравитациясы газ тәрізді бөлшектерді бетке жақын ұстауға жеткілікті болғандықтан. Ірі газ гиганттары сутегі мен гелий сияқты жеңіл газдардың көп мөлшерін жақын жерде ұстауға қабілетті, ал кіші планеталар осы газдарды ғарышқа жоғалтады. Жер атмосферасының құрамы басқа планеталардан өзгеше, себебі планетада болған түрлі тіршілік процестері еркін молекулалық оттегін қосты. Меркурий атмосферасының көп бөлігі күннің желдерімен шашырап кеткен. Тығыз атмосферасын сақтап қалған жалғыз спутник – Титан. Тритонда жұқа атмосфера бар, ал Айдың атмосферасының іздері табылды. Планеталық атмосфералар Күннен немесе олардың ішкі бөлігінен түсетін энергияның әртүрлі деңгейлеріне тәуелді, бұл Жердегі дауылдар, Марстағы планеталық шаң дауылдары, Юпитердегі Жер көлеміндегі антициклон (Ұлы Қызыл Дақ деп аталады) және Нептундағы атмосферадағы тесіктер сияқты динамикалық ауа райы жүйелерінің қалыптасуына әкеледі. Кем дегенде бір экзопланета, HD 189733 b, Ұлы Қызыл Даққа ұқсас, бірақ екі есе үлкен ауа райы жүйесіне ие екені мәлімделді. Ыстық Юпитерлер жұлдыздық сәулеленудің әсерінен атмосфераларын ғарышқа жоғалтып жатыр, бұл кометалардың құйрықтарына ұқсас. Бұл планеталардың күндізгі және түнгі жақтары арасында үлкен температура айырмашылықтары болуы мүмкін, бұл дыбыс жылдамдығынан асып түсетін желдерді тудырады, бірақ HD 189733b планетасының күндізгі және түнгі жақтарының температурасы шамалы екені байқалды, бұл планетаның атмосферасы жұлдыз энергиясын планета айналасында тиімді түрде қайта бөлетінін көрсетеді.