Кіріспе

Жер атмосферасының ең төменгі қабаты

Тропосфера – Жер атмосферасының ең төменгі қабаты. Ол планета атмосферасының жалпы массасының 80%-ын және су буы мен аэрозольдердің жалпы массасының 99%-ын құрайды, сондай-ақ көптеген ауа-райы құбылыстары осы қабатта пайда болады. Жердің планеталық бетінен тропосфераның орташа биіктігі тропиктерде; орта ендіктерде; және қыс мезгілінде полярлық аймақтардың жоғары ендіктерінде; осылайша, тропосфераның орташа биіктігі құрайды. Тропосфера термині грек сөздері "tropos" (бұрылу, айналу) және "sphaira" (сфера) деген сөздерден шыққан, бұл ауа қабаттарын араластыратын айналмалы турбуленттілік тропосфераның құрылымын және құбылыстарын анықтайды дегенді көрсетеді. Тропосфераның планеталық бетке қарсы айналуы ауа ағынына әсер етеді, соның салдарынан планеталық шекаралық қабат (ПШҚ) қалыптасады, оның биіктігі жүздеген метрден бастап дейін өзгереді. ПШҚ өлшемдері ендікке, жер бедеріне және метеорологиялық өлшеулер жүргізілген уақытқа байланысты өзгеріп тұрады. Тропосфераның үстінде тропопауза орналасқан, ол тропосфераны стратосферадан бөлетін функционалдық атмосфералық шекара. Тропопауза – ауа температурасы биіктікпен бірге артатын инверсиялық қабат болғандықтан, тропопаузаның температурасы тұрақты болып қалады.

Температура

Жердің планеталық беті тропосфераны жасырын жылу, жылулық сәулелену және сезімтал жылу арқылы қыздырады. Тропосфераның газ қабаттары географиялық полюстерде сиректеу, ал экваторда тығыз болады, мұнда тропикалық тропосфераның орташа биіктігі 13 км, ал географиялық полюстердегі полярлық тропосфераның орташа биіктігі 6,0 км-ге қарағанда шамамен 7,0 км жоғары; сондықтан тропикалық ендіктерде тропосфераның артық қызуы және тік бойына кеңеюі жүзеге асады. Орташа ендіктерде тропосфера температурасы теңіз деңгейіндегі орташа 15°C (59°F) температурадан тропопаузада шамамен -55°C (-67°F) температураға дейін төмендейді. Экваторда тропосфера температурасы теңіз деңгейіндегі орташа 20°C (68°F) температурадан тропопаузада шамамен -70°C-тан -75°C-ке дейін (-94°C-тан -103°C-қа дейін) төмендейді. Географиялық полюстерде, Арктика және Антарктика аймақтарында тропосфера температурасы теңіз деңгейіндегі орташа 0°C (32°F) температурадан тропопаузада шамамен -45°C (-45°F) температураға дейін төмендейді.

Биіктігі

Тропосфераның температурасы биіктік артқан сайын төмендейді, ал ауа температурасының төмендеу жылдамдығы қоршаған ортаның лапс жылдамдығымен өлшенеді, ол планета бетінің температурасы мен тропопауза температурасының арасындағы биіктікке шаққандағы сандық айырмашылықты көрсетеді. Функционалды тұрғыдан, ELR теңдеуі планета атмосферасының статикалық екенін, тік атмосфералық конвекция немесе турбуленттілік тудыруы мүмкін жел арқылы ауа қабаттарының араласпайтынын болжайды. Температураның айырмашылығы планета бетінің күннен келетін энергияның көп бөлігін сіңіруінен туындайды, ол кейін сыртқа сәулеленіп, тропосфераны (Жер атмосферасының бірінші қабаты) қыздырады, ал беттік жылудың жоғарғы атмосфераға сәулеленуі атмосфераның сол қабатының салқындауына себеп болады. ELR теңдеуі атмосфераның статикалық екенін, бірақ қыздырылған ауаның көтеріліп, кеңейіп, жоғары көтерілетінін де болжайды. Құрғақ адиабатикалық температура градиенті (DALR) атмосфераға көтерілген кезде құрғақ ауаның кеңеюінің әсерін ескереді, ал ылғалды адиабатикалық температура градиенті (WALR) қоршаған ортаның температура градиентіне су буының конденсация жылдамдығының әсерін қосады. + Қоршаған ортаның лапс жылдамдығы (ELR) Биіктік аймағы Лапс жылдамдығы Лапс жылдамдығы (м) (°C / км) (°F / 1000 фут) 0,0 – 11,000 6,50 3,57 11,000 – 20,000 0,0 0,0 20,000 – 32,000 -1,0 -0,55 32,000 – 47,000 -2,8 -1,54 47,000 – 51,000 0,0 0,0 51,000 – 71,000 2,80 1,54 71,000 – 85,000 2,00 1,09

Сығу және кеңейту

Ауаның бір бөлігі жоғары қарай көтеріліп, атмосфералық қысымның төмендеуіне байланысты кеңейеді. Ауа бөлігінің кеңеюі қоршаған ауаға сыртқа қарай итеріледі, соның салдарынан энергия (жұмыс түрінде) ауа бөлігінен атмосфераға беріледі. Жылу арқылы ауа бөлігіне энергия беру – қоршаған ортамен энергия алмасудың баяу әрі тиімсіз тәсілі, бұл адиабатикалық процесс (жылу арқылы энергия алмасу болмайды). Көтеріліп келе жатқан ауа бөлігі қоршаған атмосфераға әсер ете келе энергиясын жоғалтады, бірақ атмосферадан ауаның салқындауын толықтыру үшін жылу энергиясы берілмейді. Ауа бөлігінің биіктігі арта келе энергиясы азаяды, бұл ауа массасының температурасының төмендеуімен көрінеді. Сол сияқты, кері процесс планета бетіне түсетін және қысылатын суық ауа бөлігінде жүзеге асады.

Қоршаған орта

Қоршаған ортаның температурасы биіктікпен төмендеу деңгейі, әдетте, адиабатикалық температура төмендеу деңгейімен тең болмайды. Егер жоғарғы қабаттағы ауа адиабатикалық деңгей бойынша болжалғаннан жылырақ болса, онда көтеріліп, кеңейіп жатқан ауа массасы жаңа биіктікке қоршаған ауадан төмен температурада жетеді. Мұндай жағдайда, ауа массасының тығыздығы қоршаған ауадан жоғары болады, сондықтан ол көтерілуге қарсы тұрақты ауа массасы ретінде бастапқы биіктігіне қайта түседі. Егер жоғарғы қабаттағы ауа адиабатикалық деңгей бойынша болжалғаннан салқын болса, онда ауа массасы жаңа биіктікке көтерілгенде, қоршаған ауаға қарағанда жоғары температураға және төмен тығыздыққа ие болады, соның салдарынан жылдамдап, көтерілуін жалғастырады. Атмосфераның ең суық қабаты, онда температура төмендеу деңгейі оң мәннен (тропосферада) теріс мәнге (стратосферада) өзгереді, тропопаузаны анықтап, оны тропосфера мен стратосфера арасында ауа қабаттарының араласуы шектеулі болатын инверсиялық қабат ретінде сипаттайды.

Аймақтық ағын

Аймақтық ағын режимі – бұл метеорологиялық термин, ол жалпы ағын үлгісінің Жердің ендік сызықтары бойынша батыстан шығысқа қарай бағытталғандығын, ал ағын ішінде әлсіз қысқа толқындардың бар екенін білдіреді. "Аймақ" сөзінің қолданылуы ағыстың Жердің ендік "аймақтары" бойымен жүретінін көрсетеді. Бұл үлгі бұрылып, меридиональдық ағынға өте алады.

Оңтүстік ағысы

Аймақтық ағын қисайғанда атмосфера көбірек бойлық (немесе меридиональды) бағытта ағып, осылайша "меридиональды ағын" термині туындайды. Меридиональды ағын үлгілерінде төмен қысымның күшті, амплитудасы жоғары ойыстар мен жоғары қысымның тізбектері қалыптасады, және жалпы схемада батыстан шығысқа қарайғы ағынға қарағанда солтүстік-оңтүстікке қарайғы ағын басым болады.