Атмосфера. Структура атмосферы. Меридиональное распределение температуры на разных высотах, страница 2

Итак, тропопауза – это переходный слой от тропосферы к стратосфере. Прежде всего, он характеризуется очень медленным падением, или постоянством, или медленным ростом температуры. Именно так он и ищется[2]. Обычная высота тропопаузы - 15-18 км в тропиках, 8-12 км в умеренных широтах и еще ниже на полюсах. Толщина слоя тропопаузы сильно изменчива - от нескольких сот метров до 1-2 км. Это также характерный масштаб смещения тропопаузы при различных атмосферных процессах.

          В умеренных широтах более 75% массы атмосферы лежит ниже тропопаузы. В тропиках в пределах тропосферы уже находится около 90% массы атмосферы.

Стратосфера характеризуется замедленным падением, постоянством или медленным ростом температуры с высотой[3]. Средняя температура на уровне тропопаузы  - около –60 °С, средняя температура стратопаузы  0 °С. В стратосфере почти не бывает погоды (вернее, изменений погоды), поскольку вследствие температурной инверсии вертикальные движения воздуха заторможены. Стратосфера занимает слой атмосферы около 40 км толщиной над тропопаузой. Вертикальные движения воздуха здесь слабы и бывают редко. Температура в этом слое медленно растет в отличие от тропосферы.  В частности, в умеренных и высоких широтах температура воздуха до высоты 30-40 км  в среднем мало изменяется с высотой и близка к температуре тропопаузы. Далее температура растет до высоты около 50 км, где она достигает максимального значения около 0°С. Причиной нагревания стратосферы является поглощение солнечного ультрафиолетового и земного теплового излучения озоном, максимум концентрации которого как раз и приходится на стратосферу.

В стратосфере воды значительно меньше, чем в тропосфере: 4-6 ppm (0.004 - 0.006 % по объему), однако и такие малые количества играют важную роль, поглощая и переизлучая тепловую радиацию.

Стратосфера - удобная область для полета реактивных самолетов из-за низкого сопротивления воздуха. Следы реактивных самолетов – результат конденсации и замерзания паров воды, образующихся при сгорании топлива. 

Мезосфера. В мезосфере  температура  падает со скоростью около 0.35 оС/100м. В мезопаузе температура опускается до –80 - –90 оС. Здесь очень мало озона по сравнению со стратосферой, поэтому отсутствует возможность разогрева за счет механизмов, подобных стратосферным. В то же время, солнечное коротковолновое ультрафиолетовое излучение, поглощаемое молекулярным кислородом, практически полностью задерживается термосферой и не достигает высот мезосферы.

Термосфера. Далее, в термосфере температура опять растет главным образом за счет поглощения молекулярным кислородом солнечного ультрафиолетового излучения короче 240 нм, что приводит к диссоциации молекул кислорода на атомы. Качественно картина изменения состава нейтральных компонент атмосферы с высотой вполне ясна, однако указать точное соотношение между отдельными компонентами крайне трудно. В частности, весьма важную роль в «жизни» атмосферы на высоте около 300 км  играет величина отношения  концентрации атомарного кислорода к концентрации молекулярного азота. Однако эта величина зависит от поры года, времени суток, географической широты, солнечной активности и магнитной активности.

Экзосфера. Выше 450 – 500 км начинается экзосфера, где температура очень высока и почти не меняется с высотой. Отличительной особенностью экзосферы является то, что атомы движутся настолько быстро и сталкиваются так редко, что могут преодолеть притяжение Земли и улететь в космос. Экзосфера – последняя, наиболее высокая часть атмосферы, еще более горячая (1500-2000 °С), чем термосфера. Состав экзосферы  - исключительно атомы и ионы. Ночью, будучи экранированной от солнечного излучения, экзосфера остывает до очень низких температур.

Ионосфера – область высот в верхней атмосфере (от 50 до нескольких тысяч километров). Воздух очень разрежен и сильно ионизирован за счет действия солнечного и космических излучений. Ионизация воздуха способствует отражению радиоволн и увеличению дальности связи.