Атмосфера. Структура атмосферы. Меридиональное распределение температуры на разных высотах, страница 10

Получается, что в стратосфере температура падает монотонно от полюса летнего полушария к полюсу зимнего полушария. Это является следствием нагрева стратосферы за счет поглощения излучения озоном. Поглощая тепловое излучение Земли, озон разогревает стратосферу зимнего полушария. Поглощая коротковолновое солнечное излучение, озон еще больше разогревает стратосферу летнего полушария. Область самых резких изменений температуры приходится на широтный пояс 30-60⁰ зимнего полушария.  Эта область располагается несколько ближе к полюсу, чем область наибольших градиентов температуры в тропосфере. Таким образом, в районе полярного дня стратосфера в течение нескольких месяцев непрерывно разогревается. В районе полярной ночи стратосфера сильно выхолаживается. Температура стратосферы в низких и средних широтах принимает промежуточные значения.

Самые сильные ветры в стратосфере (ночное полярное струйное течение) наблюдаются на краю границы полярной ночи. Причиной являются самые большие градиенты температуры. Область низких температур, ограниченная полярным струйным течением, называется полярным или циркумполярным вихрем. В летнем полушарии зональные стратосферные ветры ослабевают и иногда даже меняют свое направление в тропиках.

Область наибольших градиентов температуры находится в полосе 30-60^о широты зимнего полушария, то есть  немного ближе к полюсу, чем область наибольших градиентов температуры в тропосфере. Зональные струйные течения представляют собой в основном западные ветры. Это связано с тем, что градиент температуры направлен от полюса к экватору. Восточные струйные течения возникают, когда градиент температуры меняет направление на обратное. Так происходит в стратосфере летнего полушария. Однако в такой ситуации градиенты температуры невелики, и соответственно невелика и скорость течения[9].

В тропиках на верхней границе мезосферы зимой и летом в низких и средних широтах температура около -90ºС. В полярных областях зимой -40º, летом -100ºС. Такой необычный годовой ход обусловлен особенностями поглощения энергии волновых движений, распространяющихся из тропосферы в вертикальном направлении и достигающих высот мезосферы. Известный советский геофизик А.Х. Хргиан считал, что это содействует образованию летом на высотах около 80 км серебристых облаков в результате конденсации водяного пара в лед. Другая гипотеза происхождения серебристых облаков, как говорилось ранее,  – метеорная пыль.

Над мезопаузой расположена термосфера. Здесь главным источником тепла считается переход солнечного коротковолнового излучения, потраченного на диссоциацию и ионизацию, в тепло в результате рекомбинации. Часть энергии превращается в кинетическую энергию ветров (в основном днем, ночью такие воздушные течения тормозятся и отдают тепло). Дневное нагревание создает расширение термосферы – ее «вздутие» с дневной стороны Земли. Так, уровень с давлением 4.3·10^-8 мбар в годы большой активности Солнца поднимается с 400 км ночью до 520 км днем. Вообще, суточный ход температуры в термосфере усиливается с высотой. Максимум расширения атмосферы наступает после местного полудня около 15 час.

Весьма сложный вид зависимости температуры воздуха от высоты обусловлен тем, что некоторые слои атмосферы активно поглощают солнечное излучение и за счет этого получают дополнительное тепло. Положение, толщина и степень нагрева этих слоев зависят как от спектрального состава солнечного излучения, достигающего этих высот, так и от состава атмосферы в рассматриваемых слоях. Некоторое представление о компонентах, ответственных за нагрев атмосферы на разных высотах, можно получить из рис. 1.7.