Состав тропосфера: Тропосфера — состав, высота, температура

Posted on by alexxlab

Содержание

Тропосфера — состав, высота, температура

Самой нижней частью атмосферы Земли является тропосфера, которая составляет около 75 % массы атмосферы и 99 % ее водного пара и аэрозолей. В этом слое атмосферы температура понижается с высотой. Название «тропосфера» происходит от греческого «trоpos», что означает поворот, изменение, сфера. Большинство явлений, происходящих в тропосфере, оказывают огромное влияние на ежедневную погоду на Земле.

В умеренных широтах средняя глубина тропосферы составляет 17 км, в тропических районах — до 20 км, а около полюсов — 7-10 км. Нижняя часть тропосферы является планетарным пограничным слоем глубиной от нескольких сот метров до 2 км, на который очень влияют воздушные потоки Земли, а также очертания ее суши и время суток. В тропосфере при подъёме через каждые 100 м температура уменьшается, в среднем, на 0,65 градуса.Над тропосферой расположена стратосфера, и отделяются они друг от друга тропопаузой — тонким переходным слоем, в котором с увеличением высоты прекращается снижение температуры.

Большая часть атмосферного воздуха и значительная часть биосферы находится в тропосфере, в этой зоне образуются все типы облаков, образуются воздушные массы и фронты, формируются циклоны и антициклоны. Именно в тропосфере существует система воздушных течений, или так называемая общая циркуляция атмосферы.

Тропосфера характеризуется постоянно меняющимся горизонтальным разделением на воздушные массы, которые зависят от широты и той поверхности, над которой они образуются. На границах воздушных масс — атмосферных фронтах — формируются циклоны и антициклоны, способствующие перемещению воздушных масс и фронтов, которые вызывают периодические изменения погоды у земной поверхности и в слоях, расположенных выше.

Основная часть водяного пара атмосферы содержится в тропосфере, где сильно развита турбулентность, особенно над земной поверхностью. Содержание водяного пара в тропосфере изменяется при взаимодействии процессов конденсации, испарения и горизонтального переноса.

Результатами конденсации водяного пара является образование облаков и выпадение атмосферных осадков в виде дождя, снега и града, следовательно, процессы фазовых переходов воды осуществляются в тропосфере. Давление воздуха у поверхности земли выше, чем на верхней границе тропосферы. Процессы, которые происходят в тропосфере, влияют на погоду и климат у поверхности Земли. Нижний слой тропосферы называется приземным, он содержит много пыли и летучих микроорганизмов. В этом слое суточная температура и влажность воздуха хорошо выражены, скорость ветра возрастает с поднятием на высоту. От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра увеличивается примерно в 3 раза. В приземном слое атмосферы наблюдается слабый ветер, повышенная влажность, вертикальное распределение температуры. Эта зона является средой обитания человека, животных и растений.

Вертикальное распределение температуры наблюдается, благодаря особенностям поглощения земного и солнечного излучений в тропосфере и конвективной передачи тепла. Водяной пар является основным поглотителем излучения в атмосфере, содержание его с высотой уменьшается, температура воздуха также уменьшается. Нагретый воздух от земли перемещается в атмосферу, возникает конвекция, которая и меняет вертикальное распределение температуры. Солнечные лучи, проходя через тропосферу, нагревают землю, которая отдает тепло назад в атмосферу, где оно накапливается. Этот процесс называется парниковый эффект. Следовательно, Земля является источником тепла для атмосферы.

Состав и строение

На состав и строение тропосферы влияет выход газов из разломов земной коры и существование жизни на Земле. Приземный слой, слой обитания живых организмов, состоит из двух важных газообразных компонента: азота (N2) и кислород (О2) — соответственно 78 и 21% объема воздушной оболочки Земли. Первостепенную роль для живых организмов играют вода, кислород и углекислый газ. Круговорот азота в природе играет значимую роль в питании растений. В процессе фотосинтеза растения образуется кислород, который используется при дыхании микро- и макроорганизмов, и выделяется углекислый газ.

Водяной пар является необходимым компонентом жизни на Земле и способствует поддержанию температуры на ее поверхности. Он, в основном, поступает в атмосферу при испарении воды с океанической поверхности.

Похожие материалы:

Тропосфера — Справочник химика 21


    Нахождение в природе. Содержание кислорода в атмосфере, гидросфере и литосфере различно. В тропосфере, являющейся нижним слоем атмосферы, содержится 23,01 вес. % в воде океанов, по данным Вернадского и Гольдшмидта, — 85,89 вес. % (в чистой воде, не содержащей растворенных примесей, содержание кислорода повышается до 88,89 вес. % ) в литосфере — твердой оболочке земной коры — содержание кислорода достигает 52,8 вес. %. 
[c.556]

    В тропосфере гидроксильный радикал образуется также в реакциях разложения [c.30]

    Этот цикл образования оксидов азота в тропосфере дополняется образованием азотистой и азотной кислот, а также три-оксида диазота [c. 31]

    Написать химические формулы важнейших загрязнителей тропосферы вообще и атмосферы больших городов в частности. Указать причину появления загрязнителей. [c.37]

    Объяснить, почему концентрация оксида углерода (IV) в тропосфере влияет на среднюю температуру земной поверхности. 

[c.37]

    Его концентрации в тропосфере находятся на уровне (0,5—5)  [c.30]

    Большая часть атмосферных масс, в том числе и участвующих в формировании погоды, находится в 10 — 12-км слое непосредственно над поверхностью Земли. Мы живем как раз в этом слое, называемом тропосферой. Его мы исследуем в первую очередь. [c.377]

    В тропосфере происходит непрерывное перемешивание газов, что делает состав ее приблизительно однородным (табл. У1.1). Анализ образцов льда из ледниковой толщи позволяет предположить, что состав тропосферы оставался примерно постоянным на протяжении всей истории человечества. [c. 378]

    Атмосфера условно подразделяется на слои тропосферу (ближайший к земле слой), стратосферу, мезосферу и термосферу (наружный слой). Какие данные полета дают основания для такого деления Проведите на графике горизонтальные линии, показывающие, где, по вашему мнению, проходят границы между слоями. 

[c.383]

    Объясните, почему над тропосферой нет жизни, [c.395]

    Конвекция — процесс, в котором теплый воздух поднимается, а холодный опускается, — играет важную роль в естественной циркуляции и самоочистке в тропосфере. Объясните явление конвекции с точки зрения молекулярной теории. [c.396]

    В прилегающем к поверхности Земли слое, называемом тропосферой и простирающемся на высоту примерно 18 км у экватора и 6 км у полюсов, температура понижается на 6 С с каждым километром высоты. В более высоких слоях воздуха — в стратосфере — имеются отдельные зоны с разными температурами, а в межзвездном пространстве термометр зарегистрировал бы температуру, близкую к —270°. С другой стороны, учитывая, что каждый кубический сантиметр воздуха у поверхности Земли содержит 27-10 молекул, а один кубический сантиметр межзвездного пространства содержит всего лишь несколько частиц, и принимая во внимание, что температура газа теоретически определяется средней энергией движения ее частиц  

[c.606]


    Стратосфера Слой атмосферы, находящийся над тропосферой [c.547]

    ТРОПОСФЕРА — нижний слой атмосферы (до 10—18 км), содержащий 4/5 всей ее массы. [c.404]

    Биосфера — это геологическая оболочка Земли, населенная живыми организмами. Она включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы. Границы биосферы определяются интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей, с одной стороны, и высокими температурами земных недр — с другой крайних пределов биосферы достигают лишь низшие организмы — бактерии. [c.

600]

    Из простых термодинамических соображений следует, что температура атмосферы уменьшается с увеличением высоты. В атмосфере Земли температура падает примерно на 6,5 К на каждый километр подъема вверх в течение первых 15—20 км от поверхности. Выше температура начинает возрастать. Это изменение тенденции называется температурной инверсией и в основном обусловлено фотодиссоциацией озона под действием Солнца и последующими экзотермическими фотохимическими реакциями, которые мы кратко обсудим. В нижней области атмосферы более холодный воздух располагается над более теплым, что приводит к быстрому перемешиванию слоев по вертикали. Эта область называется тропосферой (от греческого слова, обозначающего вращение ). Во второй области более теплый воздух лежит поверх более холодного, что влечет большую стабильность их распределения по вертикали. Эта область носит название стратосфера (от латинского слова слоистый ). Тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой. Следующей темой нашего обзора будет озон в современной стратосфере.

 [c.216]

    С подъемом на высоту атмосферное давление, плотность и температура воздуха понижаются. В пределах тропосферы (до высоты 11 км) законы уменьщения этих величин могут быть описаны следующими формулами  [c.13]

    Гидропероксидный радикал НО2 образуется при взаимо-дснетвии атомарного волторода с кислородом. Он образуется также в тропосфере при разложении озона и пероксида водорода гидроксильным радикалом [c.30]

    БИОСФЕРА — экосистема высшего порядка на Земле, тонкая пленка жизни на пла)1сте, включающая в себя тропосферу (см.), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы (на глубину до 5 км). [c.398]

    Радионуклиды поступают в атмосферу из четьфех источников естественные радиоактивные элементы земной коры и продукты их распада ( Кп, °РЬ, °Ро), космогенные изотопы ( На, Ве, Р, С, Н), продукты адерных взрывов ( 8г, » Се, и др.), отходы атомной промьппленности ( 1, Хе, и др.). Большая часть радионуклидов в атмосфере соединяется с аэрозольными частицами Наиболее крупные частицы, диаметром более 40 мкм, достаточно быстро выпад 1ют из атмосферы и оседают на земной поверхности.

Мелкие же, диамелфом от 1 до 20 мкм, попадают не только в верхние слои тропосферы, но и в стратосферу, обусловливая выпадение радиоактивных осадков на всем земном шаре 24,25] Время пребьшания искусственных радионуклидов в нижней части тропосферы составляет в среднем несколько суток, а в верхней -20-40 сут Что касается частиц в нижней части стратосферы, го они могуг находиться там до года и больше. [c.123]

    Поступающие из различных источников загрязняющие вещества переносятся воздушными и водными потоками и распространяются под влиянием турбулентного перемешивания. В случае атмосферах переносов они перемещаются не только по горизонтали, но и по вертикали вследствие сухих вьшадений (осаждения), интенсивность которых во многом определяется турбулентностью, рельефом и характером подстилающей поверхности, а также вымывания с атмосферными осадюши. При средней скорости западных воздуишых потоков в верхней тропосфере 30-35 м/с, наблюдаемых в умеренных широтах, аэрозольные выбросы успевают обогнуть земной шар за 10-12 сут. Заметим, что трансграничные переносы в меридиональном направлении осуществляются более медленно, чем в широтном. Вследствие этого для северного и южного полушарий характерны свои фоновые уровни загрязнений 24 . [c.143]

    Непосредственно примыкающий к поверхности Земли слой атмосферы характеризуется довольно закономерным изменением температуры — последняя понижается примерно на 6 град с каждым километром высоты. Слой этот — т р о п о с ф е р а— простирается на высоту около 18 км у экватора и 7 кл у полюсов. Между йим и Землей существует известная разность потенциалов (с напряженностью поля у земной поверхности порядка в/слг), причем тропосфера заряжена положительно, а земная по-верх.чость отрицательно. Основное значение для поддержания такой разности потенциалов имеет, по-видимому, постоянное поступление в атмосферу множества мельчайших кчпелек морской воды, срываемых ветром с гребней океанских волн и приобретающих при этом значительный положительный заряд. [c. 37]

    Все три каталитических семейства, НО, N0 и С , по-ви-димому, представлены в природной атмосфере, не загрязненной вследствие человеческой деятельности. Предшественники катализаторов возникают на поверхности Земли (дополняемые в случае N0 прямым преобразованием N2 и Ог в атмосфере на больших высотах). Эти предшественники должны переноситься через тропосферу в стратосферу. Среди наиболее важных предшественников находятся Н2О, СН4, МгО и СНзС1, которые в стратосфере превращаются в каталитические радикалы. Фотолиз озона ультрафиолетовым излучением приводит к образованию электронно-возбужденных фрагментов  [c.219]

    Стратосфера отличается высокой сухостью, вероятно, потому, что вода из тропосферы должна пройти через холодную ловушку в тропопаузе. Поэтому СН4 составляет более одной трети общей концентрации [НгО] + [СН4] в нижней стратосфере. В силу этого реакция (8.19) является важным источником ОН, особенно потому, что окисление радикала СНз (до СО) также дает еще два или три непарных кислорода. И N20, и СН4 — результат биологической активности (преимущественно микробиологической) на поверхности Земли. Основной вклад в СН3С1 также дает биологический источник, на этот раз локализованный в океане, хотя дополнительными источниками являются сгорание растительности и некоторые вулканические извержения. [c.219]


    Земли, например возрастанием опасности рака кожи. Первое беспокойство в начале 70-х годов было связано со сверхзвуковым стратосферным пассажирским самолетом типа Конкорд . Такой самолет способен выбрасывать N0, образующийся и N2 и О2 при высоких температурах в реактивных двигателях, прямо в атмосферу. Современные количественные модели показывают, что уменьшение озона из-за полетов сверхзвуковых стратосферных самолетов пренебрежимо мало, это частично обусловлено малочисленностью флота таких самолетов, а частично тем, что они летают низко в атмосфере, где ЫО -цикл относительно слабо влияет на концентрацию озона. Другой причиной увеличения стратосферного ЫОх может быть увеличение количества ЫгО в биосфере вследствие интенсивного применения удобрений. Если возмущения за счет сверхзвуковых стратосферных самолетов могут рассматриваться как дискретные, то использование удобрений в сельском хозяйстве с ростом населения может оказаться существенным фактором. Согласно оценкам, удвоение концентрации N20 должно привести к глобальному уменьшению количества озона на 9—16%, хотя столь большое увеличение концентрации N20 маловероятно в ближайшем будущем. Более насущной проблемой, по-видимому, является выброс фторхлоруглеводородов типа дихлордифторметана Ср2СЬ(СРС-12) и трихлорфторметана СРС1з(СРС-11). Фтор-хлоруглеводороды химически исключительно инертны. Они имеют важное значение как аэрозольное ракетное топливо, хладагенты, наполнители в производстве пенопластиков и растворители. Все применения фторхлоруглеводородов в конце концов приводят к их выделению в атмосферу. Представляется, что содержание фторхлоруглеводородов в тропосфере равно, в пределах экспериментальной ошибки, их общему промышленно произведенному количеству. Это подтверждает их тропосферную инертность и указывает на характерные времена существования вплоть до сотен лет. Существует лишь один способ снижения содержания фторхлоруглеводородов — их перенос вверх в стратосф у. В стратосферу проникает достаточно коротковолновое УФ-излучение, которое способно вызвать фотолиз фторхлоруглеводородов. Этот процесс сопровождается выделением атомарного хлора  [c.221]

    Около 90% общей массы атмосферы содержится в тропосфере. Большая часть следовых газов также находится здесь. Поверхность Земли является основным источником следовых газов, хотя часть N0 и СО может возникать в результате гроз. Гидроксильные радикалы преобладают в химии тропосферы так же, как атомы кислорода и озона — в химии стратосферы. Сво- боднорадикальные цепные реакции, инициированные ОН, окисляют Н2, СН4, другие углеводороды, а также СО и Н2О. Таким образом, реакции представляют низкотемпературную систему сгорания. Свободнорадикальные цепные процессы запускаются фотохимически, хотя стратосферный озон ограничивает солнечное излучение на поверхности Земли областью длин волн более 280 нм. На этих длинах волн наиболее важными фотохимически активными соединениями являются Оз, NO2 и НСНО. Все три соединения могут в конце концов давать ОН (или НО2) и тем самым инициировать окислительные цепи. Однако критической стадией служит фотолиз озона, поскольку другие фотолитические процессы обязаны ему либо происхождением, либо тем, что в его присутствии они протекают более эффективно. Хотя только 10% атмосферного озона находится в тропосфере, все случаи первичного инициирования окислительных цепей в естественной атмосфере зависят от этого озона. Часть озона переносится в тропосферу из стратосферного озонового слоя, но в самой тропосфере также существует механизм генерации зона. Если присутствует NO2, то фотолиз NO2 (при [c.222]

    Альдегидный продукт реакции (8.27) может сам подвергаться фотолизу в тропосфере. Основной путь фотолиза под действием света с длиной волны Ж338 нм приводит к образованию двух радикальных фрагментов, которые включаются в последующие реакции  [c. 223]

    Окисление как N0, так и углеводородов представляет собой фактически усложненную форму химических реакций, уже описанных для естественной тропосферы. Поэтому для алкана НСНз последовательность реакций может быть записана в виде [c.226]

    Поскольку реакция образования пероксинитратов обратима, то они выступают в тропосфере в качестве важного резервуара NOj и нефотохи-мического источника свободных радикалов. Препаративно пероксинит-раты получают в смоговых камерах, имитирующих фотохимические процессы загрязненной атмосферы, а также по реакциям [c.29]

    Пероксинитраты играют важную роль в химии атмосферы f47]. В результате окислительной деградации органических соединений в тропосфере образуются алкил- и ацилпероксирадикалы R00 и R (0)00 ]. Присутствие в воздухе значительных количеств NOj приводит к их рекомбинации с образованием пероксинитратов — основных компонентов фотохимического окислительного смога  [c.103]

    Сложившийся в результате длительной эволюцик-Земли средний состав атмосферы по основным природным компонентам заметно изменяется только в течение отдельных геологических периодов. Химический состав атмосферного воздуха в нижней тропосфере приведе в табл. 1. [c.7]

    Не менее реакционноспособной составляющей атмосферы является водяной пар, концентрация которого быстро уменьшается с высотой вплоть до тропопаузы (граничного слоя между тропосферой и стратосферой), у поверхности земли (от 3% во влажных тропически.х районах до 2. 10- % в Антарктиде). [c.8]

    Соединения азота. Известны следующие стабильные оксиды азота N20, N0, N02, N204, ЫгОз, N205. Оксид азота (I), являющийся продуктом жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, устойчив в тропосфере. Выше тропопаузы под действием солнечной радиации он подвергается фотолизу с образованием молекулярного азота и атомарного кислорода. Оксиды азота (II) и (IV)—N0 и НОг образуются в процессе горения. Остальные кислородные соединения азота выделяются в некоторых промышленных процессах. [c.14]

Основы и применения фотохимии (1991) — [ c. 216 , c.222 ]

Введение в химию окружающей среды (1999) — [ c.26 , c.28 , c.30 ]

Возможности химии сегодня и завтра (1992) — [ c.18 , c.19 ]

Основы общей химии Т 1 (1965) — [ c.36 ]

Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.37 ]

Биология Том3 Изд3 (2004) — [ c.420 ]

Химическое строение биосферы земли и ее окружения (1987) — [ c.63 , c.98 , c.103 , c.114 , c. 118 , c.142 , c.190 , c.192 , c.195 , c.196 , c.199 , c.201 , c.202 , c.206 , c.222 , c.226 , c.246 , c.247 , c.293 ]

Происхождение жизни Естественным путем (1973) — [ c.321 , c.330 , c.333 ]

Основы общей химии том №1 (1965) — [ c.3 ]

Неорганическая геохимия (1985) — [ c. 82 ]

Химическое строение биосферы Земли и ее окружения Издание 2 (1987) — [ c.63 , c.98 , c.103 , c.114 , c.118 , c.142 , c.190 , c.192 , c.195 , c.196 , c.199 , c.201 , c.202 , c.206 , c.222 , c.226 , c.246 , c.247 , c.293 ]

19 Газовый состав атмосферы — СтудИзба

Газовый состав атмосферы.

Нижний слой атмосферы Земли (тропосфера) имеет следующий химический состав (по объему, в процентах): азот – 78.09, кислород – 20.95, аргон – 0.93, углекислый газ – 0.03. На долю остальных газов приходятся уже тысячные и десятитысячные доли процента. Такой состав атмосфера имеет почти до высоты 90 км. Кроме этих постоянных компонентов, атмосфера содержит переменные компоненты: озон и водяной пар.

            Столь высокое содержание свободного кислорода в атмосфере нашей планеты – явление, вообще говоря, не совсем обычное, поскольку кислород даже в виде молекул O2 – сильный окислитель, легко вступающий в химические реакции с самыми разнообразными химическими веществами. Такое содержание кислорода не свойственно ни одной из планет Солнечной системы. Так, основная часть кислорода, присутствующего в атмосфере Венеры и Марса, представлена соединением с углеродом – углекислым газом, содержание которого составляет до 95% атмосферных газов. Общепринята точка зрения, согласно которой малое содержание CO2 и высокое содержание свободного кислорода в атмосфере нашей планеты является прямым следствием фотосинтеза, осуществляемого, прежде всего, зелеными растениями и цианобактериями.

Как мы помним из предыдущих лекций, в пределах тропосферы температура быстро падает с высотой вследствие удаления от земной поверхности, излучающей инфракрасные (тепловые) лучи. Падение это составляет 6-7 градусов на километр высоты (зимой несколько меньше).

На уровне от 11 до 17 км начинается стратосфера – сравнительно спокойная область атмосферы с почти постоянной температурой до высоты 34-36 км и ростом температуры до уровня 50 км. Этот рост происходит за счет поглощения солнечных ультрафиолетовых лучей слоем озона. Выше стратосферы, примерно от уровня озонного пика температуры и до 80-85 км простирается мезосфера – область нового падения температуры с высотой. Ее, как и следующие слои атмосферы – термосферу (до 800 км) и экзосферу (свыше 800 км) – мы сейчас обсуждать не будем. Обратим, однако, внимание, на относительно повышенное содержание озона на границе тропосферы и стратосферы. Вообще концентрация озона в атмосфере очень мала – менее 0.0001%. Но основная его масса сосредоточена в слое стратосферы на высоте 15-55 км с максимумом концентрации в узком слое на высотах 20-25 км. Именно этот высотный интервал называют озоновым слоем планеты. Цифры эти усредненные для всей планеты, в реальности высота озонового максимума зависит от широты.

Слои атмосферы — тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера

Общее

<img loading=»lazy» src=»http://terasfera.ru/wp-content/uploads/2015/12/zavisimost-temperatury-ot-vysoty-sloya-atmosfery-284×300.jpg» alt=»зависимость температуры от высоты слоя атмосферы» srcset=»wp-content/uploads/2015/12/zavisimost-temperatury-ot-vysoty-sloya-atmosfery-284×300.jpg 284w,wp-content/uploads/2015/12/zavisimost-temperatury-ot-vysoty-sloya-atmosfery.jpg 559w»>Земная атмосфера являет собой газовою оболочку планеты. Нижняя граница атмосферы проходит возле поверхности земли (гидросфера и земная кора), а верхняя граница является область соприкасающеюся космического пространства (122 км). В себе атмосфера содержит много разных элементов. Основные из них: 78% азот, 20% кислород, 1% аргон, углекислый газ, галий неона, водород и тд. Интересные факты можно посмотреть в конце статьи или перейдя по ссылке.

Атмосфера имеет четко выраженные слои воздуха. Слои воздуха отличаются между собой температурой, разностью газов и их плотностью и давлением. Нужно отметить, что слои стратосфера и тропосфера защищают Землю от солнечной радиации. В высших слоях живой организм может получить смертельную дозу ультрафиолетового солнечного спектра. Для быстрого перехода к нужному слою атмосферы, нажмите на соответствующий слой:

Тропосфера и тропопауза

Тропосфера — температура, давление, высота

Верхняя граница держится на отметке 8 — 10 км примерно. В умеренных широтах 16 — 18 км, а в полярных 10 — 12 км. Тропосфера — это нижний главный слой атмосферы. В этом слое находится более 80% всей массы атмосферного воздуха и близко 90% всей водяной пары. Именно в тропосфере возникают конвекция и турбулентность, образуются облака, происходят циклоны. Температура понижается с ростом высоты. Градиент: 0,65 °/100 м. Нагретая земля и вода нагревают прилагающий воздух. Нагретый воздух поднимается в верх, охлаждается и образует облака. Температура в верхних границах слоя может достигать — 50/70 °C.

Именно в этом слое происходят изменения климатических погодных условий. В нижнюю границу тропосферы называют приземным, так как он имеет много летучих микроорганизмов и пыли. Скорость ветра увеличивается с увеличением высоты в этом слое.

Тропопауза

Это переходной слой тропосферы к стратосфере. Здесь прекращается зависимость снижения температуры с повышением высоты. Тропопауза — минимальная высота, где вертикальный градиент температуры падает до 0,2°C/100 м. Высота тропопаузы зависит от сильных климатических проявлений, таких как циклоны. Над циклонами высота тропопаузы понижается, а над антициклонами повышается.

<iframe loading=»lazy» src=»https://www. youtube.com/embed/rL3AfdnOatE» frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»></iframe>

Стратосфера и Стратопауза

Высота слоя стратосферы примерно от 11 до 50 км. Присутствует незначительное изменение температуры на высоте 11 — 25 км. На высоте 25 — 40 км наблюдается инверсия температуры, от 56,5 поднимается до 0,8°C. От 40 км до 55 температура держится на отметке 0°C. Эту область называют — Стратопаузой.

В Стратосфере наблюдают воздействие солнечной радиации на молекулы газа, они диссоциируют на атомы. В этом слое нету почти водяного пара. Современные сверхзвуковые коммерческие самолёты летают на высоте до 20 км из-за стабильных полетных условий. Высотные метеозонды поднимаются на высоту 40 км. Здесь присутствуют устойчивые воздушные течения, скорость их достигает 300 км/ч. Также в этом слое сосредоточен озон, слой который поглощает ультрафиолетовые лучи.

<iframe loading=»lazy» src=»https://www.youtube.com/embed/n-uzw-sYLsc» frameborder=»0″ allowfullscreen=»allowfullscreen»></iframe>

Мезосфера и Мезопауза — состав, реакции, температура

Слой мезосферы начинается примерно на высоте 50 км и заканчивается на отметке 80 — 90 км. Температуры понижается с повышением высоты примерно 0,25-0,3°C/100 м. Основным энергетическим действием здесь является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов (имеет 1 или 2 непарных электронная) т.к. они реализуют свечение атмосферы.

Почти все метеоры сгорают в мезосфере. Ученые назвали эту зону — Игноросферой. Эту зону тяжело исследовать, так как аэродинамическая авиация здесь очень плохая из-за плотности воздуха, которая здесь в 1000 раз меньше чем на Земле. А для запуска искусственных спутников плотность еще очень высокая. Исследования проводят с помощью метеорологических ракет, но это извращенность. Мезопауза переходной слой между мезосферой и термосферой. Имеет температуру минимум -90°C.

Линия Кармана

Линию кармана называют границей между атмосферой Земли и космосом. Согласно международной авиационной федерацией (ФАИ) высота этой границы — 100 км. Такое определения дали в честь американского ученого Теодора Фон Кармана. Он определил, что примерно на этой высоте плотность атмосферы настолько мала, что аэродинамическая авиация здесь становится невозможная, так как скорость летательного устройства должна быть большей первой космической скорости. На такой высоте теряет смысл понятие звуковой барьер. Здесь управлять летательным аппаратом можно лишь за счет реактивных сил.

Термосфера и Термопауза

Верхняя граница этого слоя примерно 800 км. Температура растёт примерно до высоты 300 км где достигает порядка 1500 К. Выше температура остается неизменной. В этом слое происходит полярное сияние — происходит в следствии воздействия солнечной радиации на воздуха. Также этот процесс называют ионизацией атмосферного кислорода.

Из-за малой разряженности воздуха полёты выше линии Кармана реализуемы только по баллистических траекториях. Все пилотируемые орбитальные полеты (кроме полетов на Луну) происходят в этом слое атмосферы.

Экзосфера — плотность, температура, высота

Высота экзосферы выше 700 км. Здесь газ сильно разрежён,и происходит процесс диссипации — утечка частиц в межпланетное пространство. Скорость таких частиц может достигать 11,2 км/сек. Рост солнечной активности приводит к расширению толщины этого слоя.

Интересные факты

  • Газовая оболочка не улетает в космос из-за земного притяжения. Воздух состоит из частиц, которые имеют свою массу. Из закона тяготения можно вынести то, что каждый объект обладающий массой притягивается к Земли.
  • Закон Буйс-Баллота гласит, что если находиться в Северном полушарии и встать спиной к ветру, то справа будет располагаться зона высокого давления, а слева — низкого. В Южном же полушарии все будет наоборот.

Смотрите также:

Сделан первый масштабный замер микробного состава средних и верхних слоев земной тропосферы

В средней и верхней частях тропосферы обнаружены высокие концентрации микробов, которые могут влиять на погоду и климат. Возможно, что для некоторых из них эти высоты являются естественной средой обитания.

Сделан первый масштабный замер микробного состава средних и верхних слоев земной тропосферы (12–18 км), степень инфицированности которых – прежде всего бактериями – оказалась неожиданно высокой. До сих пор не ясно, являются ли эти зоны, мало приспособленные для жизни, естественной средой обитания микробов, возможно, живущих и размножающихся на мельчайших частицах взвешенной в тропосферном воздухе углеродсодержащей пыли (которая может иметь и космическое, в том числе метеоритное происхождение), или они заносятся сюда потоками воздуха из нижних, приповерхностных слоев.

Как бы то ни было, сам факт их присутствия на больших высотах, где происходит формирование облаков, атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов, представляет большой интерес для климатологов, поскольку взвешенные в воздухе микроорганизмы могут влиять на динамику фазового перехода атмосферного водяного пара в кристаллы льда, что, в свою очередь, может влиять на погоду и климат. Также тропосферная миграция бактерий может объяснить механизм распространения инфекций на большие, в том числе межконтинентальные, расстояния.

Микробный состав тропосферы был исследован в рамках программы NASA «GRIP» по изучению механизма формирования штормов в тропических широтах (NASA`s Genesis and Rapid Intensification Processes). Забор образцов воздуха осуществлялся летающей лабораторией NASA на базе самолета DC-8 над участками суши (побережье Калифорнии и континетнальная часть США), а также Карибским морем и Атлантическим океаном до, во время и после тропических штормов Earl и Karl в 2010 году. Результаты исследования, осуществленного сотрудниками Технологического института Джорджии, опубликованы сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Для анализа микробного состава воздуха были сконструированы специальные фильтры, соединенные с воздухозаборниками и анализаторами ДНК, позволяющими определять количественный и видовой состав микроорганизмов почти в реальном времени без предварительного высевания микробов в питательном субстрате.

Как показал анализ, жизнеспособные клетки бактерий составляют примерно 20% частиц диаметром от 0,25 до 1 микрона, содержащихся в воздухе на высоте 8-10 км (то есть в средних слоях тропосферы).

Концентрация аэрозольных частиц этого размера менялась в зависимости от высоты, составляя 59 млн частиц на кубический метр в самых нижних слоях тропосферы (0-1 км) и снижаясь до 2,6 млн на куб. м на высоте 7-8 км. Здесь общее число бактерий в исследованных образцах было на порядок больше, чем одноклеточных грибов, а доля их содержания по отношению к общей массе аэрозольных частиц микронного и субмикронного размера колебалась от 3% до (в некоторых образцах, собранных в зоне ураганов) 100%. В любом случае концентрация бактерий в средней и верхней тропосфере (в среднем — 20%) оказалась больше, чем в приповерхностных слоях воздуха, где на 1 живую бактерию приходится примерно 1 миллион неживых частиц размером до 1 микрона.

Оперативная расшифровка ДНК выявила 17 различных типов бактерий, обнаруженных в средней и верхней тропосфере. Большая их часть была океанического происхождения, если заборы воздуха осуществлялись над океаном, и наземного, когда заборы осуществлялись над сушей. Интересно, что некоторые типы бактерий, обнаруженные в тропосфере, способны перерабатывать органические соединения, присутствующие в воздухе на больших высотах, например щавелевую кислоту. Выяснилось также, что ураганы оказывают существенное влияние на концентрацию и динамику распространения микробов в средней и верхней частях тропосферы.

Последние могут инициировать формирование ледяных кристаллов на больших высотах, при этом роль центров конденсации водяного пара могут играть как сами бактерии, перерабатывающие, возможно, атмосферную органику, так и продукты их жизнедеятельности.

«В отсутствие или при очень низких концентрациях пыли, на которой конденсируются кристаллы водяного льда, на таких высотах достаточно небольшого количества микроорганизмов, чтобы запустить процесс конденсации пара и образования льда, что, в свою очередь, может влиять на динамику формирования и поведения облаков», — комментирует результаты анализа один из авторов статьи Атанасиос Ненес, профессор Технологического института Джорджии.

По всей видимости, большая часть микробов попадает в верхние слои тропосферы на высоту до 18 км с водно-пылевой взвесью, увлекаемой потоками воздуха с поверхности суши и океанов.

Какие из них более приспособлены к выживанию на таких высотах в условиях низких температур, дефицита питательных веществ и повышенной радиации, а какие менее, только предстоит выяснить. Между тем вопрос об уровне жизненной активности микробов на больших высотах остается наиболее интригующим не только в контексте высшей границы распространения живого вещества, но и с точки зрения его влияния на климат – как пассивного (если единственным источником поступления микробов в тропосферу является водно-пылевая аэрозоль, увлекаемая с поверхности Земли), так и активного (если микробы продолжают жить и размножаться в средней и верхней частях тропосферы).

И в том и в другом случае придется корректировать существующие представления об эволюции земного климата, которые основаны на «чистых» газодинамических моделях и не учитывают вклада многих других факторов, роль которых может быть существенной. Например, микробного состава средней и верхней частей тропосферы, влияющего не только на процесс образования облаков, но, возможно, и на ее химический состав.

Атмосфера 6 класс

Космонавты, видевшие нашу планету из космоса, говорят, что она окружена тонкой голубой дымкой. Так выглядит атмосфера, рождение которой до сих пор до конца неясно.

Состав атмосферы

Атмосфера (от греческих слов atmos — воздух, sphaira — шар) — газовая оболочка, окружающая Землю и простирающаяся до 1000 километров вверх от земной поверхности. Она удерживается силой притяжения Земли.

Воздух атмосферы — это смесь газов, мельчайших капель воды и кристаллов льда. В нём присутствуют также частицы пыли, сажи и органических веществ. Основные газы атмосферы — азот, кислород и аргон. Они составляют 99,9% массы атмосферного воздуха. Их соотношение у земной поверхности одинаково в разных районах Земли. Это объясняется сильным перемешиванием воздуха.

Строение атмосферы

В атмосфере выделяют несколько слоев. Они различаются многими свойствами, и прежде всего особенностями изменения температуры. Нижние слои атмосферы — тропосфера и стратосфера содержат почти весь воздух Земли. Тропосфера — непосредственно прилегающий к земной поверхности слой атмосферы. Её верхняя граница над экватором проходит на высоте 18 километров, а над полюсами — на высоте 8-9 километров. В тропосфере находится более 4/5 всего атмосферного воздуха, содержится почти весь водяной пар. Здесь происходят горизонтальные и вертикальные движения воздуха, формируются облака, приносящие дождь, снег. Температура в тропосфере постепенно понижается снизу вверх и на границе со стратосферой составляет в среднем -55 °С. В тропосфере протекает жизнь человека, растений и животных.

Стратосфера простирается до высоты 50-55 километров. Воздух в ней настолько разрежен, что им нельзя дышать. Видимость в этом слое всегда хорошая, здесь почти нет облаков, не бывает ни гроз, ни дождя, ни снега. Поэтому в нижних слоях стратосферы пролегают пути современных самолётов. В нижней части стратосферы температура более или менее постоянна, но с высоты 25 километров начинает повышаться и на верхней границе слоя близка к 0 °С.

Выше стратосферы лежат верхние слоя атмосферы. Температура здесь понижаете и на высоте 80 километров достигает минимума -80 °С. Воздух на этой высоте настолько разрежен, что не поглощает солнечное тепло и не рассеивает свет.

Выше температура в атмосфере быстро растёт и на высоте 500-600 километр составляет +1500 °С. Поэтому по температурному признаку в верхней атмосфере выделяют слой, называемый термосферой. Высоты атмосферы от 100 до 1000 километров называют ионосферой. Здесь под воздействием ультрафиолетовых лучей, идущих от Солнца, частицы газов сильно электризуются. Свечение этих частиц  вызывает полярное сияние.

Земля — единственная из планет Солнечной системы, которая имеет газовую оболочку, содержащую необходимый для дыхания кислород. Для большинства живых организмов атмосфера — среда жизни. Можно сказать, что растения, животные и люди обитают не только на твёрдой поверхности Земли, но и на дне «воздушного океана». Атмосфера защищает планету от вредных космических излучений и мелких метеоритов, которые сгорают в ней, не достигая поверхности Земли. Значительная часть солнечной энергии расходуется на нагрев приземного слоя воздуха. Атмосфера удерживает тепло у земной поверхности, подобно покрывалу предохраняет её от излишнего перегрева и переохлаждения. Испарившаяся с поверхности вода образует в тропосфере облака, которые также защищают Землю от перегрева. Они отражают часть солнечных лучей и приносят атмосферные осадки. Без атмосферы был бы невозможен круговорот воды.

Состав и строение атмосферы

Атмосфера

– воздушная внешняя оболочка Земли, состоящая из смеси газов – воздуха. Состав воздуха атмосферы: азот – 78,09%, кислород – 20,95%, аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%, менее 0,01% приходится на неон, гелий, метан, криптон, ксенон, водород, озон, йод. Соотношение между азотом и кислородом в атмосфере постоянно.

 

Гетеросфера
– верхняя часть атмосферы, где состав воздуха неоднороден.

Гомосфера – часть атмосферы, где наблюдается полное перемешивание газов атмосферы, простирается до высоты 100-120 км.

 

Ионосфера
– атмосферные слои от высот 50-80 км характеризующиеся относительно высокой концентрацией ионов.

Мезопауза – переходный слой между мезосферой и термосферой, на высоте 86-90 км.

 

Мезосфера

– слой атмосферы, лежащий над стратосферой, начиная с высоты около 50 км, и простирающийся до 80-85 км. Мезосфера характеризуется понижением температуры с высотой примерно от 0ºС от нижней границе до -90ºС на верхней, ураганными ветрами неустойчивых направлений.

 

Нейтросфера

– нижняя часть атмосферы (до высоты 80 км), незаряженные частицы воздуха преобладают над ионами.

 

Стратопауза

– пограничный слой между стратосферой и мезосферой на высоте порядка 50-55 км.

 

Стратосфера

– атмосферный слой лежащий выше тропосферы до высоты 50 км. Характеризуется разреженностью воздуха, почти полным отсутствием водяного пара, западным переносом масс, большим содержанием озона (максимум на высотах 15-20 км в приполярных широтах, 25-30 км в тропических). Распределение температуры в нижней части изотермическое, в верхней части наблюдается повышение температуры, достигая +10ºС — +20ºС.

 

Термосфера

– слой атмосферы выше мезосферы, начиная с высот 80-90 км. Температура с высотой растет (переходя через 0ºС на высоте 100 км) до высот порядка 200-300 км, где достигает значений порядка 1500ºС, а затем с высотой почти не изменяется. Газы Т. находятся в ионизированном состоянии.

 

Тропопауза

– переходный слой от тропосферы к стратосфере. В средних широтах наблюдаются постоянные разрывы (сильное утончение) тропопаузы, поэтому Т. делят на тропическую и полярную. Самая низкая температура, зарегистрированная в Т. -92ºС.

 

Тропосфера
– нижняя, наиболее плотная, основная часть атмосферы (80% массы), особенно подверженная воздействию со стороны земной поверхности. Мощность Т. меняется от 17 км на экваторе до 8-10 км на полюсах. Содержит преобладающую часть водяного пара атмосферы. В Т. возникают основные типы облаков. Температура с высотой понижается (0,6ºС/100 м) до -70ºС над экватором и на полюсах до -68ºС зимой, летом до -43ºС.
Экзосфера

– слои атмосферы, начиная от высот 450 км., из которых происходит утечка наиболее легких частиц (атомов водорода) в космическое пространство. Утекающий водород образует земную корону.

 

Статьи о атмосфере

Тропосфера, основные газы, состав и распространенность

Основные газы тропосферы

Как и в верхних слоях атмосферы, газы, играющие важную роль в химическом составе или климате тропосферы, присутствуют в очень малых количествах. Вот почему их называют « следовых газов ».

Типичные концентрации этих газов вблизи поверхности Земли

Н 2 О водяной пар 0.0001 — 0,01
CO 2 углерод ди оксид 360 частей на миллион
СН 4 метан 1,7 частей на миллион
Н 2 О динитрогеноксид 310ppb
СО окись углерода 50-500 частей на миллиард
О 3 озон 10-80 частей на миллиард
СО 4 сульфат 20 частей на миллион — 2 части на миллиард
НЕТ 2 азота диоксид 1 ppt-10 ppb
ОХ гидроксильный радикал 0. 01-0,1 п.п.

Выражается в объемных соотношениях смеси, т. е. в долях объема воздуха, занимаемого газом:

  • 1 ppm = 1 частица на миллион = 10-6
  • 1 ppb = одна частица на миллиард = 10-9
  • 1 ppt= одна частица на 1000 миллиардов = 10-12

 

Водяной пар и двуокись углерода, самые важные газы в тропосфере Земли

Основные принципы цикла wate r (H 2 O) хорошо известны:

  • испарение жидкой воды с поверхности
  • конденсат
  • образование облаков
  • осадки

Среднее время пребывания водяного пара в атмосфере составляет порядка десяти дней, что очень мало.Это объясняет большие различия в количестве водяного пара (и, следовательно, количества осадков) в разных местах на Земле. Хотя на воду мало или совсем не влияет химический состав атмосферы, она играет большую роль в окислении некоторых атмосферных соединений.

Углекислый газ (CO 2 ) имеет очень длительный срок жизни в атмосфере (несколько столетий). Соотношение его смешивания почти однородно в тропосфере и стратосфере.

Наличие углекислого газа тесно связано с жизнью на Земле.CO 2 фактически необходим для роста растений, поскольку углерод в растениях и животных происходит исключительно из атмосферного CO 2 . А основным источником атмосферного CO 2 является микробное разложение органического материала. Однако деятельность человека также влияет на концентрацию углекислого газа.

Как и водяной пар, CO 2 не является химически активным.

Относительно распространенные тропосферные газы

Закись азота (N 2 O) и хлорфторуглероды (CFC) являются другими примерами относительно распространенных газов.Они химически не активны в тропосфере, но играют важную роль в химии стратосферы.

Знание глобального баланса менее распространенных, но более реакционноспособных газов, а также понимание поведения и распределения этих газов важно, но сложно из-за многочисленных и сложных химических и физических процессов.

Движущей силой этого химического состава является солнечное излучение, в частности, в ближнем ультрафиолетовом диапазоне (УФ-А и УФ-В) и, в меньшей степени, в видимом диапазоне.Солнечное излучение действительно может «расщеплять» (диссоциировать) химические молекулы. Тропосфера защищена от жесточайшего ультрафиолетового излучения стратосферным озоновым слоем.

Несмотря на такую ​​эффективную фильтрацию вредного УФ-излучения, солнечное излучение все же может разрушать, например, молекулы озона и диоксида азота в тропосфере. Эти процессы диссоциации инициируют сложную серию химических реакций, ведущих, например, к образованию радикалов, таких как гидроксильный радикал (ОН) .Этот радикал играет определяющую роль, поскольку он отвечает за окисление многих газов, выбрасываемых на поверхность Земли, которые в противном случае накапливались бы в тропосфере.

Говорят, что гидроксильный радикал является «очистителем» атмосферы.

Химия тропосферы

Химия тропосферы Метан и угарный газ в Тропосфера

Таблица Содержание

1. Структура и состав атмосферы

2.Химия Тропосфера

2.1 Окислительная способность тропосферы
2.2 Формирование ОН Радикал
2.3 Окисление метана
2.4 Окисление монооксида углерода

3. Тропосферный метан

3.1 Бюджет
3.2 Текущие вопросы

4. Тропосферный углерод Монооксид

4.1 Бюджет
4.2 Пространственное и временное Изменчивость

1. Строение и состав тропосферы

Для изучения и справки ученые разделили атмосферу на четыре области, очень разные по своему строению, термодинамике, фотохимии и динамика.Эту перегородку лучше всего отражает атмосферная вертикаль температурный профиль, точки перегиба которого используются для различения четыре области (рис. 1). Начиная с земли, они называются «тропосфера», «стратосфера», «мезосфера» и «термосфера», а границы разделяя их на «тропопаузу», «стратопаузу» и «мепауза».

Термическая структура атмосферы в конечном итоге определяется комбинацией процессов динамического и радиационного переноса.Тропосфера нагревается от земля, которая поглощает солнечное излучение и отдает тепло обратно в инфракрасный. Поэтому температура воздуха в этой области уменьшается линейно с высотой, при градиенте от 5 до 7 К км -1 , или чуть более полградуса на 100 м, как подсказывает общеизвестный факт. тропопауза, расположенная между 8 км (в высоких широтах) и 15 км (на экваторе), отмечает конец этого линейного убывания и начала стратосферы, где лежит основная часть атмосферного озона («озоновый слой»).Присутствие озона жизненно необходим для жизни на Земле, так как он поглощает опасную часть поступающее ультрафиолетовое излучение. В результате стратосфера нагревается и имеет положительный градиент температуры. Пик температуры приходится на стратопаузу. примерно на высоте 50 км, затем снова линейно падает в мезосфере, по мере уменьшения нагрева озона. Область атмосферы над мезопаузой называется термосферой и коренным образом отличается от трех нижних регионы. Его нельзя рассматривать как электрически нейтральную среду, поскольку Солнечное излучение ионизирует молекулы и атомы, образуя плазму свободных электроны и ионы, взаимодействующие с магнитным полем Земли.


Рис. 1: Температура воздуха профиль (Стандартная атмосфера США, 1976 г.). Четырем регионам соответствуют очень различные температурные градиенты.

Слово «тропосфера» означает «вращающаяся сфера», что символизирует тот факт, что в этом регионе конвективные процессы преобладают над радиационными. процессы. Тропосфера действительно отмечена сильными конвективными переворотами, при этом большие порции теплого воздуха поднимаются вверх к тропопаузе, неся водяного пара и образующих облака по мере их остывания (стратосфера, на С другой стороны, это очень стабильная стратифицированная среда, в которой теплопередача в основном радиационное). В тропосфере содержится основная часть атмосферной воды пара, большую часть облаков и большую часть погоды как на глобальном, так и на локального масштаба. Поскольку давление экспоненциально падает с высотой, также содержит более 75% всей массы атмосферы. Самое главное, однако он находится в контакте с поверхностью Земли и поэтому взаимодействует непосредственно с другими климатическими подсистемами, такими как биосфера (земля и растительность), гидросфера (океаны), криосфера (ледяные шапки), литосфера (топография) и, прежде всего, с человеческим миром (Peixoto и Оорт, 1992).

Учредительный номер Тропосферное смешение коэффициент
N 2 (Азот) 78,08%
O 2 (кислород) 20,95%
H 2 O (водяной пар) <3,00%
А (аргон) 0. 93%
CO 2 (углерод диоксид) 345 частей на миллион по объему
O 3 (озон) 10 частей на миллион по объему
Ч 4 (метан) 1,6 частей на миллион по объему
N 2 O (оксид азота) 350 частей на миллиард
CO (углерод монооксид) 70 частей на миллиард
ХФУ=с 11-12 0.2-0,3 частей на миллиард

Таблица 1: Состав атмосферы (адаптировано из Салби, 1996). Все значения являются средними значениями тропосферы.

Основная масса сухого воздуха состоит из азота (78 % по объему) и кислорода (21 % по объему). по объему). Благородные газы, углекислый газ и большое количество других второстепенных газы составляют оставшийся 1% атмосферы. Хотя они в В очень малых концентрациях эти микроэлементы играют жизненно важную роль в все аспекты физики и химии атмосферы (в отличие от азота: инертно и неинтересно).В таблице 1 приведено среднее содержание тропосферы. выбранного количества видов. Обратите внимание, что интересующие нас газы работа, а именно метан и окись углерода, имеют отношения смешивания, выраженные в частей на миллион по объему и частей на миллиард по объему. Большинство составляющих распределены достаточно равномерно вплоть до мезопаузы, за исключением водяного пара, который в основном приурочен к тропосферу и озон, который сконцентрирован в стратосфере (рис. 2).


Рисунок 2 : Вертикальные профили смесителя соотношения отдельных видов в день равноденствия (из Goody and Yung, 1989).

2. Химия тропосферы

       2.1 Окислительная способность тропосферы

Как было сказано выше, нигде на Земле нет идеально чистого воздуха: кроме азота, кислорода, инертных газов, углекислого газа и паров воды, он содержит много следовых загрязнителей. Будь то природные или антропогенные выбросы источники, они сильно влияют на нашу климатическую систему. Природные источники включают извержения вулканов, болота, выбросы диких животных, лесные пожары и пыль, в то время как антропогенные включают промышленную деятельность, сжигание ископаемого топлива, использование автомобилей, выбросы от домашних животных и сельского хозяйства.Из-за его растущее значение, последняя категория широко освещается и становится знаний даже среди ненаучного сообщества. К счастью, атмосфера до сих пор избегал значительного накопления загрязняющих веществ, благодаря к замечательной природной способности самоочищаться. Есть три конца удаления процессы. Во-первых, это химическая конверсия в незагрязняющие компоненты. например H 2 O или O 2 . Второй – сухое осаждение, при котором газы поглощаются растениями, водой или почвой.Имеет ограниченное значение потому что это часто применимо только к газам в пограничном слое в локальном масштабе. Третий — влажное осаждение или удаление осаждением, и он эффективен только для видов, обладающих достаточной растворимостью в воде, чего нельзя сказать о Общее. Однако существует ряд тропосферных видов, способных окисляя эти загрязняющие вещества, чтобы они стали растворимыми. Хотя эти виды присутствуют только в незначительных количествах, они составляют стержень тропосферного химия.

Как ни странно, открытие окислительной способности тропосферы произошло относительно поздно и косвенно. В 1970 году Прессман и Уорнек отметил, что, хотя выбросы CO неуклонно увеличивались в течение 50-х и 60-х годов не было никаких последствий для его концентрации в тропосфере. Загадка была решена год спустя, когда Леви (1971) нашел маршрут для образование радикалов ОН в тропосфере и предположил, что они могут быть основным поглотителем CO. Важность радикалов OH и других окислителей как моющие средства атмосферы были признаны до сих пор.Они в порядке убывания важности:

    1. Гидроксильный радикал ОН. гидроксил представляет собой короткоживущий свободный радикал и безусловно, самый эффективный мусорщик в тропосфере. Это главный окислитель для CO, CH 4 и высших углеводородов, H 2 S (водород сульфид) и SO 2 (двуокись серы). Он тонет в разных средах показано на рис. 3, рис. 4 и рис. 5.
    2. Нитратный радикал NO 3 . Ночью этот радикал берет верх из гидроксила как доминирующего окислителя в атмосфере: образуется гидроксил фотолизом, пик концентрации приходится на дневное время, в то время как NO 3 не выдерживает солнечного света.
    3. Атом кислорода O( 3 р). Это возбужденное состояние кислорода атом обладает способностью окислять ненасыщенные углеводороды и другие газы содержащие двойную связь, такие как CS 2 и COS в верхней тропосфере.
    4. Перокси- и гидропероксирадикалы HO 2 и RO 2 (где R представляет собой алкил). HO 2 и RO 2 очень тесно переплетены с гидроксилом в цикле окисления. Они не так эффективны, как гидроксилы. но реагируют сами с собой с образованием H 2 O 2 , важного окислитель в облачных каплях.
    5. Перекись водорода H 2 O 2 . Эта сильная кислота реагирует очень эффективно в облаке капель и окисляет ряд следов газы, в частности диоксид серы. Хорошо растворим, на него также приходится большая часть избыточной кислотности в дожде.

Вместе эти окислители определяют продолжительность жизни и обилие следовых количеств. виды, действующие как атмосферные регуляторы. Верно и обратное: обилие микроэлементов регулирует окислительную способность атмосферы, поскольку увеличение выбросов данного загрязняющего вещества снижает содержание его основного окислителя. Полученная положительная обратная связь может даже в конечном итоге привести к увеличению других загрязняющих веществ. Это подчеркивает важность стабильная окислительная способность тропосферы, имеющая первостепенное значение для нашего окружающая обстановка.
 

Рисунок 3: Удаление OH следовыми газами в верхней тропосфере (адаптировано из Warneck, 1993). CO является основным стоком, уничтожение более половины общего количества во всех случаях. Несмотря на то что CH 4 идет следующим по степени важности, уничтожая только между 8 и 18% радикалов ОН, играет преобладающую роль в цикле окисления (цикл часто называют циклом окисления метана). Химическое процессы, приводящие к разрушению ОН, не являются однозначными, поскольку радикал может быть рециклирован много раз или давать другие окислители до того, как он окончательно уничтожается.Между прочим, скорость окисления с данным загрязняющим веществом зависит от соотношения смешивания загрязняющих веществ, скорости реакции, реакции КПД и внешние условия, такие как температура и давление.

Рис. 4: Поглотители гидроксила в континентальной пограничный слой.

Рисунок 5: Раковины из гидроксила морские пограничный слой.

            2.2 Формирование ОШ радикал

Основными ингредиентами для образования гидроксила являются NO и NO 2 , водяной пар, озон и излучение с длинами волн короче 315 нм: говоря простым языком, NO 2 очень реакционноспособен и может образовывать O 3 , что, в свою очередь, может давать гидроксил.№ 2 в основном создается путем окисления NO, который сам является косвенным продуктом биомассы. горение, высокотемпературное горение и микробное действие в почве. Это считается, что первые два техногенных источника составляют до 50% общие выбросы.

Процесс производства озона на месте по № 2 можно записать в виде

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Сеть: (6)

(Уэйн, 1991). Аналогичная реакция с участием алкилов может быть записана заменив NO 2 на RO 2 в приведенных выше уравнениях. Ниже определенное значение [NO]'[O 3 ], оно стоит отметить, что озон фактически теряется, поскольку последовательность разрушения преобладает над последовательностью поколений. Последовательность разрушения имеет чистый результат

(7)

В среднем озон сохраняется в тропосфере на уровне от 25 и 30 частей на миллиард. Он может подвергаться фотолизу при длине волны около 310 нм с получением возбужденный атом кислорода O( 1 D ), который реагирует с водяным паром с образованием два радикала ОН (если они не вернутся в основное состояние в результате столкновения с молекулами азота или кислорода):

(8)

(9)

Следует отметить, что процесс закалки не является потеря озона, потому что почти все атомы кислорода в основном состоянии реагируют с кислородом для регенерации озона с помощью третьего тела:

(2)

2. 3 Окисление метана

В зависимости от уровней NO x окисление метана может быть либо производственным или процесс разрушения нечетного водорода. Как правило, высокие концентрации оксида азота находятся в загрязненном северном полушарии или в приграничных слой тропиков и низкие уровни в южном полушарии. В регионах высоких уровней NO x окисление метана в основном происходит через последовательность

(10)

(11)

(12)

(13)

(ч3) (2)

(ч3) (1)

Сеть: (14)

(Вабблс и Тамарезис, 1993).Одним из конечных продуктов является озон, который возвращается к созданию радикалов ОН, как обсуждалось ранее. Секунда представляет собой формальдегид (CH 2 O), который может окисляться с образованием диоксида углерода. Есть три разных пути, ведущих к созданию CO, каждый из которых включает НЕТ х . Первый – это простой фотолиз:

(15)

Второй также начинается с фотолиза, но имеет другие продукты, а именно CHO и H. Результирующая последовательность реакций дает чистый продукт

(16)

Третий путь инициируется гидроксильной атакой и дает чистый продукт

(17)

Дробный вклад трех уравнений составляет примерно 55%, 25% и 25% (Круцен, 1988).Вместе они составляют важный источник тропосферного монооксид углерода.

В регионах с низкими концентрациями NO x окисление метана принимает два пути, оба инициируются гидроксильной атакой

(11)

(12)

(18)

с последующим

(19)

(20)

или

(21)

(22)

(Wuebbles and Tamaresis, 1991). Коэффициент ветвления для двух путей, согласно DeMore (1990) составляет от 70% до 30%.Обе последовательности дают две родинки водяного пара на моль метана. Кроме того, первый производит формальдегид который либо вымывается мокрым отложением, либо окисляется до угарного газа.


Рисунок 6: Схема цикла окисления CH 4 (из Уэйна, 1991). Жирные стрелки в первой половине цикла указывают что получится без NO x , а тонкие стрелки на втором половина указывает на процессы, требующие NO x , и замыкает петлю назад к образованию гидроксила.

Таким образом, NO x играет очень важную роль в окислении метана. цикл. Если его достаточно много, он замыкает петлю цикл, который регенерирует гидроксил. При его отсутствии цикл резко обрывается. а метан становится поглотителем гидроксила. Эта двойная роль схематично представлен на рисунке 6.

    • 2.4 Окисление углерода Монооксид

Как и у метана, цикл окисления угарного газа зависит от уровня № х .В областях с высоким содержанием NO x последовательность окисления является

(3)

(4)

(5)

Опять же, превращение NO в NO 2 регенерирует моль радикалов ОН на каждый моль, израсходованный в реакции окисления СО, и там нет чистой потери окислителей. В свою очередь, NO 2 может подвергаться фотолизу до инициировать производство озона и гидроксила:

(1)

(2)

Чистый продукт последних пяти уравнений можно записать

(6)

В незагрязненных регионах последовательность

(3)

(4)

(23)

(7)

Независимо от уровней NO x , обе последовательности генерируют углерод. диоксида в пересчете на моль.В загрязненных регионах окисление CO генерирует (также в пересчете на моль) озон, жизненно важный предшественник гидроксила, самостоятельный окислитель, а также мощный парниковый газ. В незагрязненной регионах, наоборот, на окисление СО расходуется озон (Ciceron, 1988).

В заключение я хотел бы подчеркнуть тот факт, что метан и окись углерода возможно, играют наиболее важную роль в цикле окисления гидроксильных групп, главный мусорщик в тропосфере. В самом деле, упрощенное уравнение для концентрация ОН

(24)

где k i – скорости реакций (в с -1 ), а [NMHC] – концентрация неметановых углеводородов часто достаточно точна для много практических расчетов (Wuebbles and Tamaresis, 1993).

3. Тропосферный Метан

Метан хорошо перемешан по всему земному шару, во многом потому, что его время жизни составляет около года. Хотя глобальная средняя концентрация метана составляет медленно увеличиваясь, скорость его излучения в первом приближении равна до скорости разрушения на уровне от 450 до 550 Тг/год -1 . Источники тропосферного метана делятся на две категории (рис. 7). Антропогенные источники составляют более 80% общего производства метана. и включают рисовые поля, кишечную ферментацию крупного рогатого скота, газовое бурение, уголь добыча полезных ископаемых, захоронение отходов и сжигание биомассы.Естественными источниками метана являются водно-болотные угодья, болота, термиты, озера и океаны. Сила этих источников последние 20 лет были предметом жарких споров о простом Причина в том, что чрезвычайно трудно сделать надежные оценки. Следовательно, значение общего бюджета сильно варьируется от исследования к исследованию. Кроме того, источники с выбросами менее 5 Тг в год -1 (городские сточные воды, утечка природного газа и тундра) до сих пор не изучены на сколько-нибудь глубоко и вероятно, что больше источников остаются неидентифицированными. Между прочим, знание их коэффициентов выбросов не имеет отношения к расчету бюджета, поскольку основные источники уже имеют огромные неопределенности, связанные с ними.


Рисунок 7: Разбивка источников метан (адаптировано из Whiticar, 1993). Их относительная и абсолютная сила до сих пор вызывают споры. Тем не менее оценка Уитикара суммарная эмиссия при х =540 Тг/год -1 в пределах разумного согласуется с работой Эххальта (1974), Халила и Расмуссена. (1983) и Крутцен (1983), которые дают соответственно 533 -1 , х =553 Тг год -1 ,170 -1 .

Большая часть производства метана происходит в болотах, заболоченных рисовых рисовые поля, мелководные озера и бродильные чаны сточных вод. метаногенный бактерии относятся к группе анаэробов, живущих в симбиозе с другими бактериями живущих за счет целлюлозы и других органических материалов. Эти бактерии производят среди других соединений CO 2 и H, которые преобразуется метаногенами в метан. Газ уходит через осадки а вода только если глубина не превышает 10м, иначе она окисляется до выхода на открытый воздух.

Метан уходит с поверхности океанов, потому что он слегка перенасыщен. по отношению к пограничному слою из-за присутствия анаэробных бактерий. Были предложены модели процесса диффузии, но в некоторой степени неопределенности, связанной с получением абсолютного значения содержания метана поток из-за различий в толщине пленки и температуре, а также волнение моря ветром (Ehhalt, 1974; Seiler, Schmidt, 1974а).

Кишечное брожение происходит в желудке травоядных животных, большинство из которых одомашненный.Исследования Ehhalt (1974) показывают, что из общего количества 45 Тг, крупный рогатый скот составляет до 60%, лошадей до 30%, а овец и коз до 5%. Метан также образуется при переваривании травоядных насекомых, таких как термиты, в пищеварительном тракте которых обитают симбиотические микроорганизмы. Пищеварение термитов выделяет CO 2 и метан в соотношении 0,0077, что дает в сумме около 50 тг в год, но по поводу этого числа существуют разногласия (Warneck, 1988).

Другие антропогенные источники включают выбросы от добычи угля и лигнита. поля, химическая и нефтяная промышленность, автомобильные выхлопы, утечки газовых скважин, сжигание сельскохозяйственных отходов, лесные пожары и вырубки леса для сельскохозяйственных целей (особенно в тропиках).Сжигание биомассы, для например, дает объемное отношение метана к углекислому газу от 1 до 2,3%.

С другой стороны, есть только три относительно хорошо известных поглотителя для тропосферный метан: окисление радикалами ОН, потеря в стратосфере и поглощение почвой. Халил и др. (1993) оценивает, что 440 Тг лет -1 метана разрушается в тропосфере гидроксилом в днем и 5 тг/год -1 ночью. Основная часть разрушение происходит в тропиках и очень незначительно в более высоких широтах (выше 50 В большая часть приходится на место летом).Очистка стратосферы от OH может объяснить на 10 тг/год -1 , по О( 1 D) на 5 тг/год -1 и Cl чуть более 1 тг в год -1 . Наконец, общий сток почвы равен оценивается в 25-30 Тг в год -1 , что дает общую силу поглощения около 490 тг в год -1 .

    • 3.2 Текущие вопросы с метаном

Существует общее мнение, что средняя концентрация метана в атмосфера увеличивается с текущей скоростью почти 1% в год в обоих полушария.В основном это связано с резким ростом сельскохозяйственного производства. и промышленные выбросы в сочетании с глобальным ростом населения. Этот показатель был оказались довольно постоянными в течение последнего десятилетия, периода, в течение которого измерения стали более надежными и пространственно обширными. С записей, извлеченных из пузырьков воздуха, попавших в полярный лед, есть даже доказательства того, что уровни CH 4 неуклонно повышались в течение за последние 1000 лет, с двукратным увеличением до настоящего значения 1.7 частей на миллиард между 18 -м -м веком и нашими днями. Старые записи ледяных кернов также предполагает, что концентрация метана была очень неустойчивой на протяжении последние 160 000 лет, с колебаниями в 2 раза по шкале времени из 10000 лет. Эти вариации очень хорошо коррелируют с вариациями температуре и подчеркивают важность метана как парникового газа (Рейно и Чаппеллаз, 1993 г.; Эххальт, 1988).

Влияние увеличения концентрации метана на окислительную способность атмосферы и, в частности, на гидроксильных уровнях, очень трудно оценить из-за отсутствия убедительных экспериментальных данных (Wuebbles и Тамарезис, 1993).Томпсон и др. (1990) использовали одномерную модель изучить последствия повышения уровня метана и угарного газа на уровне озона и гидроксила для химически когерентных областей за период между 1985 и 2035 гг. Он обнаружил, что при увеличении содержания метана на 0,8% в год и 0,5% для угарного газа, уровень гидроксила может снизиться на 15% в незагрязненных регионах, но лишь на несколько процентов в сильно загрязненных городских районах. Любое уменьшение концентрации гидроксила, однако, будет инициировать положительную обратную связь процесс, который в конечном итоге может привести к резкому падению окислительной способности атмосферы и накопление загрязняющих веществ.

Хотя содержание метана в атмосфере составляет менее 0,5% от содержания углерода диоксид, это также очень важный парниковый газ: метан на самом деле 20 раз сильнее. Его прямое влияние на радиационное воздействие не должно быть занижено: прогнозируется двукратное увеличение концентрации метана 0,42 Вт·м -1 отрицательного форсинга (против 4 Вт m -1 для CO 2 ). К косвенным воздействиям на климат относятся производство CO 2 , водяной пар (один моль производится на каждый моль метана) и озона, всех основных парниковых газов.Обзор Wuebbles и Tamaresis (1993) подробно описывают некоторые исследования, проведенные по этому вопросу за последние десять лет.

4. Тропосферный Угарный газ

Что касается метана, то бюджет окиси углерода трудно точно определить. и варьируется от источника к источнику. В этом свете я представляю на рисунке 8 и Рисунок 9, два отдельных исследования Logan et al. (1981) и Зайлер и Conrad (1987) и отослать читателя к Warneck (1988) для получения более полной информации. обзор проблемы.Общая мощность источника CO Логана оценивается составит 2736 тг/год -1 , из них 1813 тг/год -1 из северного полушария и 922 Тг/год -1 из южного полушарие. Зайлер, с другой стороны, оценивает это число в 3300 человек. ± 1700 Тг/год -1 , с тропиками что составляет 1900 ± 1100 тг/год -1 . Кроме того, Логан подсчитал, что общий сток CO составляет 3400 тг в год -1 . (т.е. больше, чем его исходная оценка), в то время как Зайлер вычисляет, что это 2500 ± 1700 тг/год -1 (т.е. меньше чем его исходная оценка). Помимо сильных сторон глобального источника и поглотителя, разбивка бюджета на отдельные источники также страдает от больших неопределенности.

Рисунок 8: Источники и стоки CO (адаптировано из Logan et al. , 1981).


Рисунок 9 : Источники и поглотители CO (адаптировано из Seiler and Conrad 1987 ). Тропики охватывают широты между 30° северной широты и 30° ю.ш.

В северном полушарии антропогенные выбросы ответственны за большая часть выбросов CO, потому что там проживает 90% населения мира.В соответствии Логану, сжигание ископаемого топлива составляет 14% от общего объема выбросов, 450 тг/год -1 . В этой категории на автомобили приходится 52% выбросы, промышленные процессы (особенно производство стали и каталитический крекинг сырой нефти) примерно 29%, преобразование энергии 14% и вывоз мусора 5%.

Антропогенное разрушение биомассы составляет около 850 Тг в год -1 . В тропиках это разрушение во многом связано с агротехникой. такие как рубка, сжигание, смещение и сжигание пастбищ в конце засухи период.В зонах с умеренным климатом эта практика незначительна, но утилизация сельскохозяйственных отходов имеет большое значение.

Окисление метана является еще одним важным источником CO (810 Тг год -1 ), потому что окись углерода является косвенным продуктом метанового цикл окисления: он создается в загрязненных регионах на основе моль к молю через фотолиз формальдегида, который сам по себе является прямым продуктом метана окисление (раздел 2.3).

С другой стороны, окисление неметановых углеводородов (NMHC) дает только 90 тг/год -1 .Выбросы с предприятий являются крупнейшим источником NMHC, главным образом в форме изопрена и терпенов. Первый в основном выпускаются лиственными растениями, особенно дубом, в дневное время. а последний из хвойных. Исследование Zimmerman et al. (1978) найдено что эмиссия терпена менялась в зависимости от температуры и, следовательно, времени года и широты и что основная часть этого произошла в тропиках. Циммерман также предложил глобальное среднее отношение выбросов углеводородов к чистой первичной продуктивности 0.7%, что дает эмиссию изопрена и терпена соответственно 350 -1 тг/год и -1 480 тг/год. Окисление изопрена достаточно хорошо изучен и производит CO и CO 2 в соотношении 1/4. Выход CO при окислении терпена оценивается Hanst et al. (1980) на 20%, но более неопределенный. Эти цифры указывают на производительность от выбросов заводов 576 тг/год -1 и 198 тг год -1 соответственно для изопрена и терпена, всего 774 Тг год -1 несколько больше, чем оценка Логана в 560 Тг год -1 .Обратите внимание, что зеленые растения также являются нетто-производителями CO (130 Tg yr -1 , по Логану), через механизм, который до сих пор четко не определены.

Наконец, CO высвобождается с поверхности океанов так же, как и метан: считается, что поверхностные воды слегка перенасыщены CO в несколько раз. 30 ± 20 и выпуск от 70 до 220 Tg год -1 (в зависимости от авторов) практически независимо от широты (Уорнек, 1988). Однако для расчета бюджета Логан оставляет за собой меньшую стоимость 40 тг/год -1 .

Стратосфера как поглотитель CO, идентифицированная в конце 1960-х годов, просто возникает из-за непрерывного градиента концентрации СО поперек тропопаузы и составляет приблизительно 200 Тг в год -1 (Зайлер и Конрад, 1987). Что касается почв, то они действуют как сток, когда стационарное содержание CO коэффициент смешивания в воздухе над ними ниже, чем в окружающем воздухе, и, как источник, когда он выше. Стационарное значение сильно зависит от влажности, температуры, типа почвы и содержания бактерий таким образом, чтобы кроме засушливых районов, влажные почвы играют роль поглотителя.Потребление CO в почвах без сомнения, вызвана бактериями, хотя точный тип микроорганизмов участвует до сих пор неясно. Warneck (1988) дает краткий обзор различных лабораторные эксперименты и другие исследования по этому вопросу и все сходятся до чистой силы погружения от 200 до 600 тг в год -1 : Логан оседает на 250 тг в год -1 и Зайлер и Конрад на 495 тг в год -1 . Однако основным приемником на сегодняшний день является окисление гидроксилом, который представляет собой от 80 до 95% потерь CO в атмосферу.

        4.2 Пространственная и временная изменчивость

В городах соотношение смеси CO находится в диапазоне 1-10 частей на миллион по объему из-за выбросов. в основном от автомобилей. В районах с чистым воздухом северного полушария уровни падают до 200 частей на миллиард, а в южном полушарии до 50 частей на миллиард. в среднем (рис. 10). Исследования с начала 1970-х годов показали существование этого широтного градиента и показано, что перенос CO из одного полушария в другое происходит в основном в верхней тропосфере. (Рисунок 11).


Рисунок 10: Широтный градиент соотношений смеси CO над Атлантическим океаном (адаптировано Warneck (1988) из Seiler and Schmidt, 1974). Открытые круги соответствуют авиационным измерениям в верхней тропосфере около 10 км по высоте, закрашенные кружки – измерения уровня моря на борту судов и сплошная линия к средневзвешенному значению двух значений.

Ниже 50 B S, где антропогенные источники незначительны, концентрация СО достигает фотохимического стационарное состояние, в котором CH 4 является его основным источником, а OH — только раковина.Тогда концентрация может быть аппроксимирована выражением

(25)

где k i — скорости реакции, а S 2 — вторичный источник CO. Уравнение подразумевает, что уровни CO сложно зависят от OH уровнях и в этом отношении достаточно хорошо согласуется с данными наблюдений (рис. 12): содержание CO едва ли превышает 20 частей на миллиард в декабре. по апрель и превышает 70 ppbv в период с мая по ноябрь (тем временем, фоновый уровень НУ высок летом и низок зимой, т.к. следствием изменения потока солнечной радиации).Зайлер вычисляет что ОН составляет 52% от общего количества источников CO и что вторичный источник S 2 должен быть независимым от сезона. Это не тот случай из большинства известных источников CO, и поэтому возможно, что существует несколько вторичные вкладчики, временные вариации которых компенсируются. Главное второстепенное считается, что источник в южном полушарии составляет ~ 160 Тг в год. СО из северного полушария из-за разницы в массовом содержании между полушариями (~310 Тг для северного полушария и ~150 Тг для южного полушария).В тропиках и северном полушарии гидроксил также является основным поглотителем CO, но наличие нескольких источников делает его временная изменчивость более сложная. Уровни CO зависят критически на сезонные циклы деятельности человека и природные процессы, изложенные в предыдущем абзаце. Точно так же пространственные вариации CO коррелируют к вариациям человеческой деятельности и биомассы.

Среднее время пребывания СО в атмосфере, t CO , можно оценить по его общему бюджету и среднему концентрация.Оценка глобального бюджета Seiler and Conrad (1987) дает t CO = 2 месяца в то время как у Логана и др. (1981) дает t CO = 2,5 месяцы. По сути, это означает, что нагрузка CO в атмосфере составляет в среднем полностью заменяется 6 раз в год, не оставляя достаточно времени чтобы CO равномерно смешивался по всему миру. Важно осознавать, однако, что t CO не стоит отдельно: это означало бы, что источники и поглотители имеют одинаковые временные и пространственные вариации, что не так.Например, уровни OH намного в пограничном слое больше, чем в верхней тропосфере и летом чем зимой. Таким образом, CO намного меньше живет в пограничном слое во время летом, чем в верхних слоях тропосферы зимой.


Рис. 11: Продольный разрез вертикального переноса CO над Атлантическим океаном (адаптировано Warneck (1988) из Seiler and Schmidt, 1974). Контуры дают соотношения смешивания CO в ppmv, а стрелки материализуют поток CO с севера на южное полушарие.

Измерения, проведенные в 1970-х и 1980-х годах, показали, что средняя концентрация угарного газа росла со скоростью 1% год -1 или выше. Graedel and McRae (1980), объединяя отбор проб на месте. и методы инфракрасного поглощения из большого набора данных в Нью-Джерси ( сильно загрязненный регион), сделан вывод о небольшой положительной динамике в период между 1968 и 1977 гг. Дворяшина и др. (1984) измерил общее колонке CO между 1970 и 1982 годами и нашел 1.7% увеличение на зимнее время суммы и увеличение на 1,4% для летних сумм. Данные, однако, необъективны в сторону высоких концентраций CO, поскольку измерения проводились при ясном небе только, синоним условий высокого давления, способствующих накоплению антропогенные загрязнители. Халил и Расмуссен (1984) сообщили о самых больших рост в этот период (около 6% в год в течение 1979-1983 гг.), при использовании газа хроматография в Орегоне. Более полный обзор измерений 1960-1980-х гг. была написана Цицероном в 1988 году.Однако в последние годы исследования показали, что эта тенденция изменилась. Халил и Расмуссен (1994) находят что концентрация CO уменьшилась на 2,6% в год -1 между 1988 и 1992. Точно так же Novelli et al. обнаружили падение на 6,1% в северном полушарии и 7% в южном полушарии с июня 1990 г. по июнь. 1993.

Рисунок 12: Среднемесячное соотношение смеси CO в Кейп-Пойнте, Южная Африка. (34° ю.ш.) в среднем за период 1978-1981 гг. наблюдали Seiler et al.(1984) и числовая плотность ОН, рассчитанная Логаном. и другие. (1981).

Каталожные номера

М. Аллен, Ю.Л. Юнг и Дж.В. Уотерс, «Вертикальный транспорт и фотохимия. в земной мезосфере и нижней термосфере (50-120 км)», J. Геофиз. Рез. , 86 , 3617, 1981.

М. Аллен, Дж.И. Лунин и Ю.Л. Юнг, «Вертикальное распределение озона. в мезосфере и нижней термосфере», J. Geophys. Res. , 89 , 4841, 1984.

Р.Дж. Цицерон, «Как изменилась концентрация CO в атмосфере», Изменение атмосферы , под редакцией Ф.С. Роуленд и И.С.А. Исаксен (Вайли), 49-61, 1988.

П.Дж.Круцен и А.Т. Гидель, «Двумерная фотохимическая модель Атмосфера: 2. Тропосферные балансы антропогенных хлоруглеродов, CO, CH 4 , CH 3 Cl и влияние различных NO x Источники тропосферного озона», J. Geophys. Res. , 88 , 6641-661, 1983.

П. Дж. Крутцен, «Тропосферный озон: обзор», Тропосферный озон: региональный и Global Scale Interactions , под редакцией I.S.A. Исаксен (Д. Рейдел, Бостон), 3-11, 1988.

В.Б. Демор, С.П. Сандер, Д.М. Голден, М.Дж. Молина, Р.Ф. Хэмпсон, М.Дж. Курило, CJ Ховард, А.Р. Равишанкара, «Химическая кинетика и фотохимические данные». для использования в моделировании стратосферы», JPL Лаборатория реактивного движения НАСА , 90-1 , 47-48, 1990.

Э.В. Дворяшина, В.И. Дианов-Клоков и Л.Н. Юрганов, «Вариации Содержание оксида углерода в атмосфере в период с 1970 по 1982 год». Известия , 20 , 27-33, 1984.

Д. Х. Эххальт, А. Атмосферный цикл метана», Tellus , 26 , 1974.

Д. Х. Эхальт, «Как изменилась концентрация метана в атмосфере?», Меняющаяся атмосфера , под редакцией Ф.С. Роуленд и И.С.А. Исаксен (Уайли), 25-32, 1988.

Р.М. Гуди и Ю.Л. Юнг, Атмосферное излучение, Теоретическая основа , ОУП, 1989.

Т.Е. Гредел и Дж. Э. Макрей, «О возможном увеличении концентрации атмосферного метана и угарного газа за последнее десятилетие», Геофиз. Рез. лат. , 7 , 977-979, 1980.

П.Л. Ханст, Дж.В. Спенс и О. Эдни, «Производство монооксида углерода при окислении». органических молекул в воздухе», Atmos. Env. , 14 , 1220-1226, 1980.

М.А.К. Халил и Р.А. Расмуссен, «Источники, поглотители и сезонные циклы Атмосферный метан», J. Geophys. Res. , 88 , 5131-5144, 1983.

М.А.К. Халил и Р.А. Расмуссен, «Угарный газ в земной Атмосфера: растущая тенденция», Science , 224 , 54-56, 1984.

М.А.К. Халил и Р.А. Расмуссен, «Глобальное уменьшение атмосферного углерода. Концентрация монооксида», Nature , 370 , 629-641, 1994.

М.А.К. Халил и М. Дж. Ширер, «Источники метана: обзор», Атмосферный метан, источники, поглотители и роль в глобальных изменениях , отредактировано М.А.К. Халил (Springer-Verlag), 1993 г.

М.А.К. Халил, М.Дж. Ширер и Р.А. Расмуссен, «Поглотители и распределение метана», Атмосферный метан, источники, поглотители и роль в глобальных изменениях , отредактировано М.А.К. Халил (Springer-Verlag), 1993 г.

Х. Леви, «Нормальная атмосфера: предсказаны большие радикалы и формальдегид», Наука , 173 , 141-143, 1971.

Дж.А. Логан, М.Дж. Пратер, Ф.К. Вофси и М.Б. МакЭлрой, «Химия тропосферы: Глобальная перспектива», J. Geophys. Res. , 86 , 7210-7254, 1981.

Р.Э. Новелли, К.А. Масари, П.П. Танс и П.М. Ланг, «Последние изменения в Окись углерода в атмосфере», Science , 263 , 1587-1590, 1994.

Дж. Пейшото и А. Х. Оорт, «Глава 2: Природа проблемы», Physics. климата , АИП, 8-26, 1992.

Дж.Прессман и П. Варнек, «Стратосфера как химический поглотитель углерода». Монооксид», J. Atmos. Sci , 27 , 155-163, 1970.

Д. Рейно и Дж. Чаппеллаз, «Запись атмосферного метана», Атмосферный метан, источники, поглотители и роль в глобальных изменениях , отредактировано М.А.К. Халил (Springer-Verlag), 1993 г.

HG Reichle и др., «Смешивание угарного газа в средней и верхней тропосфере. Соотношения, измеренные с помощью спутникового дистанционного датчика в ноябре 1981 г.», Дж.Геофиз. Рез. , 91 , 10865-10887, 1986.

HG Reichle и др., «Распределение тропосферного монооксида углерода во время Начало октября 1984 г. », J. Geophys. Res. , 95 , 9845-9856, 1990.

М.Л. Салби, Основы физики атмосферы , Academic Press, 1996.

В. Зайлер и Р. Конрад, «Вклад тропических систем в глобальное Баланс газовых примесей, особенно CH 4 , H 2 , CO и N 2 O», Геофизиология Амазиони а, под редакцией Р.Э. Дикенсон (Уайли, Нью-Йорк), 133–160, 1987.

В. Зайлер и У. Шмидт, «Растворенные неконсервативные газы в морской воде», Море , под редакцией П. Голдберга (Wiley New-York), 5 , 219-243, 1974а.

В. Зайлер и У. Шмидт, «Новые аспекты циклов CO и H 2 в Атмосфера», Тр. междунар. конф. Структура, состав, общий тираж Верхняя нижняя атмосфера, Мельбурн , 1 , 192-222, 1974b.

В. Зайлер Х.Гиль, Э.Г. Брунке и Э.А. Холлидей, «Сезонность Co. Концентрация в Южном полушарии», Tellus , 36B , 219-231, 1984.

ЯВЛЯЮСЬ. Томпсон, М.А. Хантли и Р.В. Стюарт, «Возмущения тропосферных Oxidants, 1985-2035: 1. Расчеты озона и OH в Chemically Coherent Регионы», J. Geophys. Res. , 95-9 , 829-844, 1990.

Стандартная атмосфера США, публикация NOAA-S/T76-1562, , Вашингтон, округ Колумбия: Типография правительства США, 1976 год.

Дж. Ван, Дж. Гилле, П. Бейли, М. Смит, Л. Ливен Пан, Д. Эдвардс, Л. Рокке, Дж. Р. Драммонд, Г. Р. Дэвис, Х. Райхле, Измерение загрязнения в План проверки данных о тропосфере (MOPITT) , 1996 г.

П. Варнек, «Глава 4: Химия тропосферы: Цикл окисления метана», Химия природной атмосферы , Академическое издательство Сан-Диего, 131–175, 1988.

П. Уэйн, «Глава 5: Тропосфера Земли», Химия атмосфер, Введение в химию атмосфер Земли, планет и их спутники , Oxford Clarendon Press, 209-275, 1991.

Д.Дж. Уэбблс и Дж.С. Тамарезис, «Роль метана в глобальном Окружающая среда», Атмосферный метан: источники, поглотители и роль в глобальном Изменение , под редакцией М.А.К. Халил (Springer-Verlag), 469–513, 1993.

П. Р. Циммерман, Р. Б. Чатфилд, Дж. Фишман, П. Дж. Крутцен и П. Л. Ханст, «Оценки образования CO и H 2 в результате окисления Выбросы углеводородов растительностью», Geophys. Res. Lett. , 5 , 679-682, 1978.

Атмосфера, состав и структура | Encyclopedia.com

Состав атмосферы

Структура атмосферы

Прошлое и будущее атмосферы

Ресурсы

Атмосфера Земли состоит примерно из 78 % азота, 21 % кислорода и 0,93 % аргона. Остальная часть, менее 0,1%, содержит такие следовые газы, как водяной пар, углекислый газ и озон. Все эти следовые газы оказывают важное влияние на климат Земли. Атмосферу можно разделить на вертикальные слои, определяемые тем, как температура изменяется с высотой.Ближайшим к поверхности слоем является тропосфера, которая содержит более 80% массы атмосферы и почти весь водяной пар. Следующий слой, стратосфера, содержит большую часть атмосферного озона, который поглощает высокоэнергетическое солнечное излучение и делает возможной жизнь на поверхности. Над стратосферой располагаются мезосфера и термосфера. Эти два слоя включают области заряженных атомов и молекул или ионов. Верхняя мезосфера и нижняя термосфера называются ионосферой, эта область важна для радиосвязи, потому что радиоволны могут отражаться от слоя и распространяться на большие расстояния.Считается, что нынешняя атмосфера образовалась из газов, выбрасываемых вулканами. Кислород, от которого зависит вся жизнь животных, вероятно, накапливается в виде избыточных выбросов растений, которые производят его в качестве побочного продукта в процессе фотосинтеза. Деятельность человека может влиять на уровни некоторых важных атмосферных компонентов, особенно двуокиси углерода и озона.

Основные газы

Самый распространенный атмосферный газ, азот (химическое обозначение N 2 ), в значительной степени инертен, что означает, что он не вступает в реакцию с другими веществами с образованием новых химических соединений.Следующий по распространенности газ, кислород (O 2 ), необходим для дыхания (дыхания) всех животных на Земле, от людей до бактерий. В отличие от азота кислород чрезвычайно активен. Он участвует в окислении, примерами которого являются превращение яблок из белых в коричневые после нарезки, ржавление железа и очень быстрая реакция окисления, известная как огонь. Чуть менее 1% атмосферы состоит из аргона (Ar), который является инертным инертным газом, а это означает, что в нормальных условиях он не участвует ни в каких химических реакциях.Вместе эти три газа составляют 99,96% атмосферы. Остальные 0,04% содержат широкий спектр газовых примесей, некоторые из которых имеют решающее значение для жизни на Земле.

Важные следовые газы

Двуокись углерода (CO 2 ) влияет на климат Земли и играет важную вспомогательную роль в биосфере, скоплении живых существ, населяющих поверхность Земли. Только около 0,0325% атмосферы составляет CO 2 . Углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза — процесса использования солнечного света для хранения энергии в виде простых сахаров, от которых зависит вся жизнь на Земле.Углекислый газ также относится к классу соединений, называемых парниковыми газами. Эти газы состоят из молекул, которые поглощают и излучают инфракрасное излучение, которое ощущается как тепло. Солнечная энергия, излучаемая солнцем, находится в основном в видимом диапазоне, в узком диапазоне длин волн. Это излучение поглощается поверхностью Земли, а затем повторно излучается обратно в космос не в виде видимого света, а в виде более длинноволнового инфракрасного излучения. Молекулы парниковых газов поглощают часть этого излучения, прежде чем оно улетучится в космос, а часть излучают обратно на поверхность.Таким образом, эти газы задерживают часть уходящего тепла и повышают общую температуру атмосферы. Если бы в атмосфере не было парниковых газов, по оценкам, поверхность Земли была бы на 90°F (32°C) холоднее.

Водяной пар (H 2 O) содержится в атмосфере в небольших количествах, которые сильно варьируются. Хотя он почти отсутствует в большей части атмосферы, его концентрация может достигать 4% в очень теплых и влажных районах у поверхности. Несмотря на относительную редкость, атмосферная вода, вероятно, оказывает большее влияние на Землю, чем любой из основных газов, за исключением кислорода.Водяной пар является элементом гидрологического цикла, процесса, который перемещает воду между океанами, поверхностными водами суши, атмосферой и полярными ледяными шапками. Круговорот воды вызывает эрозию и выветривание горных пород, определяет погоду на Земле и создает климатические условия, которые делают участки суши сухими или влажными, пригодными для жизни или негостеприимными. При достаточном охлаждении водяной пар образует облака, конденсируясь в жидкие капли воды или, при более низких температурах, в твердые кристаллы льда. Помимо дождя или снега, облака влияют на климат Земли, отражая часть энергии, исходящей от солнца, делая планету несколько прохладнее. Водяной пар также является важным парниковым газом. Он концентрируется у поверхности и гораздо более распространен вблизи тропиков, чем в полярных регионах.

Озон (O 3 ) встречается почти исключительно в слое высотой около 9–36 миль (15–60 км). На более низких высотах газообразный озон раздражает глаза и кожу и химически воздействует на каучук и ткани растений. Тем не менее, он жизненно важен для жизни на Земле, поскольку поглощает большую часть высокоэнергетического солнечного излучения, вредного для растений и животных.Часть энергии, излучаемой солнцем, находится в ультрафиолетовой (УФ) области. Это излучение с более короткой длиной волны отвечает за загар и является достаточно мощным, чтобы повредить клетки, вызвать рак кожи и сжечь кожу. Молекулы озона вместе с молекулами O 2 поглощают почти все высокоэнергетические УФ-лучи, защищая поверхность Земли от наиболее разрушительного излучения. Первый этап этого процесса происходит высоко в атмосфере, где молекулы O 2 поглощают УФ-излучение очень высокой энергии. При этом каждая поглощающая молекула распадается на два атома кислорода. Атомы кислорода в конце концов сталкиваются с другой молекулой O 2 , образуя молекулу озона, O 3 (при столкновении требуется третья молекула, чтобы унести избыточную энергию). Озон, в свою очередь, может поглощать УФ-излучение с немного большей длиной волны, что удаляет один из его атомов кислорода и оставляет O 2 . Свободный атом кислорода, будучи очень реакционноспособным, почти сразу рекомбинирует с другим O 2 , образуя больше озона.Последние два шага этого цикла повторяются, но не создают никаких новых химических соединений; они только поглощают ультрафиолетовое излучение. Количество озона в стратосфере невелико. Если бы все это было перенесено на поверхность, газообразный озон образовал бы слой толщиной около 0,1–0,16 дюйма (2,5–4,0 мм). Этого слоя, каким бы тонким он ни был, достаточно, чтобы защитить жителей Земли от вредного солнечного излучения.

Аэрозоли

В дополнение к газам в атмосфере содержится множество взвешенных частиц, известных под общим названием аэрозоли. Эти частицы могут быть жидкими или твердыми и настолько малы, что им может потребоваться очень много времени для осаждения из атмосферы под действием силы тяжести. Примеры аэрозолей включают взвешенные частицы почвы или пустынного песка, частицы дыма от лесных пожаров, частицы соли из испаряемой океанской воды, пыльцу растений, вулканическую пыль и частицы, образующиеся в результате загрязнения, создаваемого электростанциями, работающими на угле. Аэрозоли существенно влияют на тепловой баланс атмосферы, рост облаков и оптические свойства.

Частицы в аэрозолях имеют широкий диапазон размеров.Капли дождя, взвешенные в облаке, имеют диаметр около 0,04–0,24 дюйма (1–6 мм). Мелкий песок пустыни и капли облаков имеют диаметр примерно до 0,0004 дюйма (0,01 мм). Частицы морской соли и частицы дыма составляют 1/100 этого размера, около 0,0001 мм или 0,1 микрометра в диаметре (1 микрометр = одна тысячная миллиметра). Мельчайшими из всех являются частицы, образующиеся при конденсации некоторых газов, т. е. при объединении нескольких молекул газа в устойчивый кластер. Это ядра Эйткина, диаметр которых можно измерить до нескольких нанометров (1 нанометр = одна миллионная миллиметра).

Размер некоторых аэрозольных частиц позволяет им эффективно рассеивать солнечный свет и создавать атмосферную дымку. При некоторых условиях аэрозоли действуют как точки сбора молекул водяного пара, способствуя росту облачных капель и ускоряя образование облаков. Они также могут играть роль в климате Земли. Известно, что аэрозоли отражают часть приходящей солнечной радиации обратно в космос, что снижает температуру поверхности Земли. Текущие исследования сосредоточены на оценке степени охлаждения, обеспечиваемой аэрозолями, а также того, как и когда аэрозоли образуются в атмосфере.

Атмосферу можно разделить на слои на основе профилей атмосферного давления и температуры (способ изменения этих величин с высотой). Температура атмосферы неуклонно падает по сравнению с ее значением на поверхности, примерно 290 К (63 ° F; 17 ° C), пока не достигнет минимума около 220 К (-64 ° F; -53 ° C) на высоте 6 миль (10 км) выше. поверхность. Этот первый слой называется тропосферой, и его давление колеблется от более чем 1000 миллибар на уровне моря до 100 миллибар в верхней части слоя, тропопаузы.Выше тропопаузы температура повышается с увеличением высоты примерно до 27 миль (45 км). Эта область повышения температуры представляет собой стратосферу, охватывающую диапазон давления от 100 миллибар в ее основании до примерно 10 миллибар в стратопаузе, верхней части слоя. На высоте более 30 миль (50 км) температура снова начинает падать с высотой, достигая очень холодного минимума в 180 К (-135 ° F; -93 ° C) на высоте около 48 миль (80 км). Этот слой представляет собой мезосферу, в верхней части которой (мезопауза) атмосферное давление равно нулю.01 миллибар (то есть только 1/100 000 от поверхностного давления). Над мезосферой лежит термосфера, простирающаяся на сотни миль вверх к космическому вакууму. Невозможно определить точную верхнюю часть атмосферы, потому что количество молекул воздуха уменьшается до тех пор, пока атмосфера не смешается с веществом, найденным в космосе.

Тропосфера

Тропосфера содержит более 80% массы атмосферы, а также почти весь водяной пар. Этот слой содержит воздух, которым мы дышим, ветры, которые мы наблюдаем, и облака, которые приносят нам дождь.Все то, что мы знаем как погоду, происходит в тропосфере, название которой означает «изменяющаяся сфера». Все холодные фронты, теплые фронты, системы высокого и низкого давления, штормовые системы и другие особенности, наблюдаемые на карте погоды, происходят в этом самом нижнем слое. Сильные грозы могут проникать через тропопаузу.

В тропосфере температура снижается с увеличением высоты со средней скоростью около 11,7°F на каждые 3281 фут (6,5°C на каждые 1000 метров). Эта величина известна как скорость градиента.Когда воздух начинает подниматься, он расширяется и охлаждается с большей скоростью, определяемой законами термодинамики. Это означает, что если сгусток воздуха начнет подниматься вверх, он вскоре окажется более холодным и плотным, чем его окружение, и снова опустится вниз. Это пример стабильной атмосферы, в которой вертикальное движение воздуха исключено. Поскольку воздушные массы перемещаются в тропосфере, холодная воздушная масса может перемещаться в область и иметь более высокую скорость градиента. То есть его температура быстрее падает с высотой.В этих погодных условиях воздух, который начинает подниматься и охлаждаться, становится теплее, чем его окружающая среда. Тогда он подобен воздушному шару: он менее плотный, чем окружающий воздух, и обладает плавучестью, поэтому он будет продолжать подниматься и охлаждаться в процессе, называемом конвекцией. Если это поддерживается, то говорят, что атмосфера нестабильна, и поднимающаяся порция воздуха охлаждается до точки, где водяной пар конденсируется, образуя облачные капли. Воздушная посылка теперь представляет собой конвективное облако. Если плавучесть достаточно сильная, грозовое облако будет развиваться по мере того, как облачные капли вырастают до размера дождевых капель и начинают выпадать из облака в виде дождя. Таким образом, при определенных условиях температурный профиль тропосферы делает возможными грозовые облака и осадки.

Во время сильной грозы кучево-дождевые облака (которые вызывают проливной дождь, сильный ветер и град) могут достигать достаточной высоты, чтобы достичь тропопаузы или простираться до нее. Здесь они сталкиваются с сильными стратосферными ветрами, которые могут срезать верхнюю часть облаков и остановить их рост. Этот эффект можно увидеть в наковальнях, связанных с сильными летними грозами.

Стратосфера

Начало стратосферы определяется как точка, в которой температура достигает минимума, а градиент резко падает до нуля. Эта структура температуры имеет одно важное следствие: она препятствует подъему воздуха. Любой воздух, который начинает подниматься, становится холоднее и плотнее окружающего воздуха. Поэтому стратосфера очень стабильна.

Стратосфера содержит большую часть озона, присутствующего в атмосфере Земли, и присутствие озона является причиной температурного профиля, обнаруженного в стратосфере. Озон и газообразный кислород поглощают коротковолновое солнечное излучение. В ряде последующих реакций выделяется тепло. Это тепло нагревает атмосферу в слое на высоте около 12–27 миль (20–45 км) и придает стратосфере характерное повышение температуры с высотой.

Озоновый слой вызывает озабоченность. В 1985 году ученые из Британской антарктической службы заметили, что количество стратосферного озона над Южным полюсом резко падало в весенние месяцы и несколько восстанавливалось, когда весна переходила в лето.Изучение исторических записей показало, что весенние потери озона начались примерно в конце 1960-х годов и к концу 1970-х годов стали намного более серьезными. К середине 1980-х практически весь озон исчезал из частей полярной стратосферы в конце зимы и ранней весной. Эти потери озона, получившие название озоновых дыр, стали предметом интенсивных исследований как в полевых условиях, так и в лаборатории.

Хотя в стратосфере очень мало воды, иногда в нижних слоях стратосферы над полярными регионами могут образовываться облака из кристаллов льда. Ранние исследователи Арктики называли эти облака перламутровыми или перламутровыми из-за их радужного вида. Совсем недавно было обнаружено, что очень тонкие и широко распространенные облака формируются в полярной стратосфере в чрезвычайно холодных условиях. Эти облака, называемые полярными стратосферными облаками, или PSC, представляют собой маленькие кристаллы льда или замороженные смеси льда и азотной кислоты. ПСО играют ключевую роль в образовании озоновой дыры.

Появившееся понимание предполагает, что хлор является химическим веществом, ответственным за разрушение озона в озоновой дыре.Хлор, по-видимому, попадает в стратосферу из хлорфторуглеродов или фреонов — промышленных химикатов, широко используемых в качестве хладагентов, аэрозольных пропеллентов и растворителей. Лабораторные эксперименты показывают, что после разрушения молекулы озона хлор связывается в форме, неспособной больше реагировать с озоном. Однако он может химически реагировать с другими соединениями хлора на поверхности частиц полярных стратосферных облаков, что позволяет хлору атаковать большее количество озона. Другими словами, каждая молекула хлора многократно перерабатывается, чтобы разрушить тысячи молекул озона.Осознание роли хлора в разрушении озонового слоя привело к заключению в 1987 году международного соглашения, Монреальского протокола, который обязывал участвующие промышленно развитые страны начать поэтапный отказ от ХФУ.

Мезосфера и термосфера

Верхняя мезосфера и нижняя термосфера содержат заряженные атомы и молекулы (ионы) в области, известной как ионосфера. Составляющие атмосферы на этом уровне включают газообразный азот, атомарный кислород, азот (O и N) и окись азота (NO).Все они подвергаются сильному солнечному излучению ультрафиолетового и рентгеновского излучения, что может привести к ионизации, выбиванию электрона с образованием атома или молекулы с положительным зарядом. Ионосфера – это область, обогащенная свободными электронами и положительными ионами. Эта область заряженных частиц влияет на распространение радиоволн, отражая их, как зеркало отражает свет. Ионосфера позволяет настраиваться на радиостанции очень далеко от передатчика. Даже если радиоволны, идущие непосредственно от передатчика, блокируются горами или кривизной Земли, все равно можно принимать волны, отраженные от ионосферы.После захода солнца количество электронов и ионов в нижних слоях резко падает, потому что солнечное излучение больше не поддерживает их ионизацию. Однако даже ночью верхние слои сохраняют некоторое количество ионов. В результате ночью ионосфера выше, что позволяет радиоволнам отражаться на большие расстояния. По этой причине ночью часто можно настроиться на более удаленные радиостанции, чем днем.

Верхняя термосфера также является местом ярких ночных проявлений цветов и вспышек, известных как северное сияние.Полярные сияния вызываются энергичными частицами, испускаемыми солнцем. Эти частицы попадают в ловушку магнитного поля Земли и сталкиваются с относительно небольшим количеством атомов газа, присутствующих на высоте более 60 миль (100 км), в основном с атомарным кислородом (O) и газообразным азотом (N 2 ). Эти столкновения заставляют атомы и молекулы излучать свет, что приводит к захватывающим зрелищам.

Если какая-либо атмосфера существовала после того, как Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад, она, вероятно, сильно отличалась от сегодняшней.Скорее всего, он напоминал внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — с обилием водорода, метана и аммиачных газов. Нынешняя атмосфера сформировалась только после того, как эта первичная атмосфера была потеряна. Согласно одной из теорий, первичная атмосфера была сброшена с Земли Солнцем. Если Солнце похоже на другие звезды того же типа, оно, возможно, прошло через фазу, когда оно яростно выбрасывало материал наружу, к планетам. Все внутренние планеты,

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Инфракрасное излучение — Излучение, подобное видимому свету, но с немного большей длиной волны.Мы воспринимаем инфракрасное излучение как тепло.

Ионосфера — Область атмосферы выше примерно 48 миль (80 км) с повышенной концентрацией заряженных атомов и молекул (ионов).

Скорость падения — Скорость, с которой атмосфера остывает с увеличением высоты.

Мезосфера — Третий слой атмосферы, расположенный на высоте около 30–48 миль (50–80 км) и характеризующийся небольшим градиентом.

Озоновая дыра — Резкое падение стратосферного озона над Антарктидой, происходящее каждую весну.

Стратосфера — Слой верхних слоев атмосферы на высоте 5–10,6 миль (8–17 км), простирающийся примерно до 31 мили (50 км) в зависимости от сезона и широты. В стратосфере температура воздуха мало меняется с высотой, и конвективных воздушных потоков мало.

Термосфера — Верхний слой атмосферы, начинающийся примерно на высоте 80 км и простирающийся на сотни миль в космос. Из-за бомбардировки очень энергичным солнечным излучением этот слой может обладать очень высокими газовыми температурами.

Тропосфера — Слой воздуха высотой до 15 миль (24 км) над поверхностью Земли, также известный как нижняя атмосфера.

Ультрафиолетовое излучение — Излучение, подобное видимому свету, но с более короткой длиной волны и, следовательно, с более высокой энергией.

Рентгеновское излучение — Световое излучение с длиной волны короче самого короткого ультрафиолетового излучения; очень энергичны и вредны для живых организмов.

, включая Землю, лишились бы своих газовых оболочек.Вторичная атмосфера начала формироваться, когда из земной коры в результате вулканической деятельности выделились газы. Эти газы включали водяной пар, двуокись углерода, азот и серу или соединения серы. Кислород отсутствовал в этой ранней вторичной атмосфере.

Большое количество водяного пара, выпущенного вулканами, сформировало облака, которые непрерывно шли дождем на ранней Земле, образуя океаны. Поскольку углекислый газ легко растворяется в воде, новые океаны постепенно поглощали его большую часть.Азот, будучи нереакционноспособным, стал самым распространенным газом в атмосфере. Оставшийся углекислый газ начал использоваться ранней растительной жизнью в процессе фотосинтеза. Геологические данные указывают на то, что это могло начаться около двух-трех миллиардов лет назад, вероятно, в океане или водной среде. Примерно в это же время появились аэробные (использующие кислород) бактерии и другие ранние животные, которые потребляли продукты фотосинтеза и выделяли CO 2 . Это завершило цикл для CO 2 и O 2 ; два газа оставались в равновесии до тех пор, пока весь растительный материал потреблялся организмом, дышащим кислородом.Однако некоторый растительный материал был неизбежно потерян или захоронен, прежде чем его можно было разложить. Это эффективно удаляло углекислый газ из атмосферы и приводило к чистому увеличению содержания кислорода. За миллиарды лет таким образом накопился значительный избыток, так что теперь кислород составляет более 20 % атмосферы (а углекислый газ составляет менее 0,033 %). Вся животная жизнь, таким образом, зависит от кислорода, постепенно накапливаемого биосферой в течение последних двух миллиардов лет.

Будущие изменения в атмосфере трудно предсказать.В настоящее время растет обеспокоенность тем, что деятельность человека может изменить атмосферу до такой степени, что это может повлиять на климат Земли. Особенно это касается углекислого газа. Когда ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, выкапываются и сжигаются, захороненный углекислый газ выбрасывается обратно в воздух. Поскольку углекислый газ является парниковым газом, он улавливает инфракрасную (тепловую) энергию, излучаемую Землей, нагревая атмосферу.

См. также Атмосферная циркуляция; Парниковый эффект.

КНИГИ

Hobbs, P. V. Введение в химию атмосферы . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета, 2006.

Джеймс Марти

Лаборатория 3: Тропосфера (старая) |

Раздел 1

В первой лаборатории среди лабораторий по климатической грамотности мы стояли на поверхности Земли, грелись в солнечном тепле и пытались понять, как солнечная радиация, которая дает нам это тепло, менялась во времени (время года) и в пространстве. (широта).Во второй лаборатории мы отправились в космос, остановившись в слое атмосферы, который существует на расстоянии от 20 до 50 километров: стратосфере. Находясь там, мы интересовались, что случилось с ключевым компонентом этого солнечного излучения — частью, составляющей ультрафиолетовую часть электромагнитного спектра, — и как повлияло на это изменение состава критического газа в стратосфере — озона. а также влияет на жизнь на поверхности Земли. В сегодняшней лаборатории наше путешествие через атмосферу возвращает нас к слою, в котором мы живем, — тропосфере — и, по крайней мере, часть времени мы снова будем интересоваться озоном.Однако мы увидим, что в этом другом слое он играет другую роль, и эта роль будет важна для понимания качества воздуха, которым мы дышим. После этого мы более широко рассмотрим вещества, из которых состоит тропосфера, и, придерживаясь одной из наших ключевых тем в этом курсе, рассмотрим изменения концентрации этих веществ в пространстве — как по вертикали (по мере продвижения вверх в тропосфере, ) и по горизонтали (при перемещении по поверхности нашей планеты).Лаборатория заканчивается исследованием того, как за последние несколько десятилетий изменились концентрации загрязняющих веществ в тропосфере над Соединенными Штатами.

К концу этой лабораторной работы вы должны быть в состоянии ответить на следующие исследовательские вопросы:
  • Чем тропосфера отличается от стратосферы?
  • Как изменяется состав тропосферы при изменении высоты и широты?
  • Как и почему изменились уровни загрязнения в США за последние несколько десятилетий?

 

____________________________________________________________________________________________

Вход с правильным настроем
В ходе выполнения этого лабораторного занятия вам будет предложено ответить на несколько вопросов.Эти вопросы будут представлены в трех вариантах:

Вопрос, основанный на фактах  → Это будет вопрос с довольно четким ответом. Этот ответ будет основан на информации (1), представленной вашим инструктором, (2) найденной в разделах фона или (3) определенной вами на основе данных, графиков, изображений и т. д. Ожидается, что вы предоставите определенную информацию. ответ на вопрос этого типа по сравнению с вопросами других типов.

Вопрос, основанный на обобщении →   Это будет вопрос, который потребует от вас объединения идей из разных мест, чтобы дать полный ответ.По-прежнему ожидается, что ваш ответ будет соответствовать определенному ответу, но вы должны чувствовать себя комфортно, выражая свое понимание того, как эти разные идеи сочетаются друг с другом.

Вопрос, основанный на гипотезе →  Это будет вопрос, который потребует от вас немного поразмыслить. Подобный вопрос заставит вас поразмышлять, например, о том, почему что-то именно так, а не иначе. На вопрос такого типа нет однозначного ответа. Это более открытый вопрос, и нас будут больше интересовать идеи, которые вы предлагаете, и их обоснование («Я думаю, что это потому, что…. .’), которые вы предоставляете.

____________________________________________________________________________________________

Раздел 2

Мы живем в тропосфере, и, как и стратосфера, она состоит из газов, твердых частиц и капель. Как видно из сравнения круговых диаграмм ниже, основные различия между стратосферой и тропосферой заключаются в концентрации озона и водяного пара: в стратосфере концентрация озона намного выше, чем в тропосфере, а в тропосфере концентрация озона гораздо выше. водяного пара, чем в стратосфере.

 

 

Вопрос 1. Какие два газа наиболее распространены в стратосфере и тропосфере?




Тропосфера не очень толстая: ее глубина варьируется от 6 км на полюсах до 20 км на экваторе. Средняя мощность в средних широтах составляет примерно 17 км. Изображения ниже дают представление о том, насколько мелкой является тропосфера.Например, рисунок «Структура атмосферы» отображает относительную толщину каждого из слоев атмосферы.

По сравнению с другими слоями атмосферы тропосфера имеет относительно высокие концентрации водяного пара и твердых частиц . Частицы, также известные как аэрозоли, представляют собой очень маленькие кусочки твердого или жидкого вещества. Крайнее левое изображение ниже показывает песчаную бурю, начавшуюся в пустыне Сахара; такая переносимая ветром пыль из природных источников представляет собой одну из самых крупных частиц в атмосфере.(Стоит отметить, что частицы пыльных бурь могут достигать Карибского моря.) На втором изображении слева показаны частицы, выбрасываемые горой Пинатубо на Филиппинах. Очень взрывоопасные извержения вулканов, такие как извержение горы Пинатубо в 1991 году, могут фактически выбрасывать твердые частицы в стратосферу. Другими крупными источниками твердых частиц в тропосфере, помимо пустынь и вулканов, являются сжигание ископаемого топлива и сжигание биомассы. Для образования облаков необходимы как водяной пар, так и твердые частицы; следовательно, почти все облака возникают в тропосфере.Единственным исключением являются полярные стратосферные облака, которые вы наблюдали в лаборатории стратосферного озона. Пожалуйста, рассмотрите график (третье изображение слева внизу), который показывает изменение концентрации водяного пара с изменением высоты над уровнем моря. Из этого графика видно, что концентрация водяного пара в тропосфере быстро уменьшается с увеличением высоты. Это связано с тем, что океаны Земли являются подавляющим источником водяного пара. Уменьшение концентрации водяного пара с увеличением высоты не означает, что верхняя тропосфера менее облачна, чем нижняя тропосфера.Формирование облаков — сложный процесс; в любой момент времени облака покрывают 60% земного шара (см. правое изображение ниже, на котором показаны облака, покрывающие часть Земли).

 

В2: По сравнению с другими слоями атмосферы, концентрация чего в тропосфере высока?




____________________________________________________________________________________________

Раздел 3

Чтобы успешно выполнить измерения и расчеты в следующей части лабораторной работы, вы должны понимать взаимосвязь между понятиями процента, частей на миллион (ppm) и массы.Вам была показана процентная информация на круговых диаграммах, показывающих газовый состав стратосферы и тропосферы. Например, примерно 77,69 % тропосферы составляет азот, а 20,84 % — кислород. Из выборки в один миллион молекул в тропосфере 776 900 будут азотом, а 208 400 — кислородом. Следовательно, концентрации азота и кислорода составляют 776 900 частей на миллион и 208 400 частей на миллион соответственно. В таблице ниже показано преобразование процентов в ppm. Концентрация водяного пара уменьшается с увеличением высоты.Средняя концентрация водяного пара для тропосферы составляет 0,46 %, а средняя концентрация для стратосферы — 0,0005 %. Концентрации в частях на миллион составляют 4600 частей на миллион и 5 частей на миллион соответственно. Если газ имеет низкую концентрацию, его концентрацию легче выразить в частях на миллион, а не в процентах. В будущих упражнениях вы столкнетесь с газами, присутствующими в очень низких концентрациях, выраженных в частях на миллиард (ppb) и частях на триллион (ppt). Например, концентрации веществ, разрушающих озоновый слой, которые вы исследовали в лаборатории Stratospheric Ozone, выражены в ppt; эти газы присутствуют в чрезвычайно низких концентрациях как в тропосфере, так и в стратосфере.

Проценты и ppm являются относительными величинами; поэтому они не предоставляют информации о том, сколько именно (например, масса) определенного газа находится в данном объеме воздуха, например, в одном кубическом метре воздуха. Например, в этой лаборатории мы будем исследовать плотность воздуха, которая будет массой в килограммах на один кубический метр воздуха; единицы будут кг м -3 . Атмосферное давление необходимо для расчета массы воздуха и различных газов, из которых он состоит. Атмосферное давление определяется как сила, приходящаяся на единицу площади (т.г., квадратных метров), оказываемых на поверхность под действием веса воздуха над этой поверхностью. График, показывающий снижение давления с увеличением высоты, показан ниже (левое изображение). Среднее давление на уровне моря составляет 1012 гектопаскалей (гПа), а давление в верхней части тропосферы составляет менее 100 гПа. Поэтому атмосферное давление быстро падает с увеличением высоты. А с уменьшением атмосферного давления уменьшается и плотность воздуха. Изучите правое изображение ниже, чтобы увидеть это изменение плотности с изменением высоты; вы должны заметить, как он отражает левый график.Меньше воздуха — меньше сопротивление. Вот почему на стадионе «Майл Хай» в Денвере, расположенном на высоте 1587 метров над уровнем моря, футбольные мячи летят дальше, чем на любом другом профессиональном футбольном стадионе. Пониженная плотность атмосферы в Денвере также приводит к тому, что спортсмены имеют доступ к меньшему количеству молекул кислорода. Концентрация (то есть ppm или проценты) кислорода претерпевает тривиальные изменения во всей тропосфере, но быстрое уменьшение давления связано с быстрым уменьшением числа молекул кислорода для данного объема воздуха.Следовательно, в Денвере кислорода почти на 20% меньше, чем в месте на уровне моря. Команды, играющие за «Денвер Бронкос» на стадионе «Майл Хай», испытывают больше проблем с дыханием, чем «Бронкос», потому что игроки команд гостей не привыкли к более низкому уровню кислорода.

 

Q3: Какой процент глобальной атмосферы составляет двуокись углерода (CO 2 ) ? Лаборатория 4 и другие последующие лаборатории делают упор на CO 2 .



Q4: Как меняются атмосферное давление и плотность с увеличением высоты?

____________________________________________________________________________________________

Раздел 4

Вам предстоит получить данные для определения характеристик трех уровней тропосферы: поверхности, средней тропосферы и верхней тропосферы.Данные о погоде будут получены из измерений, сделанных с помощью метеозонда, запущенного в 7 часов утра. или 8 утра в аэропорту (скорее всего). Метеоприбор, прикрепленный к метеозонду, известен как радиозонд. Еще один воздушный шар запускается в 19:00. или 8 вечера В мире насчитывается около 800 стартовых площадок; поэтому каждый день запускается около 1600 метеозондов с радиозондами. Ниже показано изображение метеозонда и радиозонда, готовых к запуску. Воздушный шар из резины или латекса наполнен гелием или водородом, а максимальная высота, на которую поднимается воздушный шар, определяется диаметром и толщиной воздушного шара.Уменьшение давления с увеличением высоты заставляет воздушный шар расширяться по мере его подъема. В конце концов воздушный шар «лопается», и радиозонд с прикрепленным к нему парашютом падает обратно на поверхность. Менее 20% из примерно 75 000 радиозондов, выпускаемых Национальной метеорологической службой США (NWS) каждый год, обнаруживаются и возвращаются в NWS для ремонта. Посетите этот сайт , чтобы узнать, как выглядят радиозонды, и узнать, что делать, если вы их найдете.

Нажмите Troposphere_Data , чтобы открыть файл в Microsoft® Excel.Инструкции по получению данных при запуске радиозонда приведены на листе «Высоты». Введите свои данные в таблицу. Просмотрите листы в следующем порядке: (1) Высоты; (2) данные о погоде; (3) углекислый газ; и (4) Плотность и масса, и (5) Давление на уровне моря. Если у вас есть доступ к приборам, которые измеряют высоту, давление, температуру, относительную влажность и концентрацию CO 2  , то мы рекомендуем вам отвлечься от этого экрана и выйти на улицу, чтобы сделать некоторые измерения поверхности.TA для студентов по географии 1112 покажет учащимся, как использовать метеорологический прибор Kestrel и монитор CO 2  .

• Все желтые ячейки требуют значений.

• Значения рассчитываются для всех нежелтых ячеек, в которых нет ни «0», ни «#ЗНАЧ!».


В5: Как вы думаете, почему температура на поверхности выше, чем в средней и верхней частях тропосферы?



Q6: Как бы вы описали изменение плотности воздуха с увеличением высоты и как это соотносится с тем, что вы узнали в предыдущих разделах?



Q7: Какой газ имел наибольшее пропорциональное увеличение массы при движении из верхней тропосферы к поверхности? Почему?

Пятый лист (Давление на уровне моря) преобразует полученное или измеренное вами поверхностное давление в эквивалентное давление на уровне моря.Если вы находитесь на уровне моря, то приземное давление не изменилось. Если ваше местоположение находится над уровнем моря, то давление на уровне моря (SLP) для вашего местоположения выше, чем давление у поверхности. Если ваше местоположение находится ниже уровня моря (что встречается не очень часто), то давление на уровне моря (SLP) для вашего местоположения ниже, чем давление на поверхности. Среднее давление на уровне моря (SLP) на земном шаре составляет 1013,2 гПа.

В8: Почему давление на поверхности выше или ниже, чем SLP в вашем регионе?

Атмосферные значения, такие как приземное давление, которые вы только что собрали, постоянно меняются и завтра могут сильно измениться.Это пример погоды , который сильно отличается от климата , основной акцент лабораторий. Примером климатической переменной может быть среднее (то есть среднее) приземное давление в вашем местоположении за последние несколько десятилетий. Хотя вы просматривали данные только за один день, ваши ответы на вопросы 5, 6 и 7 всегда будут одинаковыми для всех дней. Давайте посмотрим на давление на уровне моря в контексте погоды и климата для Атланты, Джорджия, США. Среднее давление на уровне моря в Атланте за период 1973-2014 годов составляло 1018 гПа, что немного выше среднего глобального давления на уровне моря, равного 1013.2 гПа. Самое высокое давление на уровне моря, наблюдаемое в Атланте, составляло 1041,8 гПа 13 февраля 1981 года. Несколько лет спустя самое низкое давление на уровне моря 992,2 гПа наблюдалось 28 марта 1984 года.

В9: Какие два разных погодных явления обусловили крайне высокое и крайне низкое давление в Атланте?

Нажмите на изображение ниже, чтобы увидеть карты погоды за два дня с экстремальными значениями давления. Приземная система высокого давления, которую также называют антициклоном, часто возникает из-за нисходящего движения через тропосферу и часто связана со спокойными условиями и безоблачным небом.Приземная система низкого давления, которую также называют циклоном, возникает в результате подъема воздуха с поверхности на более высокие уровни тропосферы и часто связана с облачным небом и, возможно, штормовыми условиями.

Q10: Какой тип системы давления находился над Атлантой 13 февраля 1981 г.?

Q11: Система давления какого типа находилась над Атлантой 28 марта 1984 г.?

Если вы изучаете географию 1112 в ГГУ, то следующая цифра для вас.Вам может быть интересно, является ли сегодня давление на уровне моря в Атланте относительно высоким или низким для Атланты, и какой тип системы давления может быть над Атлантой. Помните, что среднее давление на уровне моря для Атланты составляет 1018 гПа. Изображение ниже дает вам представление о том, что будет считаться низким и высоким давлением для Атланты в каждый месяц года. Если у вас относительно низкое давление, то, вероятно, на улице пасмурно. Если у вас относительно высокое давление, то погода в Атланте, вероятно, безоблачная и безветренная.

Вы узнаете больше о системах давления и атмосферной циркуляции позже в этой и последующих лабораториях.

____________________________________________________________________________________________

Раздел 5

В этом разделе лаборатории «Тропосфера» вы будете изучать изменения ключевых компонентов тропосферы в пространстве и времени. Для этого вы будете использовать Google™ Earth не только для изучения того, как водяной пар, облачный покров, твердые частицы и озон меняются по всему миру, но и для изучения того, как эти атмосферные материалы меняются в течение года.

Начнем с ключевого компонента атмосферы с точки зрения погоды и климата: водяного пара. Ниже представлена ​​картина водного (гидрологического) цикла. Найдите минутку, чтобы изучить его и рассмотреть все различные процессы, которые являются частью этого цикла, а также источники воды (в ее различных формах) для каждого из этих процессов.

Теперь подумайте о  этих процессах в глобальном масштабе. Должно быть понятно, что доминирующим источником водяного пара в атмосфере, который возникает в результате испарения воды на поверхности Земли, являются земные океаны.Обратите внимание, что количество водяного пара, испаряемого из океанов (436 500 км 90 223 3 90 224 года 90 223 -1 90 224 ), в 90 005 почти в семь раз 90 006 больше, чем количество водяного пара, испаряемого/испаряемого с суши (65 500 км 90 223 3 90 224 года 90 223). -1 ). Затем вернитесь обратно в лабораторию солнечного излучения и времен года. Основываясь на том, что вы узнали в этой лаборатории, вы должны понять, что тропические и субтропические океаны являются огромными источниками водяного пара. Вы получите возможность продемонстрировать, что вы узнали в этой лаборатории в вопросах ниже.

Поскольку все различные процессы круговорота воды происходят постоянно, а вода постоянно перемещается с поверхности Земли в тропосферу и обратно, среднее время жизни водяного пара в атмосфере составляет всего десять дней. В результате этого важно отслеживать движение водяного пара в пространстве и времени. Вы собираетесь просмотреть файл Google™ Earth, который будет отслеживать такое движение, показывая ежемесячные изменения концентрации водяного пара в 2010 году.Данные для создания этого файла были собраны датчиком MODIS на борту спутника NASA Aqua, как показано ниже.

Датчик MODIS представляет концентрацию водяного пара как количество осаждаемой воды . Осаждаемая вода определяется как глубина воды в столбе атмосферы, если вся вода в этом столбе выпала в виде дождя; единица — сантиметры (см). Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть ежемесячные изменения водяного пара и сосредоточиться на области с наибольшей концентрацией водяного пара и о том, как эта область распределяется  и перемещается по  земному шару в течение года.Рекомендуется нажать кнопку «Настройки» (значок шестеренки) и выбрать меньшую скорость для видео; сделайте это и для последующих видео.



Q12: В каком регионе Земли обычно самая высокая концентрация водяного пара, а в каком регионе самая низкая концентрация?




В13. Почему распределение водяного пара по всему земному шару изменится так, как вы определили в вопросе 13? (я.д., Почему область с самой высокой концентрацией должна иметь самую высокую концентрацию , а область с самой низкой концентрацией должна иметь самую низкую концентрацию ?)




В14:  Как бы вы описали движение области с наибольшим количеством водяного пара в течение года?  



Q15: Как движение, которое вы только что описали, связано с тем, что вы узнали в лаборатории «Солнечное излучение и времена года»?



С помощью визуализации данных о водяном паре вы определили закономерность  движения области с самой высокой концентрацией водяного пара на Земле с течением времени.Эта область известна как Зона межтропической конвергенции ( ITCZ ​​), и эта функция будет снова изучена в этой лаборатории, а также в лабораториях 8 и 9, которые посвящены изменению климата.

Теперь давайте сосредоточимся на облаках, которые представляют собой видимые массы жидких капель или кристаллов льда, или того и другого. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть ежемесячные изменения количества облачности. Облачность предоставляется как доля облачности, и это доля ячейки сетки размером 1 км на 1 км, которая покрыта облаками.Доля облачности оценивалась на основе данных, собранных датчиком MODIS на борту спутника НАСА Terra.



В16: Как бы вы описали движение области с наибольшей облачностью в течение года?  



Вопрос 17. Каковы общие диапазоны широт (например, от 35° до 45°), когда облачность в основном отсутствует в течение года?



Вопрос 18: Для тех широт, которые в основном безоблачны, каково влияние на количество солнечной радиации, а также на температуру на поверхности этого региона от наличия такого небольшого облачный покров ? Подсказка: вы смотрели на сушу в январе в конце лабораторной работы 1 (Солнечное излучение и времена года).



Вся система, которую вы только что видели, называется циркуляцией Хэдли (см. воздух за пределами тропиков в районах, известных как субтропических ячеек высокого давления . Влажный воздух поднимается вверх в ВКЗ, обычно образует глубокие кучево-минусовые облака по мере продвижения к вершине тропосферы, а затем воздух направляется к полюсу и опускается в субтропических районах (т.д., субтропические высокогорья).



Давайте переключим внимание с воды на другие вещества в тропосфере. Одной из форм, которую принимают другие вещества, являются частицы , представляющие собой крошечные твердые или жидкие частицы, взвешенные в атмосфере. В атмосфере присутствует целый ряд различных частиц: сажа, дым, смог, лягушка (просто проверяю), пепел, пыль, споры, пыльца и различные аллергены. Естественные процессы вносят свой вклад в уровни твердых частиц; например, пустыни в субтропических регионах являются источниками переносимой ветром пыли.Человеческая деятельность, конечно, также увеличивает концентрацию твердых частиц: «подсечно-огневое» земледелие, при котором леса вырубаются и сжигаются для создания полей для сельского хозяйства, пастбищ для скота и т. д., и ежегодное сжигание пастбищ (т.е. , саванны) в тропиках производит дым (см. изображения ниже). Сжигание ископаемого топлива (от автомобилей, электростанций и т. д.) является еще одним источником твердых частиц в промышленно развитых регионах Земли.

 

Диаметр частиц

варьируется от 10 нанометров (для сравнения, человеческий волос составляет примерно 50 000 нанометров) до 10 микрометров (для сравнения, 1 микрометр равен 1000 нанометров).Причина, по которой нас волнует, где в этом диапазоне размеров попадают реальные частицы, заключается в том, что мы постоянно вдыхаем эти частицы. Более крупные частицы обычно фильтруются в носу и горле и не вызывают проблем, но частицы размером 2,5 микрометра или меньше, обозначенные как PM 2,5 (для твердых частиц, 2,5 микрометра), могут оседать в бронхах и легких и вызвать проблемы со здоровьем. Последствия вдыхания твердых частиц широко изучались на людях и животных и включают астму, рак легких, сердечно-сосудистые заболевания и преждевременную смерть.Сжигание ископаемого топлива является основным источником мелких твердых частиц.

Поскольку твердые частицы взвешены в воздухе, они представляют собой гетерогенную («неравномерную») смесь твердых и жидких веществ в газе. Общее название таких смесей — аэрозоли, поэтому этот термин следует применять только к смеси твердых частиц с воздухом. Иногда, однако, люди просто используют аэрозоли для обозначения самих частиц. Одним из способов измерения концентрации твердых частиц является определение оптической толщины аэрозоля , которая представляет собой степень проникновения аэрозолей (т.е. частицы) предотвращают передачу света, поглощая или рассеивая свет. Области с высокими значениями оптической толщины аэрозоля имеют высокие концентрации твердых частиц. Вы собираетесь просмотреть файл Google™ Earth, показывающий ежемесячные изменения оптической толщины аэрозоля в 2010 году. Оптическая толщина аэрозоля оценивалась по данным, собранным датчиком MODIS на борту спутника НАСА Terra. Когда вы смотрите на этот файл, сосредоточьтесь на областях с высокой и низкой концентрацией аэрозолей (т.е. твердых частиц). Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть ежемесячные изменения оптической толщины аэрозоля.



В19. Когда наблюдается высокая концентрация твердых частиц над центральной Африкой к югу от экватора (т. е. в южной части Демократической Республики Конго)?



Q20:  Что является наиболее вероятным источником высоких концентраций твердых частиц в южной части страны вопрос? Между прочим, эти частицы были замешаны в качестве возможной причины недавней тенденции засухи в центральной экваториальной Африке.



Q21:   Что является наиболее вероятным источником высоких концентраций твердых частиц над восточным Китаем?  



Наконец, давайте взглянем на озон (O 3 ). Озон на поверхности или вблизи нее (т. е. на уровне земли O 3 ) образуется в результате сложных химических реакций, в которых участвуют оксиды азота (NO x ), летучие органические соединения (ЛОС) и ультрафиолетовое излучение.Озон не может быть получен без солнечного излучения, а выбросы ЛОС и NO x обычно увеличиваются с повышением температуры; из-за этих факторов вы обычно слышите о днях «озонной тревоги» летом. Воздействие высоких концентраций O 3  было связано с учащением госпитализаций по поводу респираторных заболеваний (например, астмы). Люди, живущие в городах с высоким уровнем O 3  , имеют повышенный риск смерти от болезней легких. O 3  также препятствует фотосинтезу, что означает, что это может привести к сокращению сельскохозяйственного производства и гибели лесов.Наконец, O 3 в тропосфере является парниковым газом и, таким образом, способствовал феномену антропогенного глобального потепления. Следовательно, озон «хороший» в стратосфере и «плохой» внизу у поверхности Земли (см. изображение ниже).

Нажмите TroposphericOzone_2010 , чтобы просмотреть анимацию в Google™ Earth, которая показывает изменения концентрации O 3  от месяца к месяцу в 2010 году. Эта анимация очень похожа на анимацию, которую вы видели в лаборатории стратосферного озона.Разница в том, что анимация в этой лаборатории показывает концентрации O 3  (в миллиардных долях) в тропосфере, тогда как анимация в предыдущей лаборатории показывала концентрации озона (в единицах Добсона) для всей атмосферы. Данные о тропосфере O 3  были измерены с помощью прибора для мониторинга озона и микроволнового эхолота на борту спутника NASA Aura.


Q22:  В течение каких месяцев вы наблюдали высокие концентрации озона над (т.е. с подветренной стороны) Южная Америка и Африка?



Q23: Какие факторы способствовали высоким концентрациям озона вокруг Южной Америки и Африки?



Q24: Вы должны были заметить, что с мая по сентябрь в Северном полушарии наблюдались высокие концентрации озона; почему самая высокая концентрация наблюдается в эти месяцы?



Q25: Почему мы сосредоточились на высоких уровнях озона в тропосфере в этой лаборатории, в то время как в предыдущей лаборатории мы сосредоточились на низких концентрациях озона в тропосфере?


____________________________________________________________________________________________

Раздел 6

Закон о чистом воздухе привел к значительному улучшению качества воздуха в Соединенных Штатах.Первоначально закон просто поддерживал исследования того, какие вредные последствия могут быть четко связаны с присутствием определенных загрязнителей в атмосфере и какие уровни этих загрязнителей представляют разумный риск. Затем, в 1970 году, имея на руках четкие результаты этого исследования, политики приняли решение о регулировании уровня загрязняющих веществ. В это законодательство вносились поправки несколько раз, , последняя крупная поправка была внесена в 1990 году, когда кислотные дожди и разрушение озонового слоя были среди проблем, специально предназначенных .

В этой части лаборатории мы собираемся исследовать влияние этого акта на выбросы газов и твердых частиц, а затем посмотрим, как эти эффекты были связаны с изменениями в таких вещах, как кислотность дождя в Соединенных Штатах.

Первое, что мы рассмотрим, это изменения выбросов и концентраций твердых частиц по всей стране. До 1987 года общее содержание взвешенных частиц (TSP) регулировалось; после внесения поправок 1987 года к Закону о чистом воздухе PM 10  (твердые частицы размером 10 микрометров или меньше) стал регулироваться.На графике слева ниже представлены выбросы PM 10 и концентрации TSP (значения являются средними значениями примерно для 1000 объектов) с 1970 по 2010 год; на круговой диаграмме справа представлены источники PM 10  в 1970 и 2010 годах, что поможет вам понять, что привело к изменениям на графике.



 

В26: Как вы думаете, почему уровень выбросов PM 10  изменился так быстро в первой части графика выше (левая часть) и менее быстро в остальной части графика (правая часть)?



Вопрос 27. Из какого источника произошло наибольшее снижение выбросов PM 10 с 1970 по 2010 год? Между прочим, снижение выбросов PM 10  вызвало увеличение летних осадков в районе Атланты .



Далее, давайте обратим внимание на оксиды азота (NO x ) и диоксид серы (SO 2 ), которые образуются при сжигании ископаемого топлива (бензин, уголь). серу сжигают. SO 2  также выделяется при извержениях вулканов (например, при извержении горы Пинатубо в 1991 году, о котором упоминалось в разделе 2 этой лабораторной работы). Ниже приведены изображения, показывающие изменения выбросов и концентраций NO x и SO 2 в США.Концентрации NO 2  – это средние значения для 81 объекта, а концентрации SO  2  – средние значения для 121 объекта по всей стране, где эти концентрации контролируются. Как видно из графиков, Закон о чистом воздухе привел к значительному сокращению выбросов NO x и SO 2 и, следовательно, к значительному снижению концентрации NO 2  и SO 2 .

  

 


Кислотные дожди образуются, когда в атмосфере много либо SO 2 , либо NO x , либо обоих, поскольку эти газы реагируют с водяным паром в атмосфере с образованием серной и азотной кислот.Посмотрите на картинку слева ниже, чтобы визуализировать этот процесс. Шкала pH (мощность водорода) может помочь нам отслеживать кислотные дожди, но только если мы понимаем две вещи о шкале. Во-первых, потому что «p» или «мощность» часть «pH» означает тот факт, что эти числа являются значениями «степени 10». Это означает, что рН — это логарифмическая шкала, как шкала децибел для звука. Это говорит нам о том, что изменение значения pH на 1 на самом деле означает изменение уровня кислотности в 10 раз. Во-вторых, из-за того, как рассчитываются значения pH, меньшее число на шкале pH означает более высокую кислотность.Итак, сложив эти две вещи вместе, если измерение pH в определенном месте изменится с 5 до 4, это следует интерпретировать как увеличение кислотности в 10 раз. Посмотрите на изображение шкалы pH справа ниже, чтобы лучше ознакомиться со значением значений pH.
«Чистый» дождь имеет pH от 5 до 6, что означает, что он слегка кислый (это из-за CO 2 , который естественным образом присутствует в воздухе и образует угольную кислоту). Производство электроэнергии (например, угольные электростанции) вносит в воздух SO 2 и NO x , вызывая снижение pH дождя (т.д., делая дождь более кислым). Интересная вещь в Разделе IV Закона о чистом воздухе 1990 года (в котором основное внимание уделялось кислотным дождям) заключается в том, что он наказывал энергетические компании за повышение кислотности воды в определенном радиусе от станции. Кислотные дожди могут убить водные формы жизни и уничтожить леса. Кислотные дожди уничтожили насекомых и некоторые виды рыб, в том числе ручьевую форель в некоторых озерах и ручьях в географически уязвимых районах, таких как горы Адирондак в Соединенных Штатах.Некоторые высокогорные леса часто окутаны кислотными облаками и туманом; в результате погибли целые участки леса.

 

 

Теперь вы посмотрите на файл Google™ Earth, созданный для отображения изменений pH в разных частях страны с 1985 по 2012 год. Нажмите на pH_1985-2014 , чтобы просмотреть эту анимацию. Не забудьте переместить левую вкладку на ползунке времени до упора вправо, прежде чем запускать анимацию. Если этого не сделать, будет показано только изображение 2014 года.

В28: Какова была общая тенденция с 1985 по 2012 год в размере территории с уровнем pH ниже или равным 4,5 (ниже которого среда считается кислой)?




В29: За весь этот период времени, в какой части страны значения pH самые низкие? В какой части страны значения pH самые высокие?

Вы можете открыть pH_Change , чтобы увидеть изменения pH осадков с середины 1980-х до настоящего времени.С этим не связан вопрос, но, надеюсь, вы хотите представить себе, насколько увеличился pH дождя, особенно на Среднем Западе США, за последние 30 лет или около того. Имейте в виду, что увеличение рН на единицу или около того представляет собой 10-кратное снижение кислотности… это огромное сокращение кислотных дождей!

Итак, анимация Google™ Earth показала, что кислотность осадков значительно улучшилась за последние 30 лет, но, зная это, возникает вопрос: «Что вызвало это изменение?» Ниже приведены две круговые диаграммы. призван помочь ответить на этот вопрос.На диаграммах показано изменение общих выбросов оксида азота (NO x ) и диоксида серы (SO 2 ) с 1994 по 2010 год в зависимости от размера секторов. Они также показывают изменение процентной доли выбросов из различных источников за эти два года. Используйте диаграммы, чтобы ответить на вопрос Q26 ниже.

 

 

       Q30: Какой источник выбросов NO x  и SO 2 сократился больше всего в период с 1994 по 2010 год и, как следствие, помог повысить уровень pH (т.е., снизить кислотность) дождя  в США?



Ниже приведены ссылки на два файла Google™ Earth. Сделайте с этими файлами следующее:

•  Открыть  SO2_Emissions_Facilities . Размер красного круга пропорционален выбросам SO 2 от объекта.

Q31: В каком регионе страны самая высокая концентрация источников излучения SO 2  ?



• Увеличьте масштаб 3–4 больших красных кругов, чтобы поближе рассмотреть основные излучатели SO 2 , обнаруженные в этом регионе.

Q32: Что вы узнали об этих излучателях (например, их личность, структуру объекта и т. д.), увеличив их масштаб?



• Откройте NOx_Emissions_Facilities .Размер желтого кружка пропорционален выбросам NO x от предприятия. Красные кружки для излучателей SO 2 все еще должны присутствовать.

В33: Как область с наибольшей концентрацией излучателей NO x сравнивается с областью с наибольшей концентрацией излучателей SO 2 ? Как вы думаете, почему это так?



В34: В вопросе 29 вы определили части страны с самыми низкими и самыми высокими значениями рН.Как информация в этих двух файлах Google ™ Earth объясняет, в каких частях страны самые низкие и самые высокие значения?


В штате Нью-Йорк выпадали дожди с относительно низкими значениями pH, несмотря на отсутствие крупных объектов, выбрасывающих NO x и SO 2 . Ранее в этом разделе вы читали о влиянии кислотных дождей на экологию гор Адирондак в Нью-Йорке.Посмотрите на изображение ниже, показывающее типичное течение в средней тропосфере над США, а затем ответьте на вопрос под ним.

Q35: Почему в Нью-Йорке относительно низкие значения pH?

 

 

И прежде чем мы закончим этот раздел лаборатории, важно, чтобы вы также знали, что Закон о чистом воздухе привел к резкому снижению концентрации приземного озона в Соединенных Штатах, как вы можете видеть на рисунке ниже.

Q36: Сокращение выбросов каких химических веществ (например,г., загрязняющие вещества) привели к уменьшению концентрации озона, показанному на рисунке выше?

____________________________________________________________________________________________

Раздел 7

Напишите ответы от одного до двух предложений на каждый из следующих больших вопросов лаборатории.

Q37:   Чем тропосфера отличается от стратосферы?

Q38:   Как изменяется состав тропосферы при изменении высоты и широты?

Q39:   Как и почему изменились уровни загрязнения в США за последние несколько десятилетий?

Состав и термическая структура верхней тропосферы и нижней стратосферы проникающего мезомасштабного конвективного комплекса, определенные с помощью спутниковых наблюдений и модельного моделирования ) событие, которое произошло на юге Китая 8 июня 2009 года.Наши результаты основаны на спутниковых наблюдениях и имитационном моделировании прогнозов и исследований погоды. Богатый льдом и бедный озоном воздух достиг высоты 17  км. Воздух был на -5°C холоднее внутри зрелого MCC, чем снаружи в первой холодной тропопаузе около 17 км, на -2°C холоднее внутри зрелого MCC, чем снаружи во второй холодной тропопаузе, и на 3°C теплее внутри. зрелого MCC, чем снаружи, между двумя холодными тропопаузами. В соответствии с температурной структурой содержание водяного пара внутри ГЦК было на два ниже, чем снаружи около 17 км и 19 км, в то время как внутри ГЦК содержание водяного пара было выше, чем снаружи около 18 км.

1. Введение

Глубокие конвективные системы связаны с суровой погодой и могут также влиять на стратосферно-тропосферный обмен и радиационный баланс Земли, изменяя состав и тепловую структуру верхней тропосферы и нижней стратосферы. Эта тема привлекла большое внимание в последнее время с развитием спутниковых наблюдений [1–6]. Проникающие мезомасштабные конвективные комплексы (МКК) представляют собой глубинные конвективные системы, оказывающие важное влияние на стратосферно-тропосферный обмен и структуру верхней тропосферы и нижней стратосферы.

Большая часть глубокой конвективной активности происходит ниже тропопаузы холодной точки (CPT) на высоте 16-17 км. Конвективная активность редко проникает в слой тропической тропопаузы, который находится между минимумом градиента на высоте 10–12 км и СРТ [7] и является критической областью стратосферно-тропосферного обмена [8]. Система глубокой конвекции может существенно изменить структуру атмосферы тропического слоя тропопаузы, увеличив высоту минимума градиента и понизив высоту СРТ [7].Проникающие МЦК крупнее и дольше живут, чем грозовые ячейки, и поэтому оказывают большее влияние на химическую и термодинамическую структуру верхней тропосферы и нижней стратосферы [3].

Некоторые спутники нечасто берут пробы MCC из-за своей геометрии обзора, хотя, в конечном счете, редкость некоторых типов выборок (особенно штормов, проникающих в тропопаузу) является результатом синхронности спутниковых измерений. Большинство спутниковых систем находятся на солнечно-синхронных орбитах и ​​проводят наблюдения в местное время до и после периода времени, когда штормы, проникающие в тропопаузу, наиболее распространены (т.е., вблизи времени максимальной температуры поверхности и наибольшей неустойчивости). Поэтому мало исследований проникающих МЦК, но больше исследований ураганов в верхней тропосфере и нижней стратосфере [9, 10].

Проникающий МСС наблюдался 8 июня 2009 г. спутниковой группировкой NASA A-Train, которая широко используется для изучения структуры атмосферы [11–17]. Продукт Microwave Limb Sounder Version 4, выпущенный в 2015 г. (https://mls.jpl.nasa.gov/), привел к значительному улучшению качества данных в верхней тропосфере и нижней стратосфере [18, 19] и обеспечивает хорошая возможность понять тонкую структуру верхней тропосферы и нижней стратосферы в проникающем MCC.Спутниковое дистанционное зондирование и имитационное моделирование вместе могут прекрасно дополнять друг друга для изучения уникальной структуры верхней тропосферы и нижней стратосферы в редко проникающем МСС.

2. Материалы и методы
2.1. Спутниковые данные NASA A-Train

A-Train (послеполуденное созвездие) — это группа спутников (GCOM-W1, Aqua, CALIPSO, CloudSat и Aura), эксплуатируемых НАСА и его международными партнерами (http://atrain.nasa. гов/). Все спутники находятся на полярной орбите и все пересекают экватор в северном направлении примерно в 13:30.м. местное время. Почти одновременные наблюдения с этих спутников самых разных параметров могут быть использованы для одной цели [20].

Прибор Microwave Limb Sounder (MLS) на борту спутника Aura Системы наблюдения за Землей НАСА измеряет состав атмосферы, температуру, влажность и количество облачного льда с горизонтальным разрешением c. 150 км. В верхней тропосфере и нижней стратосфере существует 10 уровней давления: 316, 261, 215, 178, 147, 121, 100, 83, 68 и 56  гПа.

Стандартный продукт атмосферного инфракрасного зонда (AIRS) уровня 2 представляет собой комбинацию продукта AIRS и усовершенствованного блока микроволнового зондирования на спутнике NASA Aqua. Горизонтальное разрешение вдоль дорожки равно c. 50 км, а пространственное разрешение прибора AIRS-Advanced Microwave Sounding Unit в надире составляет 13,5 км (http://airs.jpl.nasa.gov/) [18]. В работе использовалось уходящее длинноволновое излучение изделия AIRS.

Лидар облаков и аэрозолей с ортогональной поляризацией (CALIOP) на спутнике CALIPSO НАСА представляет собой двухволновой поляризационно-чувствительный инструмент для обнаружения и измерения дальности, который обеспечивает вертикальные профили аэрозолей и облаков с высоким разрешением.CALIOP использует три канала приемника: один измеряет интенсивность обратного рассеяния на 1064 нм, а два других измеряют ортогонально поляризованные компоненты сигнала обратного рассеяния на 532 нм. В этом исследовании использовались продукты уровня 2 [21].

Прибор Cloud Profiling Radar (CPR) на спутнике CloudSat НАСА представляет собой радар надира с частотой 94 ГГц, который измеряет мощность обратного рассеяния облаками в зависимости от расстояния до радара. Первоначальные требования к прибору CPR: чувствительность, определяемая минимальным обнаруживаемым коэффициентом отражения -30 дБЗ, дискретизация вдоль пути 2 км, динамический диапазон 70 дБЗ, вертикальное разрешение 500 м и точность калибровки 1.5 дБЗ. В этом исследовании использовались продукты CPR Level 2 (http://cloudsat.atmos.colostate.edu/) [22].

2.2. Температура черного тела со спутника FY2C

Данные о температуре черного тела (BBT), зарегистрированные геостационарным спутником FY2C, были получены из Национального спутникового метеорологического центра Китая. Часовые данные с горизонтальным разрешением 0,1° показывают конвекцию в различных масштабах [23]. Более подробную информацию можно найти на http://www.nsmc.org.cn/.

2.3. Глобальная система позиционирования Radio Occultation COSMIC Data

Температурные профили радиозатмений глобальной системы позиционирования (GPS) были получены с сайта http://cdaac-www.cosmic.ucar.edu/cdaac/products.html. Антес и др. [24] представили систему спутниковых наблюдений для метеорологических, ионосферных и климатических данных (COSMIC). Мы использовали данные влажного профиля уровня 2 с вертикальным разрешением до 100 м.

2.4. Модель исследования погоды и прогнозирования

Модель исследования погоды и прогнозирования WRF-ARW V3.5.1 использовалась для моделирования MCC. Моделирование с временным шагом 60 с началось в 00:00 по Гринвичу 8 июня 2009 г. Сетки модели были установлены, как показано на рисунке 1, с горизонтальным разрешением 10 км внутри и 30 км снаружи ГЦК.Семьдесят вертикальных слоев были назначены под верхней частью модели при 20 гПа. Схемы моделирования включали схему кучевой конвекции GF, схему длинноволнового излучения RRTM, схему длинноволнового излучения DUDHIA, схему пограничного слоя YSU и схему микрофизики облаков NSSL 2-mom (http://www2.mmm.ucar.edu/). wrf/пользователи/). В верхнем пограничном слое построена схема губчатого слоя толщиной 5 км, чтобы избежать отражения гравитационных волн. Моделирование было основано на начальных условиях и граничных условиях из Глобальной системы прогнозирования с 0.Горизонтальное разрешение 5°.


3. Результаты
3.1. Проникающий MCC

MCC представляет собой конвективное облако, которое существует в течение нескольких часов и имеет площадь верхней границы облаков >50 000  км 2 и BBT ниже −52°C [25]. В июне 2009 г. над южным Китаем сформировалось несколько сильных ГЦК, и ГЦК 8 июня 2009 г. был самым сильным.

Почасовые данные BBT за FY2C (рисунки 2(b), 4(a) и 4(b)) указывают на то, что в период с 7 по 9 июня 2009 г. сформировались три сильных MCC (BBT менее -65°C), которые затем вымерли.MCC 8 июня был очень интенсивным явлением с большим горизонтальным масштабом (300  км) и > 100  мм кумулятивных осадков.

Спутники A-Train обнаружили этот ЦУП в 18:00 8 июня 2009 г. Уходящее длинноволновое излучение от прибора AIRS составило <140 Вт·м −2 в районе ЦЦК (рис. 2(а)) . Орбиты спутников с приборами MLS, CPR и CALIOP проходили через ГЦК, что позволяло проводить анализ структуры атмосферы в районе ГЦК.Коэффициент отражения CPR можно использовать для представления вертикальной структуры MCC (рис. 2(c)). Центральное расположение ГЦК находилось около 25° с.ш. и 107° в.д. Конвективная облачность развивалась до >16 км, облачная наковальня в верхних слоях простиралась наружу, а наиболее интенсивная отражательная способность (>10 dBz) располагалась на 5–13 км. Высота тропопаузы по вспомогательным метеорологическим данным в CALIOP (рис. 2(г)) показала, что высота тропопаузы градиента температуры (черные точки) составляла почти 16 км в ГЦК, но ближе к 17 км за пределами ГЦК.Высота верхней границы облаков в CALIOP составляла >17 км внутри ГЦК (голубые точки, где интегральный ослабленный коэффициент обратного рассеяния верхней границы облака составлял >0,01 sr −1 · км −1 по Десслеру [11] и Пану и Мунчака [26]), то есть выше, чем снаружи (синие точки). Красные точки указывают на большую концентрацию частиц в верхней части облака; интегральные коэффициенты затухания обратного рассеяния верхних облаков в ГЦК в целом составляли c. 0,03 ср −1 ·км −1 больше фонового значения 0.01 ср −1 ·км −1 . Таким образом, облако представляло собой проникающий ЦЦС.

3.2. Структура атмосферы верхней тропосферы и нижней стратосферы в ГЦК по данным спутниковых наблюдений

Проникающие ГЦК оказывают большое влияние на структуру верхней тропосферы и нижней стратосферы, в том числе на распределение озона (O 3 ), содержание ледяной воды (IWC ), а также температура и количество водяного пара (H 2 O).

На концентрацию O 3 и МКК сильно влияет восходящее движение в районе ГЦК.Система облачной конвекции может уменьшить количество O 3 на более низких уровнях атмосферы за счет переноса воздуха с низким содержанием O 3 вверх в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу, поскольку концентрации озона в стратосфере значительно выше, чем в тропосфере. Концентрация O 3 в районе ГЦК была <100 ppbv ниже 100 гПа. Однако концентрация O 3 за пределами MCC значительно превышала 100 ppbv (рис. 3(a)).Отсутствующее значение где-то внутри MCC основано на достоверности данных по озону от MLS.

Напротив, воздух с высоким ВКК 50 мг·м −3 переносился вверх на 14 км, а воздух с ВКК 10 мг·м −3 переносился на расстояние до 16,5 км в пределах ГЦК (рис. 3(б)).

Температурный профиль MLS (рис. 3(c) и 3(e)) показывает центр холода (ниже −85°C) в ГЦК на высоте 17 км, соответствующий верхней границе облака (рис. 2(d)) . Однако на высоте 2  км над центром холода наблюдалась теплая аномалия, что является типичной характеристикой верхней части облака ГЦК [10].Температура верхней границы облаков в ГЦК была на 2–6°С ниже температуры на том же уровне за пределами ГЦК. Температура внутри МЦК была на 2-3°C выше, чем снаружи на высоте 2 км над первым КПП.

Температурные профили радиозатмений GPS с высоким вертикальным разрешением поддерживают данные MLS. Радиозатмение GPS обнаружило МСС только 7 и 9 июня 2009 г. Два температурных профиля похожи. Поэтому мы использовали данные MCC от 7 июня 2009 г. (рис. 4(a)) в качестве эталона для MCC 8 июня 2009 г.Когда 7 июня 2009 г. произошел MCC, первая CPT упала с 17 до почти 16 км (рис. 4 (b)). Температура внутри ГЦК на первом и втором КПП была ниже температуры снаружи, но температура внутри ГЦК между двумя КПП была на 3-4°С выше, чем снаружи ГЦК (рис. 4(б)).

Распределение H 2 O, измеренное прибором MLS (рис. 3(d) и 3(f)) показывает низкую концентрацию H 2 O (<2 ppmv) в верхней части облака при 100 гПа и высокая концентрация H 2 O (>6 ppmv) при 68 hPa в MCC.Распределение H 2 O совпадает с распределением температуры, поскольку температура оказывает большое влияние на концентрацию H 2 O, особенно вблизи мерзлого слоя. В среде с высоким ИВК концентрация H 2 O в верхней тропосфере и нижней стратосфере напрямую связана с давлением насыщенного пара на поверхности кристаллов льда. При повышении температуры увеличивается давление насыщенного пара и увеличивается концентрация водяного пара в результате испарения.Следовательно, распределение H 2 O следовало распределению температуры.

3.3. Структура атмосферы верхней тропосферы и нижней стратосферы в MCC из моделирования WRF

Положения и высоты MCC были хорошо смоделированы с помощью моделирования WRF (рис. 2 и 5). Конвективная система начала развиваться в 13:00, верхняя граница облаков ГЦК достигла 17 км после 14:00, а ГЦК созрела примерно в 15:00, немного опережая спутниковое обнаружение.

Структура атмосферы ГЦК (т.g., температура, IWC и распределение H 2 O) были хорошо представлены в выходных данных модели. Выходные данные модели хорошо соответствовали наблюдаемой дивергенции, вертикальной скорости и потенциальной псевдоэквивалентной температуре. Апвеллинг составлял −0,8 Па·с −1 около 200 гПа на зрелой стадии ГЦК (рис. 6(а)). Был сильный центр дивергенции (> 3 × 10 90 223 -3 90 224   с 90 223 -1 90 224 ), соответствующий центру холодного меридионального отклонения (-5 ° C) в верхней части области апвеллинга в ГЦК около 100   гПа.Модель показала структуру возмущений для температуры с отрицательной аномалией меридионального отклонения -5°C на первом CPT и -2°C на втором CPT и положительной аномалией меридионального отклонения 3°C между двумя CPT на зрелой стадии. по сравнению с ранней стадией (рис. 6(a) и 6(b)), что согласуется с результатами радиозатмения GPS, показанными на рис. 4(b). Температурная аномалия связана с гравитационно-волновой активностью и длинноволновым излучением вблизи перистых наковальней на вершине ГХК [27, 28].Воздух с суммарной ВКК 250 мг·кг −1 достиг высоты 17 км (рис. 6(в)), что согласуется со спутниковыми наблюдениями на рис. 3(б). В дополнение к возмущению температуры в верхней тропосфере и нижней стратосфере, внутри ГЦК наблюдались две более низкие концентрации H 2 O, чем снаружи вблизи 17 км и 19 км, и более высокое содержание H 2 O внутри ГЦК, чем снаружи вблизи 18 км (рис. 6(г)).

4. Выводы и обсуждение

Для изучения состава верхней тропосферы и нижней стратосферы, а также тепловой структуры ГЦС, произошедшего над южным Китаем 8 июня 2009 г., использовались различные спутниковые наблюдения и моделирование WRF.

Моделирование WRF подтвердило структуру температуры верхней тропосферы и нижней стратосферы, полученную с помощью измерений радиозатмения GPS и наблюдений MLS. Воздух внутри МЦК был на -5°C холоднее, чем снаружи на первом КПП около 17 км, внутри МЦК холоднее, чем снаружи на втором КПП, и на 3°C теплее внутри МЦК, чем снаружи между двумя КПП. . Концентрация водяного пара внутри МЦК была ниже, чем снаружи около 17 км, и более высокая концентрация водяного пара внутри ГЦК, чем снаружи около 18 км, что соответствует температурной структуре.Это связано с тем, что распределение водяного пара контролируется распределением температуры с помощью микрофизических процессов, когда МСС доставляет большое количество кристаллов льда в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу. Бедный озоном воздух в верхней тропосфере и нижней стратосфере отражал конвективный перенос ГЦК.

В этом исследовании была представлена ​​тонкая структура верхней тропосферы и нижней стратосферы в проникающем МСС во время азиатского летнего муссона, о котором редко сообщалось.Из-за более крупного масштаба МЦК, чем общей конвективной активности, второй ЦФН располагался выше фонового климатологического ЦФН, а расположение второго ЦФН в общей конвективной активности вблизи фонового климатологического ЦФН [10].

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Национальным научным фондом Китая (41375047, 213 и 41675039) и Приоритетной академической программой развития высших учебных заведений Цзянсу (PAPD).Авторы выражают благодарность NASA, UCAR/COSMIC и Национальному спутниковому метеорологическому центру Китая за предоставление данных.

Состав аэрозолей верхней тропосферы тропиков

  07 июля 2009 г.

07 июля 2009 г.

К. Д. Фройд 1,2 ,Д. М. Мерфи 1 , Т. Дж. Сэнфорд 1,2 ,Д. С. Томсон 1,2 , Дж.К. Уилсон 3 , Л. Pfister 4 и L. Lait 5 К. Д. Фройд и соавт. К. Д. Фройд 1,2 ,Д. М. Мерфи 1 , Т. Дж. Сэнфорд 1,2 ,Д. С. Томсон 1,2 , Дж. К. Уилсон 3 , Л. Pfister 4 и L. Lait 5
  • 1 Лаборатория исследования системы Земли NOAA, отдел химических наук, Боулдер, Колорадо, США
  • 2 Совместный институт исследований в области наук об окружающей среде, Университет Колорадо, Боулдер, Колорадо, США
  • 3 Факультет механики и материаловедение, Университет Денвера, Денвер, Колорадо, США
  • 4 Исследовательский центр Эймса НАСА, Моффет Филд, Калифорния, США
  • 5 Центр наук о Земле и технологий имени Годдарда, Мэрилендский университет, округ Балтимор, Балтимор, Мэриленд , США
  • 1 Лаборатория исследования системы Земли NOAA, отдел химических наук, Боулдер, Колорадо, США
  • 2 Совместный институт исследований в области наук об окружающей среде, Университет Колорадо, Боулдер, Колорадо, США
  • 3 Факультет механики и материаловедение, Университет Денвера, Денвер, Колорадо, США
  • 4 Исследовательский центр Эймса НАСА, Моффет Филд, Калифорния, США
  • 5 Центр наук о Земле и технологий имени Годдарда, Мэрилендский университет, округ Балтимор, Балтимор, Мэриленд , США
Скрыть данные об авторе Получено: 25 марта 2009 г. – Начало обсуждения: 9 апреля 2009 г. – Пересмотрено: 25 июня 2009 г. – Принято: 26 июня 2009 г. – Опубликовано: 7 июля 2009 г.

Состав аэрозоля был измерен одночастичным масс-спектрометром NOAA (PALMS) на борту высотной авиационной платформы НАСА WB-57 во время двух кампаний по проверке ауры (AVE), базирующихся в Коста-Рике в 2004 и 2006 годах.Эти исследования позволили получить наиболее полный на сегодняшний день набор измерений состава аэрозоля в слое тропической тропопаузы (TTL) и в нижней тропической стратосфере. Мы описываем аэрозольные свойства тропической атмосферы и используем трассеры состава для изучения источников частиц, роли недавней конвекции и потенциала перистых образований в TTL. Тропическая динамика и региональные источники воздуха сыграли основную роль в определении свойств тропосферного аэрозоля. Произошло резкое изменение химического состава аэрозоля на высоте около 12 км, совпавшее с изменением конвективного воздействия.Ниже этого уровня морская конвекция поднимала конденсирующийся материал, который образовывал кислый, богатый сульфатами аэрозоль. Эти частицы содержали значительное количество метансульфоновой кислоты (МСК) и демонстрировали признаки облачных процессов. Напротив, континентальная конвекция впрыскивала частицы и прекурсоры непосредственно в TTL, создавая популяцию нейтрализованного, богатого органическими веществами аэрозоля. Органика часто была сильно окислена, а частицы с окисленной органикой также содержали нитраты. Выше тропопаузы химический состав постепенно менялся в сторону частиц серной кислоты, но нейтрализованные частицы все еще были в изобилии на высоте 2 км выше тропопаузы.Глубокая континентальная конвекция, хотя и спорадическая и географически локализованная, может сильно влиять на свойства аэрозоля TTL в глобальном масштабе. Обилие аэрозоля, богатого органическими веществами, может препятствовать зарождению льда и образованию перистых облаков на уровне тропопаузы.

Изменение состава воздуха при переходе из тропосферы в стратосферу

  • 1

    Маховер З.М., Климатология тропопаузы (Л.: Гидрометеоиздат, 1983).

    Google Scholar

  • 2

    T. Trickl, H. Vogelmann, H. Giehl, H.-E. Шеел, М. Шпренгер и А. Штоль, «Насколько стратосферными являются глубокие стратосферные вторжения?», Атмос. хим. физ. 14 (18), 9941–9961 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 3

    Т. Трикл, Н. Барч-Риттер, Х. Эйзеле, М. Фургер, Р. Макке, М. Шпренгер и А. Штоль, «Слои с высоким содержанием озона в средней и верхней тропосфере над Центральной Европой : Потенциальный импорт из стратосферы вдоль субтропического струйного течения», Atmos.хим. физ. 11 (17), 9343–9366 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 4

    Куколева А. Оценка потоков озона через тропопаузу в зонах высокого фронта в Северном полушарии // Изв. РАН. Океан. физ. 38 (3), 333–343 (2002).

    Google Scholar

  • 5

    Иванова А.Р. Стратосферно-тропосферный обмен и его особенности во внетропических широтах // Рус.метеорол. гидрол. 41 (3), 170–185 (2016).

    Google Scholar

  • 6

    Криволуцкий А.А., Куколева А.А. Результаты российских исследований средней атмосферы (2011–2014 гг.) // Изв. РАН. Океан. физ. 52 (5), 497–511 (2016).

    Google Scholar

  • 7

    А. С. Бут и К. Р. Хомейер, «Глобальный крупномасштабный стратосферно-тропосферный обмен в современных повторных анализах», Атмос.хим. физ. 17 (9), 5537–5559 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 8

    Т. Рунде, М. Дамерис, Х. Гарни и Д. Э. Киннисон, «Классификация стратосферных экстремальных явлений в соответствии с их распространением вниз в тропосферу», Геофиз. Преподобный Летт. 43 (12), 6665–6672 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 9

    Михаликова М., Кирквуд С., Дж.Арно и Д. Михайлова, «Наблюдение за складкой тропопаузы с помощью УКВ-радара MARA для измерения профиля ветра и озонозонда в Васа, Антарктида: сравнение с анализом ECMWF и моделированием модели WRF», Ann. Геофиз. 30 (9), 1411–1421 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 10

    Михаликова М. и Кирквуд С. «Частоты возникновения складок тропопаузы над антарктической станцией Тролль (75 ю.ш., 2,5 в.д.)», Ann. Геофиз. 31 (4), 591–598 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 11

    К. Вайгель, Л. Хоффманн, Г. Гюнтер, Ф. Хосрави, Ф. Ольшевски, П. Прейсс, Р. Спанг, Ф. Стро и М. Рисе, «Стратосферное вторжение в субтропическую струю над Средиземным морем: дистанционное зондирование с воздуха и результаты моделирования», Atmos. хим. физ. 12 (8), 8423–8438 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 12

    стр.Писофт, П. Саша, Л. М. Полвани, Дж. А. Анель, Л. де ла Торре, Р. Эйхингер, У. Фельше, П. Хусар, К. Якоби, Дж. Карлицкий, А. Кучар, Дж. Миксовски, М. Зак, и H. E. Rieder, «Сжатие стратосферы, вызванное увеличением количества парниковых газов», Environ. Рез. лат. 16 (6), 064038 (2021).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 13

    Фоллет-Кук М.Б., Хадсон Р.Д., Недолуха Г.Е. Классификация профилей стратосферного озона и водяного пара в северном полушарии по метеорологическому режиму // Атмосфер.хим. физ. 9 (16), 5989–6003 (2009).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 14

    Коллинз В.Дж., Дервент Р.Г., Гарнье Б., Джонсон С.Е., Сандерсон М.Г. и Стивенсон Д.С. Влияние стратосферно-тропосферного обмена на будущую тенденцию тропосферного озона // J. Geophys. Рез. 108 (Д12), 8528 (2003).

    Google Scholar

  • 15

    Л. Гэн, Л.Т. Мюррей, Л. Дж. Микли, П. Лин, К. Фу, А. Дж. Шауэр и Б. Александер, «Изотопные доказательства множественного контроля над атмосферными окислителями при изменении климата», Nature 546 (7656), 133– 137 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 16

    П. Дж. Крутцен, «Усиление альбедо за счет введения стратосферной серы: вклад в решение политической дилеммы?», Клим. Изменение 77 , 211–219 (2006 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 17

    А.Р. Равишанкара, «Водяной пар в нижней стратосфере», Science 337 (6096), 809–810 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 18

    Дж. Г. Андерсон, Д. М. Уилмут, Дж. Б. Смит и Д. С. Сейрес, «Уровни дозировки ультрафиолета летом: повышенный риск потери озона из-за конвективно впрыскиваемого водяного пара», Science 337 (6096), 835– 839 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 19

    р.Уэяма, Э. Дж. Дженсен, Л. Пфистер, Г. С. Дискин, Т. П. Буй и Дж. М. Дин-Дэй, «Обезвоживание в слое тропической тропопаузы: тематическое исследование для оценки модели с использованием наблюдений с самолета», J. Geophys. Рез. Атмос. 119 (9), 5299–5316 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 20

    MR Schoeberl, HB Selkirk, H. Vomel и A. R. Douglass, «Источники сезонной изменчивости водяного пара и озона в верхней тропосфере и нижней стратосфере в тропиках: выводы на основе данных Тикозонда, установленных в Коста-Рике», Дж.Геофиз. Рез. Атмос. 120 (18), 9684–9701 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 21

    К. Рольф, А. Афчин, Х. Бозем, Б. Бухгольц, В. Эберт, Т. Гуггенмозер, П. Хор, П. Конопка, Э. Кречмер, С. Мюллер, Х. Шлагер, Н. Spelten, O. Suminska-Ebersoldt, J. Ungermann, A. Zahn и M. Kramer, «Перенос сильно обезвоженного стратосферного воздуха Антарктики в тропосферу, наблюдаемый во время кампании HALO-ESMVal 2012», Atmos.хим. физ. 15 (16), 9143–9158 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 22

    Софиева В. Ф., Тамминен Дж., Кирола Э., Миелонен Т., Вефкинд П., Хасслер Б. и Бодекер Г. Э. Новая климатология профилей озона, связанная с тропопаузой. хим. физ. 14 (1), 283–299 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 23

    И. Петропавловских, Э. Рэй, С.Дэвис М., Розенлоф К., Мэнни Г., Шеттер Р., Холл С.Р., Ульманн К., Пфистер Л., Хейр Дж., Фенн М., Эйвери М., Томпсон А.М. слой тропической тропопаузы во время кампании TC4 в 2007 г.», J. Geophys. Рез. 115 , J16 (2010).

    Google Scholar

  • 24

    П. Конопка и Л. Л. Пан, «Об образовании внетропического переходного слоя (ExTL) под действием смешения», J. Geophys. Рез. 117 , D18301 (2012 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 25

    Б. Берше, Ж.-Д. Paris, G. Ancellet, K.S. Law, A. Stohl, Ph. Nedelec, M.Y. Аршинов, Б. Белан и Ф. Сиаис, «Тропосферный озон над Сибирью весной 2010 г.: удаленные воздействия и стратосферное вторжение», Tellus B 65 , 19688 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 26

    C. R. Homeyer, K. P. Bowman, L. L. Pan, E.Л. Атлас, Р.-С. Gao и T.L. Campos, «Динамические и химические характеристики тропосферных вторжений, наблюдаемых во время START08», J. Geophys. Рез. 116 , D06111 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 27

    Г.Г. Анохин, П.Н. Антохин, М.Ю. Аршинов, В. Э. Барсук, Б. Д. Белан, С. Б. Белан, Д. К. Давыдов, Г. А. Ивлев, А. В. Козлов, В. С. Козлов, М. В. Морозов, М. В. Панченко, И. Э. Пеннер, Д. А. Пестунов, Г. П. Сиков, Д.Симоненков Ю.В., Синицын Д.С., Толмачев Г.Н., Филиппов Д.В., Фофонов А.В., Чернов Д.Г., Шаманаев В.С., Шмаргунов В.П. Самолетная лаборатория ОПТИК Ту-134 // Опт. Атмос. Океана 24 (9), 805–816 (2011).

    Google Scholar

  • 28

    Отмахов В.И., Петрова Е.В., Отмахова З.И., Лапова Т.В. Химический и атомно-эмиссионный спектральный анализ атмосферных и промышленных аэрозолей на наличие неблагородных металлов // Оптика атмосф.Океан. Опц. 12 (4), 327–330 (1999).

    Google Scholar

  • 29

    Белан Б.Д., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Рассказчикова Т.М., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н. Типизация химического состава тропосферного аэрозоля юга Западной Сибири по воздушной массе // Тр. SPIE — Междунар. соц. Опц. англ. 10833 , 108338 (2018).

  • 30

    Л. П. Голобокова, Т. В. Ходжер, О. Н.Изосимова, П. Н. Зенкова, А. О. Почуфаров, О. И. Хуриганова, Н. А. Онишюк, И. И. Маринайте, В. В. Полкин, В. Ф. Радионов, С. М. Сакерин, А. П. Лисицын, В. П. Шевченко. маршруты морских экспедиций 2018–2019 гг.», Атмос. Океаническая опт. 33 (5), 480–489 ​​(2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 31

    Л. П. Голобокова, Т.Ходжер В., Хуриганова О. И., Маринайте И. И., Онищук Н. А., Русанова П., Потемкин В. Л. Изменчивость химических свойств атмосферного аэрозоля над озером Байкал во время крупных лесных пожаров в Сибири // Атмосфера 11 (11). , 1230 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 32

    Иванова А.Р. Тропопауза: разнообразие определений и современные подходы к идентификации // Рус. метеорол. гидрол. 38 (12), 808–817 (2013).

    Google Scholar

  • 33

    M. J. Prather, X. Zhu, Q. Tang, J. Hsu и J. L. Neu, «Химик атмосферы в поисках тропопаузы», J. Geophys. Рез. 116 , D04306 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 34

    Иванова А.Р. Уклон тропопаузы как характеристика ее деформации // Рос. метеорол. гидрол. 36 (2), 82–90 (2011).

    Google Scholar

  • 35

    С.П. Хромов, Основы синоптической метеорологии . Л.: Гидрометеоиздат, 1948.

    Google Scholar

  • 36

    Матвеев Л.Т., Курс общей метеорологии. Физика атмосферы . СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.

    Google Scholar

  • 37

    Ремсберг Э. Э. Метан как диагностический индикатор изменений циркуляции Брюера-Добсона в стратосфере // Атмосферное явление.хим. физ. 15 (7), 3739–3754 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 38

    Х. Бозем, П. Хор, Д. Кункель, Ф. Кёлльнер, Дж. Шнайдер, А. Хербер, Х. Шульц, В. Р. Лейтч, А. А. Алиабади, М. Д. Уиллис, Дж. Буркарт и Дж. П. Д. Эббатт, «Характеристика транспортных режимов и полярного купола весной и летом в Арктике с использованием авиационных измерений на месте», Атмос. хим. физ. 19 (23), 15 049–15 071 (2019).

    Google Scholar

  • 39

    Х. Эльхаф, Б.-М. Зиннхубер, В. Войводе, Х. Бониш, Х. Бозем, А. Энгель, А. Фикс, Ф. Фридл-Валлон, Ж.‑У. Гроос, П. Хор, С. Йоханссон, Т. Юркат-Витчас, С. Кауфманн, М. Крамер, Й. Краузе, Э. Кречмер, Д. Лоркс, А. Марсинг, Дж. Орфал, К. Пфайлштикер, М. Питтс, Л. Пул, П. Преус, М. Рапп, М. Ризе, Ч. Рольф, Дж. Унгерманн, гл. Фойгт, К.М. Волк, М. Вирт, А. Зан и Х. Зирайс, «POLSTRACC», BAMS 100 (12), 2634–2664 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 40

    A. Volz, DH Enhalt, R.G. Derwent, «Сезонные и широтные вариации 14 CO и тропосферная концентрация радикалов OH», J. Geophys. Рез. 86 (5), 5163–5171 (1981).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 41

    Д. Х. Энхальт, «Атмосферный цикл метана», Tellus 26 (1), 58–70 (1974).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 42

    Q. Liang, JM Rodriguez, AR Douglass, JH Crawford, JR Olson, E. Apel, H. Bian, DR Blake, W. Brune, M. Chin, PR Colarco, A. Silva, GS Diskin, Дункан Б.Н., Хьюи Л.Г., Кнапп Д.Дж., Монцка Д.Д., Нильсен Дж.Е., Поусон С., Ример Д.Д., Вайнхеймер А.Дж. и Вистхалер А., «Реакционное производство азота, озона и озона в арктической тропосфере и влияние стратосферно-тропосферного обмена », Атмос.хим. физ. 11 (24), 13 181–13 199 (2011).

    Google Scholar

  • 43

    C. Varotsos, J. Christodoulakis, C. Tzanis, and A.P. Cracknell, «Сигнатура тропосферного озона и двуокиси азота из космоса: тематическое исследование для Афин, Греция», Atmos. Окружающая среда. 89 , 721–730 (2014)

    АДС Google Scholar

  • 44

    Ивлев Л.С., Химический состав и строение атмосферных аэрозолей (Ленинградский гос., Ленинград, 1982).

    Google Scholar

  • 45

    Шакина Н.П., Кузнецова И.Н., Иванова А.Р. На примере стратосферных интрузий, связанных с повышенной радиоактивностью приземного воздуха // Рос. метеорол. гидрол., № 2, 38–43 (2000).

  • 46

    Х.-М. Чо, Ю.-Л. Хонг и Г. Ким, «Атмосферные потоки осаждения космогенных 35S и 7Be: влияние на скорость круговорота серы в биосфере», Атмосферные явления.Окружающая среда. 45 (25), 4230–4234 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google Scholar

  • 47

    Т. Юркат, С. Кауфманн, Гл. Фойгт, Д. Шаубле, Ф. Йессбергер и Х. Цирайс, «Бортовой масс-спектрометр AIMS — Часть 2: Измерения газовых примесей стратосферного или тропосферного происхождения в UTLS», Атмос.

    • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *