Читать онлайн «Лидарный контроль стратосферы»

ЛИДАРНЫИ КОНТРОЛЬ СТРАТОСФЕРЫ ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОГО КОНТРОЛЯ СТРАТОСФЕРЫ Общие сведения о стратосфере Стратосфера занимает среднее положение в газовой оболочке Земли между тропосферой и мезосферой. 1. 1. Термическая структура земной атмосферы Для классификации строения земной атмосферы наиболее широко используется принцип ее деления на слои, в пределах которых изменение температуры с высотой имеет постоянный знак (рис. 1. 1). Таким образом, в атмосфере снизу вверх различают тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу. Переходные слои между сферами называются соответственно тропопаузой, стратопаузой и мезопаузой. В тропосфере температура уменьшается с высотой, достигая минимальных значений на уровне тропопаузы. Высота тропопаузы испытывает заметную широтную зависимость. В среднем она меняется от 18 км над экватором (экваториальная тропопауза) до 8 км над полюсами (полярная тропопауза). При этом широтное распределение высоты тропопаузы неоднородно. Оно испытывает разрывы, особенно в субтропических и субполярных областях. Причем в областях субтропических струйных течений разрывы тропопаузы проявляются даже при большом периоде усреднения. В стратосфере температура с высотой поднимается в первую очередь за счет поглощения молекулами озона ультрафиолетовой (УФ) солнечной радиа- Рис. 1. 1, Термическая структура атмосферы [Брасье, Соломон, 1987]. Т, К ции. Средняя температура в стратосфере достигает максимальных значений около 270 К на уровне стратопаузы, расположенной на высоте примерно 50-55 км. В мезосфере температура вновь понижается с высотой, опускаясь до минимальных значений примерно 160-170 К на высоте мезопаузы около 85 км. Выше мезопаузы располагается термосфера, в которой температура быстро растет с высотой, достигая 500-2000 К в зависимости от уровня солнечной активности. Выше 100 км начинают нарушаться законы локального термодинамического равновесия. Здесь принято говорить уже о кинетической температуре. Термодинамические модели атмосферы В настоящее время накоплена довольно обширная информация о температуре и давлении на разных высотах, а также сведения об их широтных и сезонных вариациях. В табл. 1. 1-1. 3 из [Ипполитов и др. , 1985] представлены термодинамические модели для различ- Табл ица 1. 1 Термодинамическая модель атмосферы для тропической зоны Я, км 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Р, мбар 1,013 + 3 9,040 + 2 8,050 + 2 7,150 + 2 6,330 + 2 5,590 + 2 4,920 + 2 4,320 + 2 3,780 + 2 3,290 + 2 2,860 + 2 2,470 + 2 2,130 + 2 1,820 + 2 1,560 + 2 1,320 + 2 1,110 + 2 9,370 + 1 7,890 + 1 6,660 + 1 5,650 + 1 Т, К 299 293 288 283 277 271 266 259 252 245 238 230 222 215 208 204 199 198 201 204 208 аг, К 3,1 2,9 3,0 2,4 1,8 1,7 1,7 2,4 2,7 2,4 2,1 1,9 1,9 1,9 2,7 3,2 3,5 3,7 3,7 3,8 3,8 Плотность, г/м3 1,170 + 3 1,068 + 3 9,693 + 2 8,775 + 2 7,944 + 2 7,175 + 2 6,437 + 2 5,807 + 2 5,224 + 2 4,677 + 2 4,186 + 2 3,741 +2 3,342 + 2 2,949 + 2 2,613 + 2 2,254 + 2 1,943 + 2 1,649 + 2 1,368 + 2 1,137 + 2 9,463 + I И, км 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 Р, мбар 4,800+1 4,090 + 1 3,500 + 1 3,000 + 1 2,570+1 2,214+1 1,908 + 1 1,643 + 1 1,416 + 1 1,220+ 1 6,000 + 0 3,050 + 0 1,590 + 0 8,540 - 1 4,358 - 1 2,223 - 1 1,134- 1 5,790 - 2 1,002 - 2 1,734 - 3 3,000 - 4 Т, К 211 213 216 218 220 222 225 228 229 230 343 254 265 270 266 259 239 219 216 213 210 оу, К 3,7 3,5 3,3 3,2 3,3 3,4 3,6 3,7 3,7 3,8 3,3 5,9 5,3 6,7 7,2 6,3 — — — — — Плотность, г/м3 7,925 + 1 6,689 + 1 5,645 + 1 4,794 + 1 4,070 + 1 3,474 + 1 2,954+1 2,510 + 1 2,154+1 1,848 + 1 8,602 + 0 4,183 + 0 2,090 + 0 1,102 + 0 5,707 - 1 2,990 - 1 1,653 - 1 9,210 - 2 1,616-2 2,836- 3 4,975 - 4 ных природных зон (тропической, умеренной и полярной) и различных сезонов (зима, лето).