Атмосферная наука
 |
| Метеорология |
|---|
| Климатология |
| Аэрономия |
| Глоссарии |
| Часть серии о |
| Погода |
|---|
 Погодный портал |
Наука об атмосфере занимается изучением атмосферы Земли и различных ее внутренних физических процессов. Метеорология включает в себя химию атмосферы и физику атмосферы , уделяя особое внимание прогнозированию погоды . Климатология — это изучение атмосферных изменений (как долгосрочных, так и краткосрочных), которые определяют средний климат и его изменение во времени, изменчивость климата . Аэрономия — это исследование верхних слоев атмосферы, где диссоциация и ионизация важны . Наука об атмосфере распространилась на область планетологии и изучения атмосфер планет и естественных спутников Солнечной системы .
Экспериментальные инструменты, используемые в науке об атмосфере, включают спутники , ракетные зонды , радиозонды , метеозонды , радары и лазеры .
Термин аэрология (от греческого ἀήρ, aēr , « воздух » и -λογία, -logia ) иногда используется как альтернативный термин для изучения атмосферы Земли; [1] в других определениях аэрология ограничивается свободной атмосферой , областью над планетарным пограничным слоем . [2]
Первыми пионерами в этой области являются Леон Тейссенк де Борт и Ришар Ассманн . [3]
Химия атмосферы
[ редактировать ]
Химия атмосферы — раздел науки об атмосфере, изучающий химию атмосферы Земли и других планет. Это междисциплинарная область исследований, основанная на химии окружающей среды, физике, метеорологии, компьютерном моделировании, океанографии, геологии, вулканологии и других дисциплинах. Исследования все больше связаны с другими областями изучения, такими как климатология.
Состав и химия атмосферы важны по нескольким причинам, но в первую очередь из-за взаимодействия между атмосферой и живыми организмами. Состав атмосферы Земли изменился в результате деятельности человека, и некоторые из этих изменений вредны для здоровья человека, сельскохозяйственных культур и экосистем. Примеры проблем, которые решаются с помощью химии атмосферы, включают кислотные дожди, фотохимический смог и глобальное потепление. Химия атмосферы стремится понять причины этих проблем и, получив их теоретическое понимание, позволить протестировать возможные решения и оценить последствия изменений в государственной политике.
Атмосферная динамика
[ редактировать ]Динамика атмосферы - это изучение систем движения, имеющих метеорологическое значение, объединяющее наблюдения в разных местах и время, а также теории. Общие изучаемые темы включают разнообразные явления, такие как грозы , торнадо , гравитационные волны , тропические циклоны , внетропические циклоны , реактивные течения и циркуляции глобального масштаба. Цель динамических исследований — объяснить наблюдаемые циркуляции на основе фундаментальных принципов физики . Цели таких исследований включают улучшение прогнозирования погоды , разработку методов прогнозирования сезонных и межгодовых колебаний климата, а также понимание последствий антропогенных возмущений (например, увеличения концентрации углекислого газа или истощения озонового слоя) на глобальный климат. [4]
Физика атмосферы
[ редактировать ]Физика атмосферы — это применение физики к изучению атмосферы. Физики атмосферы пытаются смоделировать атмосферу Земли и атмосферы других планет, используя уравнения потока жидкости, химические модели, радиационный баланс и процессы передачи энергии в атмосфере и нижележащих океанах и на суше. Для моделирования погодных систем физики атмосферы используют элементы теории рассеяния, распространения волн моделей , физики облаков , статистической механики и пространственной статистики , каждая из которых включает в себя высокий уровень математики и физики. Физика атмосферы тесно связана с метеорологией и климатологией, а также занимается проектированием и изготовлением приборов для изучения атмосферы и интерпретации предоставляемых ими данных, включая инструменты дистанционного зондирования .
В Соединенном Королевстве исследования атмосферы поддерживаются Метеорологическим бюро. США Подразделения Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) курируют исследовательские проекты и моделирование погоды с использованием физики атмосферы. Национальный центр астрономии и ионосферы США также проводит исследования верхних слоев атмосферы.
и Магнитное поле Земли солнечный ветер взаимодействуют с атмосферой, создавая ионосферу , радиационные пояса Ван Аллена , теллурические токи и лучистую энергию .
Климатология
[ редактировать ]Это наука, которая основывает свои более общие знания на более специализированных дисциплинах метеорологии, океанографии, геологии и астрономии, которые, в свою очередь, основаны на фундаментальных науках физики, химии и математики. В отличие от метеорологии , которая изучает краткосрочные погодные системы, продолжающиеся до нескольких недель, климатология изучает частоту и тенденции этих систем. Он изучает периодичность погодных явлений на протяжении многих лет и тысячелетий, а также изменения долгосрочных средних погодных условий в зависимости от атмосферных условий. Климатологи , те, кто занимается климатологией, изучают как природу климата – местного, регионального или глобального – так и естественные или антропогенные факторы, которые вызывают изменение климата. Климатология учитывает прошлое и пытается предсказать будущие изменения климата .
Явления, представляющие климатологический интерес, включают пограничный слой атмосферы , характер циркуляции , перенос тепла ( радиационный , конвективный и скрытый ), взаимодействие между атмосферой, океанами и поверхностью суши (особенно растительность , землепользование и топография ), а также химический и физический состав атмосферы. атмосфера. Связанные дисциплины включают астрофизику , физику атмосферы , химию , экологию , физическую географию , геологию , геофизику , гляциологию , гидрологию , океанографию и вулканологию .
Аэрономия
[ редактировать ]Аэрономия — научное исследование верхних слоев атмосферы Земли — — слоев атмосферы над стратопаузой и соответствующих областей атмосфер других планет, где вся атмосфера может соответствовать верхней атмосфере Земли или ее части. Аэрономия, раздел как химии атмосферы, так и физики атмосферы, контрастирует с метеорологией, которая фокусируется на слоях атмосферы ниже стратопаузы. [5] В областях атмосферы, изучаемых аэрономами, химическая диссоциация и ионизация важными явлениями являются .
Атмосферы других небесных тел
[ редактировать ]
Все планеты Солнечной системы имеют атмосферу. Это связано с тем, что их гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать газообразные частицы близко к поверхности. Более крупные газовые гиганты достаточно массивны, чтобы удерживать большое количество легких газов водорода и гелия рядом, в то время как меньшие планеты теряют эти газы в космос . [6] Состав атмосферы Земли отличается от состава атмосферы других планет, поскольку в результате различных жизненных процессов, происходивших на планете, появился свободный молекулярный кислород . [7] Большая часть атмосферы Меркурия была унесена солнечным ветром . [8] Единственная луна, сохранившая плотную атмосферу, — Титан . есть тонкая атмосфера На Тритоне есть следы атмосферы , а на Луне .
На атмосферы планет влияет разная степень энергии, получаемой либо от Солнца, либо от их недр, что приводит к формированию динамических погодных систем , таких как ураганы (на Земле), общепланетные пылевые бури ( на Марсе размером с Землю. ), антициклон на Юпитере (так называемое Большое Красное Пятно ) и дырах в атмосфере (на Нептуне). [9] по крайней мере одна внесолнечная планета, HD 189733 b , обладает такой погодной системой, похожей на Большое Красное Пятно, но вдвое большей. Утверждается, что [10]
Было показано, что горячие юпитеры теряют свою атмосферу в космос из-за звездного излучения, подобно хвостам комет. [11] [12] Эти планеты могут иметь огромную разницу в температуре между дневной и ночной сторонами, что приводит к возникновению сверхзвуковых ветров. [13] хотя дневная и ночная стороны HD 189733b, похоже, имеют очень схожие температуры, что указывает на то, что атмосфера планеты эффективно перераспределяет энергию звезды вокруг планеты. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Аэрология» . ОЭД онлайн . Издательство Оксфордского университета . Проверено 4 декабря 2019 г.
- ^ «Аэрология — Глоссарий AMS» . глоссарий.ametsoc.org . Проверено 8 сентября 2019 г.
- ^ Ультрафиолетовое излучение в Солнечной системе Мануэль Васкес, Арнольд Ханслмайер
- ^ Вашингтонский университет . Атмосферная динамика. Проверено 1 июня 2007 г.
- ^ Брассер, Гай (1984). Аэрономия средней атмосферы: химия и физика стратосферы и мезосферы . Спрингер. стр. xi. ISBN 978-94-009-6403-7 .
- ^ Шеппард, СС; Джуитт, Д.; Клейна, Дж. (2005). «Сверхглубокий обзор неправильных спутников Урана: пределы полноты». Астрономический журнал . 129 (1): 518–525. arXiv : astro-ph/0410059 . Бибкод : 2005AJ....129..518S . дои : 10.1086/426329 . S2CID 18688556 .
- ^ Зейлик, Майкл А.; Грегори, Стефан А. (1998). Вводная астрономия и астрофизика (4-е изд.). Издательство Колледжа Сондерса. п. 67. ИСБН 0-03-006228-4 .
- ^ Хантен Д.М., Шеманский Д.Е., Морган Т.Х. (1988), Атмосфера Меркурия , В: Меркурий (A89-43751 19–91). Издательство Университета Аризоны, стр. 562–612.
- ^ Харви, Саманта (1 мая 2006 г.). «Погода, погода, везде?» . НАСА. Архивировано из оригинала 8 августа 2007 года . Проверено 9 сентября 2007 г.
- ^ Jump up to: а б Натсон, Хизер А.; Шарбоно, Дэвид; Аллен, Лори Э .; Фортни, Джонатан Дж. (2007). «Карта контраста дня и ночи внесолнечной планеты HD 189733b». Природа . 447 (7141): 183–6. arXiv : 0705.0993 . Бибкод : 2007Natur.447..183K . дои : 10.1038/nature05782 . ПМИД 17495920 . S2CID 4402268 . (Соответствующий пресс-релиз )
- ^ Уивер, Д.; Виллар, Р. (31 января 2007 г.). «Хаббл исследует слоистую структуру атмосферы инопланетного мира» . Университет Аризоны, Лунная и планетарная лаборатория (пресс-релиз) . Архивировано из оригинала 8 августа 2007 года . Проверено 15 августа 2007 г.
- ^ Баллестер, Гильда Э.; Синг, Дэвид К.; Герберт, Флойд (2007). «Признак горячего водорода в атмосфере внесолнечной планеты HD 209458b». Природа . 445 (7127): 511–4. Бибкод : 2007Natur.445..511B . дои : 10.1038/nature05525 . hdl : 10871/16060 . ПМИД 17268463 . S2CID 4391861 .
- ^ Харрингтон, Джейсон; Хансен, Брэд М.; Лущ, Статия Х.; Сигер, Сара (2006). «Фазовая инфракрасная яркость внесолнечной планеты Андромеда b». Наука . 314 (5799): 623–6. arXiv : astro-ph/0610491 . Бибкод : 2006Sci...314..623H . дои : 10.1126/science.1133904 . ПМИД 17038587 . S2CID 20549014 . (Соответствующий пресс-релиз )
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Динамика атмосферных жидкостей в применении к картам погоды - такие принципы, как адвекция, деформация и завихренность.
- Архивы Национального центра атмосферных исследований (NCAR) документируют историю наук об атмосфере.
