Тропопауза
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2012 г. ) |
Тропопауза — это граница атмосферы, отделяющая тропосферу от стратосферы , которые являются двумя нижними из пяти слоев атмосферы Земли . Тропопауза представляет собой слой термодинамической градиентной стратификации, который отмечает конец тропосферы и находится примерно на 17 километров (11 миль) над экваториальными областями и примерно на 9 километров (5,6 миль) над полярными областями .
Определение
[ редактировать ]
Поднимаясь от планетарной поверхности Земли, тропопауза — уровень атмосферы, на котором воздух с увеличением высоты перестает охлаждаться и становится сухим, лишенным водяного пара. Тропопауза — это граница, которая отделяет тропосферу внизу от стратосферы вверху и является частью атмосферы, где происходит резкое изменение скорости изменения температуры окружающей среды (ELR) от положительной скорости (уменьшения) в тропосфере до отрицательная скорость в стратосфере. Тропопауза определяется как самый низкий уровень, на котором скорость градиента снижается до 2°C/км или менее, при условии, что средний градиент между этим уровнем и всеми другими более высокими уровнями в пределах 2,0 км не превышает 2°C/км. . [1] Тропопауза представляет собой поверхность разрыва первого порядка , на которой температура в зависимости от высоты непрерывно меняется в атмосфере, а градиент температуры имеет разрыв. [2]
Расположение
[ редактировать ] | Этот раздел может быть слишком техническим для понимания большинства читателей . ( сентябрь 2018 г. ) |
Тропосфера — самый нижний слой атмосферы Земли; он начинается в планетарном пограничном слое и является слоем, в котором происходит большинство погодных явлений. Тропосфера содержит пограничный слой, а ее высота колеблется в среднем от 9 км (5,6 миль; 30 000 футов) на полюсах до 17 км (11 миль; 56 000 футов) на экваторе . [3] [4] В отсутствие инверсий и без учета влажности скорость отклонения температуры для этого слоя составляет в среднем 6,5 °C на километр, согласно Стандартной атмосфере США . [5] Измерение тропосферного и стратосферного градиента помогает определить местоположение тропопаузы, поскольку температура в стратосфере увеличивается с высотой, и, следовательно, градиент становится отрицательным. Местоположение тропопаузы совпадает с самой низкой точкой, в которой скорость градиента меньше заданного порога.
Поскольку тропопауза реагирует на среднюю температуру всего слоя, лежащего под ней, она находится на максимальных уровнях над экватором и достигает минимальных высот над полюсами. По этой причине самый холодный слой атмосферы находится на высоте около 17 км над экватором. Из-за изменения начальной высоты крайние точки тропопаузы называются экваториальной тропопаузой и полярной тропопаузой.
Учитывая, что скорость отклонения не является консервативной величиной, когда тропопауза рассматривается для исследований стратосферно-тропосферного обмена, существует альтернативное определение, называемое динамической тропопаузой . [6] Она формируется с помощью потенциальной завихренности , которая определяется как произведение изэнтропической плотности , т. е. плотности, измеримой с использованием потенциальной температуры в качестве вертикальной координаты, и абсолютной завихренности , учитывая, что эта величина достигает совершенно разных значений для тропосфера и стратосфера. [7] Вместо использования вертикального градиента температуры в качестве определяющей переменной динамическая поверхность тропопаузы выражается в единицах потенциальной завихренности (PVU, 1 PVU = 10 -6 К м 2 кг -1 с -1 [8] ). Учитывая, что абсолютная завихренность положительна в Северном полушарии и отрицательна в Южном , пороговое значение следует считать положительным к северу от экватора и отрицательным к югу от него. [9] Теоретически, чтобы таким образом определить глобальную тропопаузу, две поверхности, возникающие из положительного и отрицательного порогов, должны быть сопоставлены вблизи экватора, используя другой тип поверхности, такой как поверхность с постоянной потенциальной температурой . Тем не менее, динамическая тропопауза бесполезна в экваториальных широтах, поскольку изэнтропы почти вертикальны. [8] Для внетропической тропопаузы в Северном полушарии ВМО установила значение 1,6 PVU, [8] : 152 но традиционно используются более высокие значения в диапазоне от 2 до 3,5 PVU. [10]
Также возможно определить тропопаузу по химическому составу. [11] Например, нижняя стратосфера имеет гораздо более высокие концентрации озона , чем верхняя тропосфера, но гораздо более низкие концентрации водяного пара , поэтому можно определить соответствующую границу.
Холодная ловушка слоя тропической тропопаузы
[ редактировать ]В 1949 году Алан Уэст Брюэр предположил, что тропосферный воздух проходит через тропопаузу в стратосферу вблизи экватора, затем проходит через стратосферу в умеренные и полярные регионы, где он опускается в тропосферу. [12] Теперь это известно как циркуляция Брюэра-Добсона .Поскольку газы в основном попадают в стратосферу, проходя через тропопаузу в тропиках, где тропопауза самая холодная, водяной пар конденсируется из воздуха, поступающего в стратосферу. тропического слоя тропопаузы Эта теория « холодной ловушки » получила широкое признание. [13] Эта холодная ловушка ограничивает содержание водяного пара в стратосфере до 3–4 частей на миллион. [14] Исследователи из Гарварда предположили, что влияние глобального потепления на характер циркуляции воздуха ослабит холодную ловушку слоя тропической тропопаузы. [15]
Водяной пар, способный пройти через холодную ловушку, в конечном итоге поднимается в верхнюю часть стратосферы, где подвергается фотодиссоциации на кислород и водород или гидроксид -ионы и водород. [16] [17] Этот водород затем может покинуть атмосферу.Таким образом, в некотором смысле холодная ловушка слоя тропической тропопаузы — это то, что не позволяет Земле терять воду в космос. Джеймс Кастинг предсказал, что через 1–2 миллиарда лет , когда светимость Солнца увеличится, температура Земли повысится настолько, что холодная ловушка перестанет действовать, и Земля высохнет. [18]
Явления
[ редактировать ]Тропопауза не является фиксированной границей. Например, сильные грозы , особенно тропического происхождения, прорываются в нижнюю стратосферу и подвергаются кратковременным (около часа или меньше) низкочастотным вертикальным колебаниям . [19] В результате таких колебаний возникает низкочастотная атмосферная гравитационная волна, способная влиять как на атмосферные, так и на океанические течения в регионе. [ нужна ссылка ]
Большинство коммерческих самолетов летают в нижних слоях стратосферы, чуть выше тропопаузы, на крейсерском этапе своих полетов; в этом регионе обычно отсутствуют облачность и существенные погодные возмущения, характерные для тропосферы. [20]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Международный метеорологический словарь (2-е изд.). Женева: Секретариат Всемирной метеорологической организации. 1992. с. 636. ИСБН 978-92-63-02182-3 .
- ^ Панчев 1985 , с. 129.
- ^ Хойнка, КП (1999). «Температура, влажность и ветер в глобальной тропопаузе» . Ежемесячный обзор погоды . 127 (10): 2248–2265. Бибкод : 1999MWRv..127.2248H . doi : 10.1175/1520-0493(1999)127<2248:THAWAT>2.0.CO;2 .
- ^ Геттельман, А.; Салби, ML ; Сасси, Ф. (2002). «Распространение и влияние конвекции в области тропической тропопаузы». Журнал геофизических исследований . 107 (D10): ACL 6–1 – ACL 6–12. Бибкод : 2002JGRD..107.4080G . CiteSeerX 10.1.1.469.189 . дои : 10.1029/2001JD001048 .
- ^ Петти 2008 , с. 112.
- ^ Эндрюс, Холтон и Леови 1987 , с. 371.
- ^ Хоскинс, Би Джей; Макинтайр, Мэн ; Робертсон, AW (1985). «Об использовании и значении карт изоэнтропического потенциального завихрения». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 111 (470): 877–946. Бибкод : 1985QJRMS.111..877H . дои : 10.1002/qj.49711147002 .
- ^ Jump up to: а б с Так, А.Ф.; Броуэлл, EV; Даниэльсен, EF; Холтон-младший; Хоскинс, Би Джей; Джонсон, доктор медицинских наук; Клей, Д.; Крюгер, Эй Джей; Меги, Г.; Ньюэлл, RE; Воан, Г. (1985). «Страттропный обмен». Атмосферный озон, 1985 г. – Отчет ВМО о глобальном проекте исследования и мониторинга озона № 16 . 1 . Всемирная метеорологическая организация : 151–240.
- ^ Хойнка, Клаус П. (декабрь 1998 г.). «Статистика глобального давления тропопаузы» . Журнал климата . 126 (126). Американское метеорологическое общество : 3303–3325. Бибкод : 1998MWRv..126.3303H . doi : 10.1175/1520-0493(1998)126<3303:SOTGTP>2.0.CO;2 .
- ^ Зенгль, Гюнтер; Хойнка, Клаус П. (15 июля 2001 г.). «Тропопауза в полярных регионах» . Журнал климата . 14 (14): 3117 – , 3139. Бибкод : 2001JCli...14.3117Z . doi : 10.1175/1520-0442(2001)014<3117:ttitpr>2.0.co;2 .
- ^ Л.Л. Пан; У. Дж. Рэндел; БЛ Гэри; Эм Джей Махони; Э. Дж. Хинца (2004). «Определения и четкость внетропической тропопаузы: взгляд на следовые газы» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 109 (Д23): Д23103. Бибкод : 2004JGRD..10923103P . дои : 10.1029/2004JD004982 . hdl : 1912/3670 .
- ^ Брюэр, AW (октябрь 1949 г.). «Доказательства мировой циркуляции, предоставленные измерениями распределения гелия и водяного пара в стратосфере». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 75 (326): 351–363. Бибкод : 1949QJRMS..75..351B . дои : 10.1002/qj.49707532603 .
- ^ Хасебе, Ф.; Инай, Ю.; Шиотани, М.; Фудзивара, М.; Вомель, Х.; Ниши, Н.; Огино, С.-Ю.; Сибата, Т.; Ивасаки, С.; Комала, Н.; Питер, Т.; Олтманс, SJ (апрель 2013 г.). «Обезвоживание в холодных ловушках в слое тропической тропопаузы, характеризуемое данными сети гигрометров с охлаждающими зеркалами SOWER в тропической части Тихого океана» . Химия и физика атмосферы . 13 (8): 4393–4411. Бибкод : 2013ACP....13.4393H . дои : 10.5194/acp-13-4393-2013 . hdl : 20.500.11850/67923 .
- ^ Кэтлинг, Дэвид К.; Кастинг, Джеймс Ф. (2017). Эволюция атмосферы на обитаемых и безжизненных мирах . Бибкод : 2017aeil.book.....C .
- ^ Бурге, Стивен; Линц, Марианна (2023). «Ослабление холодной ловушки слоя тропической тропопаузы с глобальным потеплением» . Химия и физика атмосферы . 23 (13): 7447–7460. Бибкод : 2023ACP....23.7447B . дои : 10.5194/acp-23-7447-2023 . S2CID 259520137 .
- ^ Льюис, БР; Вардавас, И.М.; Карвер, Дж. Х. (июнь 1983 г.). «Аэрономическая диссоциация водяного пара под действием солнечного α-излучения Лаймана». Журнал геофизических исследований . 88 (А6): 4935–4940. Бибкод : 1983JGR....88.4935L . дои : 10.1029/JA088iA06p04935 .
- ^ Николе, Марсель (июль 1984 г.). «О фотодиссоциации водяного пара в мезосфере». Планетарная и космическая наука . 32 (7): 871–880. Бибкод : 1984P&SS...32..871N . дои : 10.1016/0032-0633(84)90011-4 .
- ^ Кальдейра, К; Кастинг, Дж. Ф. (декабрь 1992 г.). «Возвращение к продолжительности жизни биосферы». Природа . 360 (6406): 721–23. Бибкод : 1992Natur.360..721C . дои : 10.1038/360721a0 . ПМИД 11536510 . S2CID 4360963 .
- ^ Шенк, МЫ (1974). «Изменчивость высоты вершины облаков сильных конвективных ячеек» . Журнал прикладной метеорологии . 13 (8): 918–922. Бибкод : 1974JApMe..13..917S . doi : 10.1175/1520-0450(1974)013<0917:cthvos>2.0.co;2 .
- ^ Петти 2008 , с. 21.
Библиография
[ редактировать ]- Эндрюс, генеральный директор; Холтон-младший; Леови, CB (1987). Р., Дмовская; Холтон, младший (ред.). Динамика средней атмосферы . Академическая пресса . п. 371. ИСБН 978-0-12-058576-2 .
- Панчев, Сточо (1985) [1981]. Динамическая метеорология . Издательство Д. Рейделя . ISBN 978-90-277-1744-3 .
- Петти, Грант В. (2008). Первый курс атмосферной термодинамики . Мэдисон , Висконсин : Издательство Sundog. ISBN 978-0-9729033-2-5 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
