ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Циркуляция атмосферы и процессы рассеяния из "Экологическая химия" Общая циркуляция атмосферы. Неравномерность нагревания земной поверхности, зависящая от угла падения солнечных лучей, является основной причиной градиента температуры между высокоширотными (полярными) и экваториальными областями. Наличие такого градиента, а также вращение Земли служат причиной циркуляции атмосферы - сложной системы воздушных течений. Некоторые из них сравнительно устойчивы, тогда как другие постоянно меняют свое направление. [c.16] Роль циркуляционных процессов в формировании климатической системы Земли очень велика благодаря им сглаживаются контрасты температуры, осуществляется перенос водяного пара с океанов на континенты, а также усредняется состав основных компонентов воздуха. Господствующие ветры у земной поверхности показаны на рис. 1.5. [c.16] В умеренных широтах преобладают течения с запада на восток, включающие крупные вихри - циклоны и антициклоны. Их образование - обычное явление для внетропических районов. В высоких широтах обоих полушарий происходит вращение атмосферы вокруг полюсов в направлении с запада на восток. На эти общие потоки налагаются возмущения за счет циклонической активности в средних широтах, во многом обуславливающей весьма изменчивый и сложный характер и региональной, и общей циркуляции атмосферы. [c.18] Условия устойчивости. Важно понять, что те или иные химические процессы в атмосфере и, следовательно, ее химический состав как в глобальных и региональных, так и локальных масштабах зависят не только от присутствия тех или иных соединений и их потенциальной способности вступать в определенные химические реакции, но и от многих других параметров атмосферы в данном месте и в данный момент. [c.19] Оно показывает, что скорость этого изменения есть функция деятельности всех возможных источников (М), процессов удаления в результате химических реакций и осаждения (3), а также переноса и рассеяния (Т). Решающую роль в последних наряду с горизонтальным переносом (адвекцией) играет перемещение вверх от земной поверхности. [c.19] Такой перенос воздуха определяется уже одним только фактом наличия температурного градиента, однако в реальной атмосфере он может не реализовываться, поскольку зависит от характеристики, называемой устойчивостью атмосферы. Для пояснения вернемся к уравнению (1.8) сухоадиабатического градиента (Г) и обратимся к рис. 1.8. [c.19] Если градиент в атмосфере примерно равен Г (рис. 1.8, б), то ячейка воздуха при любых перемещениях будет иметь такую же температуру, как и окружающий ее воздух. При такой безразличной (или нейтральной) устойчивости дальнейшее самопроизвольное перемещение ячейки не произойдет. В том случае, когда градиент воздуха меньше величины Г, атмосферу называют подадиабатической или слабоустойчивой. Поведение ячейки , случайным образом смещенной в вертикальном направлении, в этом варианте характеризуется стремлением вернуться в первоначальное расположение. [c.20] При увеличении температуры с высотой (как это происходит в стратосфере) говорят о том, что Атмосфера сильно устойчива и имеет место образование инверсии. В приземном слое воздуха формирование инверсий может быть вызвано различными причинами. В области высокого давления (в антициклонах) происходит сжатие и нагревание слоя воздуха при его опускании. Так образуются инверсии оседания. Они обычны в некоторых районах мира например, на западном побережье США насчитывается до 340 дней в году с инверсией этого типа. [c.20] Инверсии наползания связаны с прохождением теплого фронта воздуха, накрывающего более холодный в пониженных рельефах местности. К такому же явлению могут приводить в прибрежных районах морские бризы. [c.20] В ночное время при безоблачном небе часты радиационные инверсии подстилающая поверхность (и прилегающий воздух) охлаждаются в результате радиационного излучения быстрее, чем расположенный выше слой воздуха. С наступлением дня восстанавливается отрицательный градиент температуры, если на смену не приходят инверсии первых двух типов. [c.20] В условиях нормального (отрицательного) градиента температуры перенос от земной поверхности не носит характер чисто вертикального движения, поскольку атмосфера отличается высокой турбулентностью. Основные причины хаотического турбулентного движения воздуха с образованием множества завихрений - неоднородность передачи теплоты от подстилающей поверхности атмосфере, наличие в ней движущихся с разными скоростями воздушных потоков и неровность самой подстилающей поверхности. [c.21] Коэффициент турбулентной диффузии АГд ф варьирует в широких пределах в зависимости от условий устойчивости. Наибольшие значения он имеет при неустойчивой атмосфере, а образование инверсий, препятствующих развитию турбулентных потоков, приводит к его уменьшению. Влияние термических условий на турбулентный перенос можно проследить по величине в тропосфере и стратосфере если во всей толще тропосферы при отрицательном температурном градиенте (-6,5 К/км) он равен примерно 10 см /с, то в средних слоях стратосферы при положительном градиенте происходит его уменьшение в 20 раз. [c.21] Трудность решения уравнения (1.17) определяется сложностью структуры пограничного слоя, т. е. части атмосферы, испытывающей непосредственное влияние подстилающей поверхности. Различия в рельефе, шероховатости и альбедо - главные причины значительных вариаций условий на ее границе с атмосферой. Кроме того, турбулентное движение состоит из вихрей разных размеров, взаимодействующих и обменивающихся между собой энергией и количеством движения. Небольшие вихри играют очень важную роль в диссипации энергии и вещества, поэтому необходимо принимать во внимание даже самые мелкие из них. Однако при учете всех этих особенностей аналитическое решение уравнений материального баланса типа (1.17) становится нереальной задачей даже для случая хи.мически инертных компонентов (что позволяет пренебречь членом Д, в правой части). Поэтому для решения уравнения с учетом многочисленных химических реакций приходится прибегать к существенным упрощениям, в первою очередь - за счет членов, описывающих адвективный и турбулентный перенос. Некоторые прие.мы такого упрощения будут приведены в последующих разделах. [c.22] Вернуться к основной статье