Файл: Лушев, Ю. Г. Физика верхней атмосферы Земли учебник.pdf

ГЛАВА IV

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ СТРАТОСФЕРЫ И МЕЗОСФЕРЫ

Анализ и обобщение опытных данных о термическом режиме стратосферы и мезосферы, выполненные в последние годы рядом исследователей, позволили составить более полное и точное пред­ ставление о термическом режиме, в первую .очередь, стратосфе­ ры (сведения о термическом режиме мезосферы по-прежнему ма­ лочисленны и недостаточно точны). Эти новые результаты и со­ ставляют содержание данной главы.

§1. ПОЛЕ ЗОНАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ В СТРАТОСФЕРЕ

ИМЕЗОСФЕРЕ

Кнастоящему времени накоплен большой по объему экспери­ ментальный материал зондирования атмосферы с помощью ра­ диозондов, метеорологических рдкет. Анализу данных зондиро­ вания атмосферы посвящено большое число исследований, ре­

зультаты которых обобщены в монографиях К- Я. Кондратьева, X. П. Погосяна и А. А. Павловской, В. Р. Дубенцова, И. В. Ханевской, К- Т. Логвинова и др.

На рис. 4.1 и 4.2 изображены вертикальные разрезы поля зо­ нальной температуры зимой и летом, построенные К. Т. Логвино­ вым. Не останавливаясь на особенностях термического режима тропосферы, отметим наиболее характерные черты этого режима в стратосфере. В зоне 0—40° с. ш. в течение всего года на высотах от 12 до 25 км существует приэкваториальная область холода с

ренных широт, где наблюдается область тепла. К северу от этой области горизонтальный градиент температуры направлен в сто­ рону полюса, где в это время образуется вторая область холода, центр которой расположен между 25 и 30 км над полюсом. Зим­ няя область тепла в нижней стратосфере располагается между 40 и 60° с. ш., смещается к югу в средней стратосфере и постепен­ но сливается с обширной областью тепла, распространяющейся от летнего полюса в зимнее полушарие. С апреля по сентябрь над

Полярным бассейном располагается область тепла, центр кото­ рой находится на высоте 50—54 км. Средняя температура июля здесь около 12°, в то время как на высоте 30 км она составляет около —30°.

В нижней стратосфере, согласно рис. 4.3, построенному И. В. Ханевской, наблюдаются две области больших горизонталь­ ных градиентов (Г) зональной температуры. С сентября по март

Рис. 4.1. Меридиональный разрез поля зональной темпе­ ратуры зимой:

1 — тропопауза; 2 — стратопауза. Буквы (от А до Л) на нижней шкале обозначают пункты наблюдения, по данным которых построен разрез

симальные значения Г наблюдаются в средней стратосфере меж­

да, занимая наиболее южное положение зимой (центр на широте около 30°) и наиболее северное летом (центр на широте около 45°). Значения Г в центре области составляют —0,90 град/ 111 км зимой и — (0,80-7-0,82) град/ 111 км в остальные сезоны.

84

В пределах всей стратосферы наблюдается хорошо выражен­ ный годовой ход температуры. Наглядное представление о нем можно составить с помощью временных разрезов, приведенных для отдельных станций (р. Хейса, Волгоград и м. Кеннеди) на рис. 4.4—4.6 (по К- Т. Логвинову [25]). Согласно этим дан­ ным, годовой ход высоты стратопаузы на всех широтах ана­ логичен: она достигает максимума зимой и минимума летом; наибольшая амплитуда колебаний высоты стратопаузы (6—8 км)

Рис. 4.2. Меридиональный разрез поля зональной температуры летом.

Обозначения — см. рис. 4.1

и температуры ее (5—10°) наблюдается в полярных и умеренных широтах. В тропической и экваториальной областях высота страгопаузы изменяется на 4—б км, а температура ее — на 1—2°.

В табл. 4.1 приведены сведения о средних значениях высоты

Разность ДТ достигает максимума (70—75°) в экваториаль­ ной и тропической областях, по направлению к полюсу она умень­ шается, толщина же стратосферы наибольшая (44—46 км) в по­ лярных районах.

Вертикальные профили температуры (средней за все сезоны, максимальной и минимальной) приведены для различных широт-

85

ных зон (полярной, умеренной, тропической и экваториальной) на рис. 4.7—4.10. В полярном районе наблюдаются наибольшие разности экстремальных температур (от 60° в нижней страто­ сфере до 90° в верхней), в умеренных широтах эти разности

86

Z нм

z нм

z к м

Z к м

о

с

Z Н М

г нм

Рнс. 4.11. Распределение с высотой сред них квадратических отклонений темпера туры на ст. о. Хейса:

/ — зима; 2 — лето; 3 — год

уменьшаются до 40—60°, в тропической и экваториальных зо­ нах — до 20—30°.

Представление о средних квадратических отклонениях темпе­ ратуры ат в стратосфере позволяют составить рис. 4.11 и 4.12.

Наибольшие значения ог наблюдаются в полярном районе, зи­ мой ог в высоких и умеренных широтах существенно больше, чем летом.

С колебаниями температуры тесно связаны колебания плотно­ сти. На рис. 4.13 приведены вертикальные профили средних квад­ ратических отклонений (о ) плотности воздуха в нескольких

пунктах, расположенных в различных широтах. Максимальные значения ор наблюдаются вблизи земной поверхности. С увели­

чением высоты Зр уменьшается.

§2. НАРУШЕНИЯ ЗОНАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ВСТРАТОСФЕРЕ

Чисто зональное поле движения атмосферы, в котором пара­ метры состояния зависят только от широты и высоты, следует рассматривать как сильную идеализацию реальных полей. Такое движение, возможно, могло бы наблюдаться над однородной зем­ ной поверхностью. Поскольку фактически земная поверхность сильно неоднородна, то наблюдаются большие отклонения пара­ метров состояния от их зональных значений. Наиболее сильное влияние на поле температуры (равно как и других метеоэлемен­ тов) как по масштабам охватываемой территории, так и по ве­ личине нарушений зональности оказывают материки и океаны, термические свойства которых существенно различны.

За последние 30—50 лет, начиная с работ В. В. Шулейкина, выполнено большое число исследований, посвященных количест­ венной оценке таких влияний. Установлено, что материки и оке­ аны оказывают большое влияние на поле температуры не только вблизи поверхности земли, но и всей тропосферы, стратосферы и, по-видимому, более высоких слоев.

По данным наблюдений за 14 лет (1950—1963 гг.) И. В. Ханевская определила средние значения температуры для различ­ ных широт на уровне моря и на главных изобарических поверх­ ностях отдельно для материков и океанических районов север­ ного полушария. Согласно этим данным, температура воздуха на всех широтах и высотах (до уровня 300 мб включительно) над океанами зимой выше, а летом ниже, чем над материками. Зи­ мой наибольшие разности температур вблизи уровня моря на­ блюдаются в полярных (разность около 20°) и умеренных (раз­ ность 7—8°) широтах. Далее к югу они быстро уменьшаются и южнее 30° с. ш. становятся несущественными (на 20° с. ш. толь­

92