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

для нисходящего потока F(p) этой радиации можно написать формулу

П р ) = [ 1 - (Гобл + я*)] [1 - 1 ,6 6 А (т )] / 0 sin hc ,

где / 0 -т солнечная постоянная, Ас — высота Солнца, гобл — аль­

бедо облаков, ak — коэффициент поглощения облачными части­ цами, А — функция поглощения (вид которой установлен Фабианом, Сасамори и Казахарой), т —- эффективная масса поглощающего газа в вертикальном столбе от верхней гра­ ницы до уровня р :

т( р ) —

(здесь р0, Т0, Рсо, — давление и температура воздуха и плот­ ность углекислого газа на поверхности планеты, рсо>, р и Т —

плотность С 02, плотность и температура воздуха на уровне р). График функции А (пг)

можно аппроксимировать формулой

Л (т )= 0 ,0 3 3 т °'24р0’19,

где тп в см, р в атм.

С учетом этого соотно­ шения и близости верти­ кального градиента тем­ пературы к адиабатиче­ скому формулу для 1(р) приведем к виду

/(р) = 0 ,25(1 -

-0,22<з0'6) / 0 sin hc .

Альбедо поверхности Венеры неизвестно. Одна­ ко можно предположить,

углекислого газа, обладающего большой поглощательной способ­ ностью, в атмосфере Венеры велико, то результирующий поток

инфракрасной радиации на всех уровнях можно считать также равным нулю. Исключение составляет верхняя граница атмосфе­ ры, где восходящий поток инфракрасной радиации равен потоку поглощенной планетой солнечной радиации. На поверхности пла­ неты выполнялось условие: поток солнечной радиации равен тур­ булентному потоку тепла.

В начальный момент атмосфера, по предположению, непо­ движна по отношению к твердой поверхности планеты.

Каковы же результаты численного моделирования?

На рис. 19.2 изображен график изменения во времени кине­ тической энергии Е (м2■сект2) единичной массы атмосферы для дневного и ночного полушарий и планеты в целом. Согласно это­ му рисунку, кинетическая энергия достигает наибольших значе­ ний примерно через 30 суток (здесь и далее имеются в виду зем­ ные сутки), а затем начинает испытывать колебания около сред­ него значения, близкого (для северного и южного полушарий и планеты в целом) к 14 м2/сек2. Если эту величину приравнять

и2/2, то для характерной скорости и горизонтального движения

атмосферы Венеры получим значение и = 5,3 м/сек.

Обращает на себя внимание сравнительно небольшое время (около 30 суток), в течение которого скорость ветра продолжала увеличиваться и достигла максимума.

По данным численного моделирования, выполненного амери­ канскими учеными, кинетическая энергия земной атмосферы до­ стигает максимума также примерно за 30 дней, хотя масса атмо­ сферы Земли почти в 100 раз меньше массы атмосферы Венеры. При построении моделей атмосферы Земли предполагалось, что в начальный момент не зависит от высоты не потенциальная (как на Венере), а кинетическая температура (изотермическая стра­ тификация).

Основной причиной, способствовавшей столь быстрому, не­ смотря на большую массу, разгону атмосферы Венеры, служит более высокая эффективность перехода на этой планете тепловой энергии в кинетическую. На Венере атмосфера нагревается прак­

По оси абсцисс — долгота, по оси ординат — широта. Буквой С обозначена долгота подсолнечной точки

341

атмосферы на Венере возникает главным образом под влиянием перепада температур между дневным и ночным полушариями. Этот перепад постоянно поддерживается нагреванием дневной (освещенной Солнцем) стороны и охлаждением, под влиянием собственного излучения, ночной стороны.

Из рис. 19.2 видно, что кинетическая энергия дневного и ноч­ ного полушарий существенно различна: 18 и 11 м2• сект2 соответ­ ственно (или 5,8 и 4,7 м/сек, если оценивать это различие по средней скорости ветра). В то же время кинетическая энергия северного и южного полушарий практически одинаковая, что объ­ ясняется малым наклоном плоскости экватора к плоскости ор­ биты планеты (всего 2°) и, как следствие, почти симметричным относительно экватора распределением притоков солнечной ра.- диации (смена времен года на Венере не наблюдается).

Горизонтальное распределение температуры на поверхности

наибольшего нагрева заметно отстает от подсолнечной точки и приближается по своему положению к вечернему терминатору, а наиболее холодная область находится вблизи утреннего терми­ натора.

Заметим, что и на Земле наблюдается заметный сдвиг макси­ мума и особенно минимума температуры относительно полудня и полуночи: наиболее низкие температуры наблюдаются, как из­ вестно, не в полночь, а под утро. Некоторое недоумение вызывает отсутствие запаздывания в наступлении экстремумов температу­ ры на уровнях о = 0,75 и о = 0,25 по сравнению с поверхностью планеты. Сохранение потенциальной температуры с увеличением высоты указывает на преобладание стратификации, близкой к безразличной. Разности температур в различных точках планеты достигают 2,5°, а средняя температура поверхности Венеры на дневной стороне примерно на 1° выше, чем на ночной.

Поскольку в качестве вертикальной координаты принято

о— ~~, то поле потенциальных высот, соответствующих о= conet,

однозначно связано со средней температурой вертикального стол­ ба. Рис. 19.3, г, д подтверждает этот вывод: максимумы потенци­ альных высот совпадают с максимумами температуры.

Приведем еще данные о распределении давления на поверх­ ности планеты в различные моменты времени (рис. 19.4). Соглас­ но этим данным, распределение давления относительно полуден­ ного меридиана (обозначенного буквой С) в основных чертах остается неизменным: область высокого давления располагается вблизи утреннего терминатора, а область низкого давления — между подсолнечной точкой и вечерним терминатором. Восточ­ нее основных центров на некоторых картах заметны более сла­

342

бые вторичные центры давления. По мере поворота планеты они постепенно усиливаются, а прежние основные центры ослабляют­ ся и постепенно исчезают. Характерный период такой эволюции составляет около 50 суток. Диапазон изменения давления у по-

верхности планеты составляет около 80 мб; давление на дневной стороне в среднем меньше, чем на ночной (на 140-е сутки это различие составляет около 28 мб). Отметим, что отклонения дав­ ления от его среднего значения на поверхности Венеры состав­ ляют еще меньшую величину, чем на Земле: порядок величины

343