ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Турбулентность в верхних атмосферах планет из "Турбулентность многокомпонентных сред " К верхней атмосфере относят разреженную газовую оболочку планеты, часто ассоциируемую с околопланетным космическим пространством. Значительная ее часть служит характерным примером многокомпонентной турбулентной среды. Многокомпонентность обусловлена тем, что газ неоднороден по своему химическому составу, находится в поле силы тяжести и частично диссоциирован. Ключевую роль в тепломассообмене играют разнообразные процессы фотолиза, химической кинетики и диффузии ответственные за энергетику и динамику среды. От относительного вклада турбулентной и молекулярной диффузии в значительной степени зависит стратификация атмосферного газа на больших высотах. [c.40] Атмосфера до высоты -120 км (уровня гравитационно-диффузионного разделения газов) остается хорошо перемешанной, со средним молекулярным весом М = 28.9. Этот уровень служит, таким образом, границей между гомосферой и гетеросферой. Его также называют турбопаузой (или гомопаузой), характеризуя тем самым высоту, начиная с которой турбулентное перемешивание перестает быть эффективным и сменяется молекулярной диффузией, а атмосферные компоненты распределяются по высоте в соответствии со своей шкалой высот. Несмотря, однако, на постоянство М в средней атмосфере, ее состав подвержен большим изменениям из-за наличия малых (примесных) компонентов. Это связано с чрезвычайно большой сложностью химических и динамических процессов, в первую очередь, в стратосфере, и в меньшей мере - в мезосфере и нижней термосфере. [c.41] Значительный вклад в структуру и энергетику средней атмосферы и термосферы вносят также различные динамические процессы, включая волновые движения. Динамика, связанная с общей циркуляцией, обусловливает перераспределение вещества и энергии в глобальном масштабе. Она во многом определяет (через обмен массой, импульсом и энергией) общий энергетический баланс, отражая тем самым глубокие внутренние связи во всем околопланетном пространстве. Вместе с тем, важную роль в тепловом балансе различных областей и наблюдаемых пространственно-временных вариациях структурных параметров играют также динамические вариации поля давления, в первую очередь уже упоминавшиеся атмосферные приливы и внутренние гравитационные волны ВГВ). Основным источником приливов в атмосферах планет земной группы служат солнечный нагрев и гравитационное притяжение Солнца (для Земли также и Луны). [c.42] Для Марса характерно возникновение упоминавшегося выше термического прилива, а приливные эффекты в плотной атмосфере Венеры, возможно, оказывают также влияние на ее захват в резонансный режим с Землей (см., например, Кузьмин, Маров, 1974)). Источником ВГВ служат различного рода возмущения, связанные с перестройкой метеорологических процессов, обтеканием воздушными потоками горных массивов, ветровыми сдвигами шировыми нестабильностями), разогревом авроральных областей и др. В стратифицированной среде, подобной атмосфере, такие волны обычно распространяются как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении и, например, в возникшем начальном возмущении по вертикали с ростом высоты может преобладать горизонтальная компонента. Выделение тепла при диссипации энергии внутренних гравитационных волн в нижней термосфере оказывается сопоставимой с другими энергетическими источниками, связанными с притоком солнечной радиации на этих высотах (Рис. 1.3.3.). [c.43] Подобно верхней атмосфере Земли, сток тепла обусловлен спонтанным излучением молекул и атомов в видимой и инфракрасной областях спектра и турбулентной теплопроводностью. Интенсивность излучения в линиях и полосах, наблюдаемого в виде атмосферных эмиссий в спектрах свечения дневного и ночного неба, зависит от степени неравновесности среды и эффективности столкновительной релаксации возбужденных состояний атмосферных компонентов Маров и др., 1997). [c.46] Эффективность турбулентного переноса в нижней термосфере Сатурна оказалась, таким образом, почти в 100 раз сильнее, чем на Юпитере. Возможная причина состоит в определенном отличии тепловой структуры его стратосферы и мезосферы и более высоком уровне турбулизации, обусловленном процессом конденсации гелия, сопровождаемым его отделением от водорода в глубоких слоях и выпадением на ядро, с чем связывается наличие теплового потока из недр. Несомненный интерес представляет Табл. 1.3.1, в которой приведены наилучшие современные оценки величины коэффициента турбулентной диффузии I) на уровне гомопаузы для разных планет, относящиеся к периодам максимума солнечной активности. В основу ее положены данные, систематизированные в работе Атрейя и др.,1990), которые дополнены имеющимися сведениями об Уране и Нептуне. Как видим, наименьшие величины у Земли, Юпитера и Урана, а наибольшие у Марса, Сатурна и Титана, в то время как у Венеры и Нептуна промежуточное значение. Проведенное обсуждение подтверждает исключительно важную роль этого параметра в определении структуры и теплового режима верхней атмосферы планеты. Поэтому необходимо его более полное и физически обоснованное определение, которое непосредственно связано с детальным анализа самого процесса турбулентного переноса. [c.53] Вернуться к основной статье