ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Водяной пар и его распределение в земной атмосфере из "Атмосферная оптика Т.1 " Водяной пар — важнейшая переменная газовая составляющая воздушной среды — не только существенным образом влияет на радиационные процессы, определяющие тепловой баланс деятельной поверхности и системы Земля—атмосфера, но и вносит значительный вклад в трансформацию проходящего через атмосферу оптического излучения. С содержанием водяного пара в атмосфере тесно связаны процессы формирования погоды и климата. [c.18] Перечисленные единицы измерения используются обычно для оценки содержания водяного пара на отдельных уровнях. Для оценки общего количества водяного пара во всем рассматриваемом слое атмосферы используется понятие слоя осажденной воды (короче — осажденной воды), под которым подразумевается содержание водяного пара в воздушном столбе единичного сечения над некоторой точкой земной поверхности в предположении гидростатического равновесия атмосферы. [c.20] Здесь Ци — среднее значение доли водяного пара (%о) в слое, заключенном между уровнями ри- и ри И рк=рк — ри в гПа N — число слоев, на которые разделена атмосфера от поверхности земли до высоты Н W — в кг/м . [c.20] Содержание водяного пара в земной атмосфере сильно изменяется в зависимости от времени, места и высоты измерения — от 2 10 до 5% по объему [14]. Общее представление об особенностях пространственно-временного распределения концентрации Н2О над земным шаром можно получить из рис. 1.2, из которого видно, что значения д в тропосфере претерпевают существенные вариации как в пределах одного сезона, так и в зависимости от времени года. Наиболее сильно концентрация водяного пара в атмосфере изменяется с ростом высоты так от поверхности земли до 8—9 км в среднем она уменьшается на 1—2 порядка. [c.20] Первые обобщения результатов стратосферных измерений влажности воздуха были сделаны М. Гутником [58], который предложил профиль влажной стратосферы , и авторами обзора 23], установившими два типа высотного распределения концентрации водяного пара. Для первого характерно резкое уменьшение величины с высотой до очень малых значений (10 — 10 %о) в нижней стратосфере, вблизи 15—16 км. Выше этого слоя влажность стратосферного воздуха растет с высотой до уровня 30—35 км, достигая значений, на I—2 порядка превышающих ее значение на высоте 15—16 км. Для второго типа вертикального распределения водяного пара характерны малые изменения величины д с высотой и сравнительно высокие их значения (от 0,01 до 0,05 %о) во всем слое атмосферы выше тропопаузы. Указанные типы высотного распределения массовой доли водяного пара в стратосфере получили название моделей сухой и влажной стратосферы. [c.22] В метеорологической литературе до настоящего времени публикуются противоречивые сведения о влагосодержании стратосферы, хотя большинство экспериментальных данных последних лет подтверждают распределение влажности согласно сухой модели стратосферы (по крайней мере, в области высот от 14 до 30 км). На наш взгляд, окончательный и вполне аргументированный ответ на этот вопрос может быть получен при тщательном анализе массовых измерений концентрации водяного пара на больших высотах. В последние годы проведено значительное число специальных наблюдений за влажностью в стратосфере. Использование этих наблюдений в совокупности с ранее полученными данными уже сейчас позволяет провести достаточно надежное обобщение всех имеющихся измерений концентраций Н2О выше 8—10 км и построить вполне объективную статистическую модель вертикального распределения влажности воздуха до высот 50— 60 км. [c.22] Результаты проведенного нами подобного обобщения рассмотрены во второй части настоящей монографии (п. 5.3.2). [c.22] Наиболее показательной характеристикой таких вариаций являются значения массовой доли водяного пара на границах доверительных интервалов с различной обеспеченностью, которые определяют заданный процент всех наблюдений, укладывающихся в данные интервалы. [c.23] Из табл. 1.2 видно, что высотные профили доли водяного пара на границах доверительных интервалов, взятых с обеспеченностью 50 и 97,5 во всех рассматриваемых широтных зонах и независимо от сезона аналогичны среднему профилю д. Близкие к экстремальным значениям доли водяного пара, которые можно выявить с помощью доверительного интервала с обеспеченностью 97,5 %, отличаются друг от друга на 1—2 порядка. Так, например. [c.23] В отличие от тропосферы, данные о влажности стратосферного воздуха не имеют еще достаточно удовлетворительного статистического обеспечения. Однако имеющиеся результаты измерения концентрации Н2О в отдельных слоях стратосферы подтверждают широкий диапазон ее вариаций (рис. 1.3). [c.25] Обычно объемное отношение смеси водяного пара 5 в стратосфере варьирует в довольно узких пределах — от 2 до 7 млн но в некоторых случаях оно может уменьшаться до 0,8 млн или увеличиваться до 20—25 млн [61, 98]. [c.25] В заключение следует подчеркнуть, что вопрос об изменчивости содержания водяного пара на больших высотах до сих пор еще изучен слабо и требует специальных исследований на основе результатов массовых аэрологических наблюдений. [c.25] Для решения многочисленных задач требуется знать не только вертикальное распределение водяного пара в атмосфере, но и общее (интегральное) влагосодержание как отдельных слоев атмосферы, так и всей ее толщи в целом. [c.25] К настоящему времени накоплен значительный по объему материал наблюдений за влагосодержанием атмосферы. Этот материал получен прежде всего путем обработки результатов массовых радиозондовых наблюдений за влажностью воздуха, а также путем обобщения спутниковых радиометрических измерений, подробный анализ которых дан в монографии [25]. [c.25] Остановимся коротко на рассмотрении общих пространствен-но-временных закономерностей, которые свойственны распределению интегрального влагосодержания атмосферы над земным шаром. [c.25] Заметим, однако, что, несмотря на эту общую тенденцию, распределение интегрального влагосодержания атмосферы имеет более сложный характер, так как кроме широты оно зависит еще от ряда других факторов (физико-географических и циркуляционных условий, времени года, характера подстилающей поверхности и т. п.). [c.26] Согласно этим данным, зимой, например, вблизи ст. Сковоро-дино, расположенной в центральной части материка Евразии, где господствует холодный сибирский антициклон с очень сухим воздухом, отмечается такое же малое общее количество водяного пара (менее 2 кг/м ), как и в полярной зоне (ГМО им. Е. К. Федорова, мыс Челюскин). В то же время в районах, расположенных на западе Европейской части СССР и подверженных влиянию морских воздушных масс, приходящих с Атлантики, величины Ш достигают значений 8—10 кг/м и более. [c.26] В связи с тем что содержание водяного пара в земной атмосфере за короткие промежутки времени претерпевает существенные временные изменения, целесообразно рассмотреть некоторые оценки такого изменения. Из табл. 1.3 следует, что экстремальные величины (максимум и минимум) общего влагосодержания атмосферы могут различаться в одном и том же физико-геогра-фическом районе более, чем на порядок, а для территории СССР в целом эти различия еще значительнее. Так, зимой величина W варьирует от 0,3 до 20 кг/м , летом — от 4 до 55 кг/м . [c.27] Это позволило нам построить некоторый универсальный профиль распределения с высотой величины Wi Wo щ (И г — количество осажденной воды в /-м слое атмосферы), который представлен на рис. 1.5. [c.28] Озон (Оз), как и водяной пар, относится к довольно изменчивым составляющим атмосферного воздуха. Он оказывает существенное влияние на проходящие в атмосфере радиационные процессы, хотя и содержится в воздухе в ничтожном количестве (10 — 10 7о по объему). [c.28] Вернуться к основной статье