Войти
Физика атмосферы - это приложение физики к изучению атмосферы. Атмосферные физики пытаются смоделировать атмосферу Земли и атмосферы других планет, используя уравнения потока жидкости, химические модели, излучение. бюджет и процессы передачи энергии в атмосфере (а также то, как они связаны с другими системами, такими как океаны). Для моделирования погодных систем физики атмосферы используют элементы теории рассеяния, моделей распространения волн, физики облаков, статистической механики и пространственной статистики <154.>которые в высшей степени математичны и связаны с физикой. Он имеет тесные связи с метеорологией и климатологией, а также охватывает проектирование и создание инструментов для изучения атмосферы и интерпретацию предоставляемых ими данных, включая дистанционное зондирование инструменты. На заре космической эры и появления зондирующих ракет аэрономия стала одной из дисциплин, касающихся верхних слоев атмосферы, где важны диссоциация и ионизация.
Яркость может указывать на отражательную способность, как на этом изображении метеорологического радара 1960 года (урагана Эбби ). Частота радара, форма импульса и антенна в значительной степени определяют то, что он может наблюдать. Дистанционное зондирование - это получение мелкомасштабной или крупномасштабной информации об объекте или явлении с использованием либо записывающего устройства, либо устройства измерения в реальном времени ( s), который не находится в физическом или тесном контакте с объектом (например, посредством самолета, космического корабля, спутника, буя, или отправить ). На практике дистанционное зондирование - это автономный сбор с использованием различных устройств для сбора информации о данном объекте или области, который дает больше информации, чем могут передать датчики на отдельных участках. Так, наблюдения Земли или метеоспутники платформы сбора данных, платформы для наблюдения за океаном и атмосферой метеорологические буйки, мониторинг беременности с помощью ультразвука, магнитно-резонансная томография (МРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и космические зонды - все это примеры дистанционного зондирования. В современном использовании этот термин обычно относится к использованию сенсорных технологий визуализации, включая, помимо прочего, использование инструментов на борту самолетов и космических кораблей, и отличается от других областей, связанных с визуализацией, таких как медицинская визуализация.
. два вида дистанционного зондирования. Пассивные датчики обнаруживают естественное излучение, которое испускается или отражается наблюдаемым объектом или окружающей средой. Отраженный солнечный свет - самый распространенный источник излучения, измеряемый пассивными датчиками. Примеры пассивных дистанционных датчиков включают пленочные фотографии, инфракрасные, устройства с зарядовой связью и радиометры. Активный сбор, с другой стороны, излучает энергию для сканирования объектов и областей, после чего датчик обнаруживает и измеряет излучение, которое отражается или рассеивается обратно от цели. радар, лидар и SODAR являются примерами активных методов дистанционного зондирования, используемых в физике атмосферы, где измеряется временная задержка между излучением и отражением, устанавливая местоположение, высота, скорость и направление объекта.
Дистанционное зондирование позволяет собирать данные об опасных или труднодоступных местах. Приложения дистанционного зондирования включают мониторинг обезлесения в таких областях, как бассейн Амазонки, воздействия изменения климата на ледники, а также в регионах Арктики и Антарктики., и глубинное зондирование прибрежных и океанских глубин. Военный сборник во время холодной войны использовал раздельный сбор данных об опасных приграничных районах. Дистанционное зондирование также заменяет дорогостоящий и медленный сбор данных на земле, гарантируя при этом, что участки или объекты не пострадают.
Орбитальные платформы собирают и передают данные из различных частей электромагнитного спектра, что в сочетании с более крупномасштабным воздушным или наземным зондированием и анализом предоставляет исследователям достаточно информации для отслеживания тенденций, таких как как Эль-Ниньо и другие природные долгосрочные и краткосрочные явления. Другие области применения включают различные области наук о Земле, такие как управление природными ресурсами, сельскохозяйственные области, такие как землепользование и сохранение, а также национальная безопасность, а также сбор данных на земле и в автономном режиме. на приграничных территориях.
Это диаграмма времен года. Помимо плотности падающего света, рассеяние света в атмосфере больше, когда он падает под небольшим углом. Физики атмосферы обычно делят излучение на солнечное ( испускается солнцем) и земной радиацией (испускается земной поверхностью и атмосферой).
Солнечное излучение имеет разные длины волн. Видимый свет имеет длину волны от 0,4 до 0,7 мкм. Более короткие длины волн известны как ультрафиолетовая (УФ) часть спектра, тогда как более длинные волны сгруппированы в инфракрасную часть спектра. Озон наиболее эффективно поглощает излучение около 0,25 микрометра, где в спектре находятся УФ-лучи. Это увеличивает температуру ближайшей стратосферы. Снег отражает 88% УФ-лучей, песок - 12%, а вода отражает только 4% поступающего УФ-излучения. Чем больше угол между атмосферой и лучами солнца, тем больше вероятность того, что энергия будет отражаться или поглощаться атмосферой.
Земное излучение излучается на гораздо более длинных волнах, чем солнечная радиация. Это потому, что Земля намного холоднее Солнца. Радиация излучается Землей в диапазоне длин волн, как это формализовано в законе Планка. Длина волны максимальной энергии составляет около 10 микрометров.
Физика облаков - это изучение физических процессов, которые приводят к образованию, росту и выпадению облаков. Облака состоят из микроскопических капель воды (теплые облака), крошечных кристаллов льда или того и другого (облака смешанной фазы). В подходящих условиях капли объединяются с образованием осадков, из которых они могут упасть на землю. Точная механика формирования и роста облаков до конца не изучена, но ученые разработали теории, объясняющие структуру облаков, изучая микрофизику отдельных капель. Достижения в области радиолокационных и спутниковых технологий также позволили точно изучать облака в крупном масштабе.
Облако-земля молния в глобальной электрической цепи атмосферы Атмосферное электричество - это термин, относящийся к электростатике и электродинамике атмосферы (или более в общем, атмосфера любой планеты ). Земная поверхность, ионосфера и атмосфера известны как глобальная электрическая цепь атмосферы. Молния разряжает 30 000 ампер при напряжении до 100 миллионов вольт и излучает свет, радиоволны, рентгеновские лучи и даже гамма-лучи. Температура плазмы в молнии может достигать 28000 кельвинов, а плотность электронов может превышать 10 / м3.
Атмосферные приливы с наибольшей амплитудой - это в основном генерируется в тропосфере и стратосфере, когда атмосфера периодически нагревается, поскольку водяной пар и озон поглощают солнечное излучение в течение дня. Затем генерируемые приливы могут распространяться от этих источников и подниматься в мезосферу и термосферу. Атмосферные приливы можно измерить как регулярные колебания ветра, температуры, плотности и давления. Хотя атмосферные приливы имеют много общего с океанскими приливами, они имеют две ключевые отличительные особенности:
i) Атмосферные приливы в первую очередь вызываются нагревом атмосферы Солнцем, тогда как океанические приливы в первую очередь возбуждаются гравитационным полем Луны. Это означает, что большинство атмосферных приливов имеют периоды колебаний, связанные с 24-часовой продолжительностью солнечных суток, тогда как океанические приливы имеют более длительные периоды колебаний, связанные с лунными сутками (время между последовательными лунными прохождениями), примерно 24 часа 51 минута.
ii) Атмосферные приливы распространяются в атмосфере, плотность которой значительно зависит от высоты. Следствием этого является то, что их амплитуды, естественно, экспоненциально возрастают по мере того, как прилив поднимается в все более разреженные области атмосферы (объяснение этого явления см. Ниже). Напротив, плотность океанов лишь незначительно меняется с глубиной, поэтому приливы не обязательно изменяются по амплитуде с глубиной.
Обратите внимание, что, хотя солнечное нагревание отвечает за атмосферные приливы с наибольшей амплитудой, гравитационные поля Солнца и Луны также вызывают приливы в атмосфере, при этом лунный гравитационный атмосферный приливный эффект значительно больше, чем его солнечный аналог..
На уровне земли атмосферные приливы можно обнаружить как регулярные, но небольшие колебания приземного давления с периодами 24 и 12 часов. Суточные максимумы давления бывают в 10 и 22 часов. по местному времени, минимумы - в 4 и 16 часов. местное время. Абсолютный максимум приходится на 10 часов утра, а абсолютный минимум - на 16 часов. Однако на больших высотах амплитуды приливов могут стать очень большими. В мезосфере (высоты ~ 50 - 100 км) атмосферные приливы могут достигать амплитуды более 50 м / с и часто являются наиболее значительной частью движения атмосферы.
Представление явлений молний и электрических разрядов в верхних слоях атмосферы Аэрономия - это наука о верхних частях атмосферы, где важны диссоциация и ионизация. Термин аэрономия был введен Сиднеем Чепменом в 1960 году. Сегодня этот термин также включает науку о соответствующих областях атмосфер других планет. Исследования в области аэрономии требуют доступа к воздушным шарам, спутникам и зондирующим ракетам, которые предоставляют ценные данные об этой области атмосферы. Атмосферные приливы играют важную роль во взаимодействии как с нижними, так и с верхними слоями атмосферы. Среди изученных явлений - разряды молний в верхних слоях атмосферы, такие как световые явления, называемые красными спрайтами, ореолами спрайтов, синими струями и эльфами.
В Великобритании исследования атмосферы поддерживаются Метеорологическим бюро, Советом по исследованиям природной среды и Совет по науке и технологиям. Подразделения Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) контролируют исследовательские проекты и моделирование погоды с использованием физики атмосферы. Национальный центр астрономии и ионосферы США также проводит исследования высоких атмосфер. В Бельгии Бельгийский институт космической аэрономии изучает атмосферу и космическое пространство.
СМИ, связанные с физикой атмосферы на Wikimedia Commons