Атмосферная наука - это изучение атмосферы Земли и ее различных внутренних физических процессов. Метеорология включает в себя химию атмосферы и атмосферной физики с основным акцентом на прогнозировании погоды . Климатология - это изучение атмосферных изменений (как долгосрочных, так и краткосрочных), которые определяют средние климатические условия и их изменение во времени из-за как естественной, так и антропогенной изменчивости климата . Аэрономия - это изучение верхних слоев атмосферы, где важны диссоциация и ионизация . Атмосферная наука распространилась на областьПланетарная наука и изучение атмосфер планет и естественных спутников в Солнечной системе .
Экспериментальные инструменты, используемые в атмосферных науках, включают спутники , ракетные зонды , радиозонды , метеозонды и лазеры .
Термин аэрология (от греческого ἀήρ, aēr , « воздух »; и -λογία, -logia ) иногда используется как альтернативный термин для изучения атмосферы Земли; [1] в других определениях аэрология ограничивается свободной атмосферой , областью над планетным пограничным слоем . [2]
Первыми пионерами в этой области были Леон Тейссерен де Борт и Ричард Ассманн . [3]
Атмосферная химия
Атмосферная химия - это отрасль науки об атмосфере, в которой изучается химия атмосферы Земли и других планет. Это мультидисциплинарная область исследований, основанная на химии окружающей среды, физике, метеорологии, компьютерном моделировании, океанографии, геологии и вулканологии и других дисциплинах. Исследования все больше связаны с другими областями обучения, такими как климатология.
Состав и химический состав атмосферы важны по нескольким причинам, но в первую очередь из-за взаимодействия между атмосферой и живыми организмами. Состав атмосферы Земли был изменен в результате деятельности человека, и некоторые из этих изменений вредны для здоровья человека, сельскохозяйственных культур и экосистем. Примеры проблем, решаемых с помощью химии атмосферы, включают кислотные дожди, фотохимический смог и глобальное потепление. Атмосферная химия стремится понять причины этих проблем и, получив их теоретическое понимание, позволяет проверить возможные решения и оценить последствия изменений в государственной политике.
Атмосферная динамика
Атмосферная динамика - это изучение движущихся систем, имеющих метеорологическое значение, объединение наблюдений в разных местах, в разные времена и теории. Общие изучаемые темы включают различные явления, такие как грозы , торнадо , гравитационные волны , тропические циклоны , внетропические циклоны , реактивные течения и циркуляции в глобальном масштабе. Цель динамических исследований - объяснить наблюдаемые циркуляции на основе фундаментальных принципов физики . Цели таких исследований включают улучшение прогнозирования погоды , разработку методов прогнозирования сезонных и межгодовых колебаний климата и понимание последствий антропогенных возмущений (например, повышения концентрации углекислого газа или истощения озонового слоя) на глобальный климат. [4]
Физика атмосферы
Атмосферная физика - это приложение физики к изучению атмосферы. Атмосферные физики пытаются смоделировать атмосферу Земли и атмосферы других планет, используя уравнения потока жидкости, химические модели, радиационный баланс и процессы передачи энергии в атмосфере и нижележащих океанах. Для моделирования погодных систем физики атмосферы используют элементы теории рассеяния, моделей распространения волн , физики облаков , статистической механики и пространственной статистики , каждая из которых включает в себя высокие уровни математики и физики. Физика атмосферы имеет тесные связи с метеорологией и климатологией, а также охватывает проектирование и создание инструментов для изучения атмосферы и интерпретацию данных, которые они предоставляют, включая инструменты дистанционного зондирования.
В Соединенном Королевстве исследования атмосферы поддерживаются Метеорологическим бюро. Подразделения Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) контролируют исследовательские проекты и моделирование погоды с использованием физики атмосферы. Национальная Астрономия и ионосфера США Центр также проводит исследования в высоких слоях атмосферы.
В магнитном поле Земли и солнечный ветер взаимодействует с атмосферой, создавая ионосферу , пояс Ван Аллен излучения , теллурические тока и лучистую энергию .
Климатология
В отличие от метеорологии , которая изучает краткосрочные погодные системы продолжительностью до нескольких недель, климатология изучает частоту и тенденции этих систем. Он изучает периодичность погодных явлений на протяжении многих тысячелетий, а также изменения долгосрочных средних погодных условий в зависимости от атмосферных условий. Климатологи , занимающиеся климатологией, изучают как природу климата - местного, регионального или глобального - так и природные или антропогенные факторы, вызывающие изменение климата. Климатология учитывает прошлое и может помочь предсказать изменение климата в будущем .
Явления, представляющие климатологический интерес, включают пограничный слой атмосферы , модели циркуляции , теплопередачу ( радиационную , конвективную и скрытую ), взаимодействие между атмосферой и океанами и поверхностью суши (особенно растительность , землепользование и топографию ), а также химический и физический состав атмосфера. Связанные дисциплины включают астрофизику , физику атмосферы , химию , экологию , физическую географию , геологию , геофизику , гляциологию , гидрологию , океанографию и вулканологию .
Аэрономия
Аэрономия является научным исследование верхних слоев атмосферы на Земле - атмосферные слои над стратопаузой - и соответствующими области атмосфер других планет, где вся атмосфера может соответствовать верхней атмосфере Земли или ее части. Раздел как химии атмосферы, так и физики атмосферы, аэрономия контрастирует с метеорологией, которая фокусируется на слоях атмосферы ниже стратопаузы. [5] В областях атмосферы, изучаемых аэрономами, химическая диссоциация и ионизация являются важными явлениями.
Атмосферы на других небесных телах
У всех планет Солнечной системы есть атмосферы. Это потому, что их сила тяжести достаточно велика, чтобы удерживать газообразные частицы близко к поверхности. Более крупные газовые гиганты достаточно массивны, чтобы удерживать большое количество легких газов, водорода и гелия, поблизости, в то время как меньшие планеты теряют эти газы в космос . [6] Состав атмосферы Земли отличается от атмосферы других планет, потому что различные жизненные процессы, которые произошли на планете, привели к появлению свободного молекулярного кислорода . [7] Большая часть атмосферы Меркурия была унесена солнечным ветром . [8] Единственная луна, сохранившая плотную атмосферу, - это Титан . На Тритоне тонкая атмосфера , а на Луне - след атмосферы .
На планетные атмосферы влияет разная степень энергии, получаемой либо от Солнца, либо от их недр, что приводит к формированию динамических погодных систем, таких как ураганы (на Земле), планетарные пыльные бури ( на Марсе ), размером с Землю. антициклон на Юпитере (так называемое Большое красное пятно ) и дыры в атмосфере (на Нептуне). [9] По крайней мере, одна внесолнечная планета HD 189733 b , как утверждается, обладает такой погодной системой, похожей на Большое Красное Пятно, но вдвое большей. [10]
Было показано, что горячие юпитеры теряют свою атмосферу в космос из-за звездного излучения, как и хвосты комет. [11] [12] Эти планеты могут иметь огромные различия в температуре между дневной и ночной сторонами, из-за чего дуют сверхзвуковые ветры, [13] хотя дневная и ночная стороны HD 189733b, похоже, имеют очень похожие температуры, что указывает на то, что атмосфера планеты эффективно перераспределяется. энергия звезды вокруг планеты. [10]
Смотрите также
- Погода и климат
Рекомендации
- ^ «Аэрология» . OED Online . Издательство Оксфордского университета . Проверено 4 декабря 2019 года .
- ^ «Аэрология - Глоссарий AMS» . glossary.ametsoc.org . Проверено 8 сентября 2019 .
- ^ Ультрафиолетовое излучение в солнечной системе Мануэль Васкес, Арнольд Ханслмайер
- ^ Вашингтонский университет . Атмосферная динамика. Проверено 1 июня 2007 г.
- ^ Брассер, Гай (1984). Аэрономия средней атмосферы: химия и физика стратосферы и мезосферы. Springer. стр. xi. ISBN 978-94-009-6403-7.
- ^ Шеппард, СС; Jewitt, D .; Клейна, Дж. (2005). «Сверхглубокое исследование неправильных спутников Урана: пределы полноты». Астрономический журнал . 129 (1): 518–525. arXiv : astro-ph / 0410059 . Bibcode : 2005AJ .... 129..518S . DOI : 10.1086 / 426329 .
- ^ Zeilik, Michael A .; Грегори, Стефан А. (1998). Вводная астрономия и астрофизика (4-е изд.). Издательство колледжа Сондерс. п. 67. ISBN 0-03-006228-4.
- ^ Хантен DM, Shemansky DE, Morgan TH (1988), атмосфера Меркурия , В: Ртуть (A89-43751 19-91). University of Arizona Press, стр. 562–612.
- ^ Харви, Саманта (1 мая 2006 г.). "Погода, погода, везде?" . НАСА. Архивировано 8 августа 2007 года . Проверено 9 сентября 2007 года .
- ^ а б Knutson, Heather A .; Шарбонно, Дэвид; Аллен, Лори Э .; Фортни, Джонатан Дж. (2007). "Карта контраста дня и ночи внесолнечной планеты HD 189733b". Природа . 447 (7141): 183–6. arXiv : 0705.0993 . Bibcode : 2007Natur.447..183K . DOI : 10,1038 / природа05782 . PMID 17495920 .(Связанный пресс-релиз )
- ^ Weaver, D .; Вильярд, Р. (31 января 2007 г.). "Хаббл зонды слоеный пирог структуры атмосферы чужеродного мира" . Университет Аризоны, Лаборатория Луны и планет (пресс-релиз) . Архивировано 8 августа 2007 года . Проверено 15 августа 2007 года .
- ^ Ballester, Gilda E .; Пой, Дэвид К .; Герберт, Флойд (2007). «Сигнатура горячего водорода в атмосфере внесолнечной планеты HD 209458b». Природа . 445 (7127): 511–4. Bibcode : 2007Natur.445..511B . DOI : 10,1038 / природа05525 . hdl : 10871/16060 . PMID 17268463 .
- ^ Харрингтон, Джейсон; Хансен, Брэд М .; Luszcz, Statia H .; Сигер, Сара (2006). «Фазозависимая инфракрасная яркость внесолнечной планеты Андромеда b». Наука . 314 (5799): 623–6. arXiv : astro-ph / 0610491 . Bibcode : 2006Sci ... 314..623H . DOI : 10.1126 / science.1133904 . PMID 17038587 .(Связанный пресс-релиз )
Внешние ссылки
- Атмосферная гидродинамика применяется к картам погоды - такие принципы, как адвекция, деформация и завихренность
- Архивы Национального центра атмосферных исследований (NCAR), документируют историю атмосферных наук.