Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Тропопауза является границей в атмосфере Земли между тропосфере и стратосфере . Это термодинамический градиентный слой стратификации, отмечающий конец тропосферы . Он расположен в среднем на 17 километров (11 миль) над экваториальными регионами и примерно на 9 километров (5,6 миль) над полярными регионами.

Определение [ править ]

Схема, показывающая различные слои атмосферы (не в масштабе). Тропопауза расположена между тропосферой и стратосферой.
Тропопаузы лежит выше в тропиках , чем на полюсах.

Поднимаясь вверх от поверхности, это точка, в которой воздух перестает остывать с высотой и становится почти полностью сухим. Говоря более формально, тропопауза - это область атмосферы, в которой скорость ухудшения состояния окружающей среды изменяется с положительной, как в тропосфере, на отрицательную в стратосфере. Ниже приводится точное определение, используемое Всемирной метеорологической организацией :

Граница между тропосферой и стратосферой, где обычно происходит резкое изменение градиента. Он определяется как самый низкий уровень, на котором градиент уменьшается до 2 ° C / км или менее, при условии, что средний градиент между этим уровнем и всеми более высокими уровнями в пределах 2 км не превышает 2 ° C / км. [1]

Тропопауза, как определено выше, представляет собой поверхность неоднородности первого порядка , то есть температура как функция высоты непрерывно изменяется в атмосфере, а градиент температуры - нет. [2]

Местоположение [ править ]

Тропосфера - самый нижний слой атмосферы Земли; он расположен прямо над планетарным пограничным слоем и является слоем, в котором происходит большинство погодных явлений. Тропосфера содержит пограничный слой и имеет высоту в среднем от 9 км (5,6 миль; 30 000 футов) на полюсах до 17 км (11 миль; 56 000 футов) на экваторе . [3] [4] В отсутствие инверсий и без учета влажности , градиент температуры для этого слоя составляет в среднем 6,5 ° C на километр, согласно Стандартной атмосфере США . [5]Измерение как тропосферных, так и стратосферных градиентов градиента помогает определить местоположение тропопаузы, поскольку температура увеличивается с высотой в стратосфере, и, следовательно, градиент становится отрицательным. Местоположение тропопаузы совпадает с самой низкой точкой, в которой частота отклонений падает ниже заданного порога.

Поскольку тропопауза реагирует на среднюю температуру всего слоя, лежащего под ней, она находится на своих максимальных уровнях над экватором и достигает минимальных высот над полюсами. По этой причине самый холодный слой атмосферы находится примерно в 17 км над экватором. Из-за различий в начальной высоте крайние значения тропопаузы называют экваториальной тропопаузой и полярной тропопаузой.

Учитывая, что частота отклонений не является консервативной величиной, когда тропопауза рассматривается для исследований обменов стратосферой и тропосферой, существует альтернативное определение, называемое динамической тропопаузой . [6] Он формируется с помощью потенциальной завихренности , которая определяется как произведение изоэнтропической плотности , то есть плотности, которая возникает в результате использования потенциальной температуры в качестве вертикальной координаты, и абсолютной завихренности , учитывая, что эта величина достигает совершенно разных значений. значения для тропосферы и стратосферы. [7]Вместо использования вертикального градиента температуры в качестве определяющей переменной, поверхность динамической тропопаузы выражается в единицах потенциальной завихренности (PVU). [nb 1] Учитывая, что абсолютная завихренность положительна в Северном полушарии и отрицательна в Южном полушарии , пороговое значение следует принимать как положительное к северу от экватора и отрицательное к югу от него. [9] Теоретически, чтобы определить глобальную тропопаузу таким образом, две поверхности, возникающие из положительного и отрицательного пороговых значений, должны быть согласованы вблизи экватора с использованием другого типа поверхности, например, с постоянной потенциальной температурой.поверхность. Тем не менее динамическая тропопауза бесполезна на экваториальных широтах, поскольку изоэнтропы почти вертикальны. [8] Для внетропической тропопаузы в Северном полушарии ВМО установила значение 1,6 PVU, [8] : 152, но традиционно использовались более высокие значения в диапазоне от 2 до 3,5 PVU. [10]

Также возможно определить тропопаузу с точки зрения химического состава. [11] Например, нижняя стратосфера имеет гораздо более высокие концентрации озона, чем верхняя тропосфера, но гораздо более низкие концентрации водяного пара , поэтому можно использовать соответствующие пороговые значения.

Явления [ править ]

Тропопауза - это не «жесткая» граница. Например, сильные грозы , особенно тропического происхождения, будут разноситься в нижнюю стратосферу и испытывать кратковременные (порядка часа или меньше) низкочастотные вертикальные колебания . [12] Такие колебания создают низкочастотную атмосферную гравитационную волну, способную воздействовать как на атмосферные, так и на океанические течения в регионе. [ необходима цитата ]

Большинство коммерческих самолетов летают в нижних слоях стратосферы, чуть выше тропопаузы, во время крейсерской фазы своих полетов. В этом районе обычно отсутствуют облака, как и значительные погодные возмущения. [13]

См. Также [ править ]

  • Струйный поток
  • Максимальный уровень посылки

Заметки [ править ]

  1. ^ 1 PVU = 10 -6 тыс.  М 2  кг -1  с -1 [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Международный метеорологический словарь (2-е изд.). Женева : Секретариат Всемирной Метеорологической Организации. 1992. стр. 636. ISBN. 978-92-63-02182-3.
  2. ^ Панчев 1985 , стр. 129.
  3. ^ Hoinka, КП (1999). «Температура, влажность и ветер в глобальной тропопаузе» . Ежемесячный обзор погоды . 127 (10): 2248–2265. Bibcode : 1999MWRv..127.2248H . DOI : 10,1175 / 1520-0493 (1999) 127 <2248: Thawat> 2.0.CO; 2 .
  4. ^ Gettelman, A .; Салби, М.Л . ; Сасси, Ф. (2002). «Распространение и влияние конвекции в тропической зоне тропопаузы». Журнал геофизических исследований . 107 (D10): ACL 6–1 – ACL 6–12. Bibcode : 2002JGRD..107.4080G . CiteSeerX 10.1.1.469.189 . DOI : 10.1029 / 2001JD001048 . 
  5. Перейти ↑ Petty 2008 , p. 112.
  6. ^ Эндрюс, Холтон & Leovy 1987 , стр. 371.
  7. ^ Хоскинс, BJ; Макинтайр, штат Мэн; Робертсон, AW (1985). «Об использовании и значении карт изоэнтропической потенциальной завихренности». Ежеквартальный журнал Королевского метеорологического общества . 111 (470): 877–946. Bibcode : 1985QJRMS.111..877H . DOI : 10.1002 / qj.49711147002 .
  8. ^ a b c Так, AF; Брауэлл, EV; Danielsen, EF; Холтон, младший; Хоскинс, Б.Дж .; Джонсон, Д.Р .; Kley, D .; Крюгер, AJ; Megie, G .; Ньюэлл, RE; Воан, Г. (1985). «Стрэттроп обмен». Атмосферный озон 1985 - Отчет ВМО по проекту глобального исследования и мониторинга озона № 16 . Всемирная метеорологическая организация . 1 : 151–240.
  9. ^ Hoinka, Klaus P. (декабрь 1998). «Статистика глобального давления тропопаузы» . Журнал климата . Американское метеорологическое общество . 126 (126): 3303–3325. Bibcode : 1998MWRv..126.3303H . DOI : 10,1175 / 1520-0493 (1998) 126 <3303: SOTGTP> 2.0.CO; 2 .
  10. ^ Zängl, Гюнтер; Хоинка, Клаус П. (15 июля 2001 г.). «Тропопауза в полярных регионах» . Журнал климата . 14 (14): 3117 - & # 32, 3139. Bibcode : 2001JCli ... 14.3117Z . DOI : 10.1175 / 1520-0442 (2001) 014 <3117: ttitpr> 2.0.co; 2 .
  11. ^ LL Pan; WJ Randel; BL Gary; MJ Mahoney; Э. Дж. Хинца (2004). «Определения и резкость внетропической тропопаузы: перспектива газовых примесей» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 109 (D23): D23103. Bibcode : 2004JGRD..10923103P . DOI : 10.1029 / 2004JD004982 . hdl : 1912/3670 .
  12. ^ Шенк, WE (1974). «Изменчивость высоты верхней границы облаков сильных конвективных ячеек» . Журнал прикладной метеорологии . 13 (8): 918–922. Bibcode : 1974JApMe..13..917S . DOI : 10.1175 / 1520-0450 (1974) 013: 0917 <cthvos> 2.0.co; 2 .
  13. Перейти ↑ Petty 2008 , p. 21.

Библиография [ править ]

  • Andrews, DG; Холтон, младший; Леови, CB (1987). Р., Дмовска; Холтон, младший (ред.). Динамика средней атмосферы . Академическая пресса . п. 371. ISBN. 978-0-12-058576-2.
  • Панчев, Стоучо (1985) [1981]. Динамическая метеорология . Издательство Д. Рейдел . ISBN 978-90-277-1744-3.
  • Петти, Грант В. (2008). Первый курс термодинамики атмосферы . Мэдисон , Висконсин : Издательство Sundog. ISBN 978-0-9729033-2-5.

Внешние ссылки [ править ]

  • Высота тропопаузы