Ким Померанец

У самой земной или водной поверхности располагается приземный слой тропосферы. (Любую поверхность, над которой находится воздух, метеорологи называют «подстилающей».) Высота приземного слоя оценивается от нескольких метров до немногих сотен метров. В этом слое вершится жизнь, здесь обитает самая обширная часть органического мира и живой природы, включая жизнь людей. Явления в этом слое оказывают влияние не только на погоду, но и на существование всего живого. Характер этих явлений и процессов настолько сложен и важен, настолько своеобразен и отличен от процессов в других слоях атмосферы, что учение о приземном слое выделено в отдельную часть метеорологии - микрометеорологию. Ее предметом является изучение переноса тепла, скорости движения, влаги, различных примесей от земной поверхности в более высокие слои атмосферы и обратно к земле.

Над приземным слоем до высот 1 -2 км располагается пограничный слой тропосферы

(используется разная терминология: планетарный пограничный слой, нижний слой, слой трения, слой возмущения, слой механического перемешивания). Здесь еще достаточно велико влияние подстилающей поверхности, которое выражается в различиях -градиентах - метеорологических элементов с высотой, хотя они и не столь значительны, как в приземном слое. Здесь развиваются нижние обложные и дождевые облака.

Над пограничным слоем находится средний слой тропосферы до высот 6-8 км, теперь именуемый чаще свободной атмосферой. Здесь местные особенности подстилающей поверхности проявляются уже несущественно. Здесь развиваются главные процессы текущей погоды - горизонтальное и вертикальное движение воздуха, формируется основная облачность. Здесь можно пренебречь некоторыми факторами, рассмотреть движение крупных объемов воздуха - воздушных масс - в «чистом» виде, без деталей, затемняющих основной процесс. Здесь с достаточным основанием принимаются определенные допущения, на которых основаны принципы повседневных краткосрочных (на 1-3 суток) прогнозов погоды. Такие прогнозы для свободной атмосферы составить проще, чем для пограничного и приземного слоев, поэтому их составление предшествует прогнозам для нижних слоев.

Над свободной атмосферой находится верхний слой тропосферы - выше 6-8 км и до нижней границы стратосферы. Здесь влияние подстилающей поверхности практически отсутствует. Здесь отмечается минимальная в тропосфере температура воздуха, причем всегда отрицательная. На эту высоту проникают вершины мощных кучевых и грозовых облаков, а остальная, самая верхняя облачность состоит из мельчайших ледяных частиц.

От 15—20 км и до 50—60 км простирается стратосфера, которая оставалась неизвестной до конца XIX в. А теперь она усиленно изучается, хотя бы потому, что это сфера действия ракет и высотной авиации. Температура в стратосфере почти постоянна, около -50°, или медленно повышается. Удивительно, что состав воздуха остается почти неизменным далеко за пределами тропосферы, до высот 100—500 км. Сухой воздух состоит на 78% из азота, на 21% из кислорода и очень малых долей инертных газов (аргона, гелия, неона, радона), а также переменных примесей - водяного пара, углекислого газа и трехатомного кислорода (озона). Постоянство газового состава атмосферы не влияет, на первый взгляд, на движение воздуха, но оно позволяет принять очень важную гипотезу «сплошной среды», благодаря которой метеорологи пренебрегают движениями отдельных молекул воздуха, а изучают динамику его больших объемов. Особенно важна гипотеза сплошной среды при изучении атмосферы математическими методами.

Из переменных примесей в воздухе очень важен водяной пар, хотя его содержание не превышает нескольких долей процента. Это единственная составная часть воздуха, которая при температурных условиях в атмосфере может переходить из газообразного состояния в жидкое и твердое с поглощением и выделением больших количеств тепла. Именно наличие водяного пара делает атмосферу живой, осязаемой, с облаками, дождями, туманами. 90% водяного пара сосредоточено в нижнем пятикилометровом слое тропосферы. Водяной пар вместе с углекислым газом определяют «парниковый эффект», пропуская солнечное тепло к земной поверхности и задерживая ее излучение, благодаря чему нижние слои воздуха оказываются самыми теплыми. В стратосфере водяного пара нет, там нет облаков и осадков, там совершенно сухо, очень холодно и безжизненно. Можно сказать еще проще и короче: в стратосфере нет погоды в понимаемом нами смысле. Выше 100—120 км постоянный газовый состав воздуха нарушается: более тяжелые молекулы остаются на этом уровне, легкие поднимаются в космос.

Об озоне известно, что его слой защищает нас и вообще все живое на планете от губительного радиоактивного космического излучения. Полагают, что озонный экран сыграл главную роль в эволюции биосферы, так как его защитное действие обусловило заселение суши живыми организмами.