Атмосферная наука - Atmospheric science
| Часть серии о |
| Погода |
|---|
 |
 Портал погоды
|
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 была распространена на область планетарной науки и изучение атмосфер планет и естественных спутников в Солнечной системе .
Экспериментальные инструменты, используемые в атмосферных науках, включают спутники , ракетные зонды , радиозонды , метеозонды , радары и лазеры .
Термин аэрология (от греческого ἀήρ, aēr , « воздух »; и -λογία, -logia ) иногда используется как альтернативный термин для изучения атмосферы Земли; в других определениях аэрология ограничивается свободной атмосферой , областью над планетарным пограничным слоем .
Первыми пионерами в этой области были Леон Тейссерен де Борт и Ричард Ассманн .
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 изучения, 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 исследование 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.
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, уравновешивание излучения и процессы передачи энергии в атмосфере, а также в нижележащих океанах и на суше. 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 тесно связана 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 - местный, региональный или глобальный - 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. 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 . Состав атмосферы Земли отличается от атмосферы других планет, потому что различные жизненные процессы, которые произошли на планете, привели к появлению свободного молекулярного кислорода . Большая часть атмосферы Меркурия была унесена солнечным ветром . Единственная луна, сохранившая плотную атмосферу, - это Титан . На Тритоне тонкая атмосфера , а на Луне - следы атмосферы .
Атмосферы планет подвержены влиянию различной степени энергии, получаемой от Солнца или их недр, что приводит к формированию динамических погодных систем, таких как ураганы (на Земле), планетарные пыльные бури ( на Марсе ), антициклон размером с Землю. на Юпитере (так называемое Большое красное пятно ) и дыры в атмосфере (на Нептуне). Утверждается, что по крайней мере одна внесолнечная планета, HD 189733 b , обладает такой погодной системой, похожей на Большое Красное Пятно, но вдвое большей.
Было показано, что горячие юпитеры теряют свою атмосферу в космос из-за звездного излучения, как и хвосты комет. Эти планеты могут иметь огромные различия в температуре между дневной и ночной сторонами, что создает сверхзвуковые ветры, хотя дневная и ночная стороны HD 189733b, по-видимому, имеют очень похожие температуры, что указывает на то, что атмосфера планеты эффективно перераспределяет энергию звезды вокруг планеты.
Смотрите также
использованная литература
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.