Наука об атмосфере занимается изучением атмосферы Земли и различных ее внутренних физических процессов. Метеорология включает в себя химию атмосферы и физику атмосферы , уделяя особое внимание прогнозированию погоды . Климатология — это изучение атмосферных изменений (как долгосрочных, так и краткосрочных), которые определяют средний климат и его изменение во времени, изменчивость климата . Аэрономия — это исследование верхних слоев атмосферы, где важны диссоциация и ионизация . Наука об атмосфере распространилась на область планетологии и изучения атмосфер планет и естественных спутников Солнечной системы .
Экспериментальные инструменты, используемые в науке об атмосфере, 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; [1] в других определениях аэрология ограничивается свободной атмосферой , областью над планетарным пограничным слоем . [2]
Первыми пионерами в этой области являются Леон Тейссенк де Борт и Ришар Ассманн . [3]
Химия атмосферы — раздел науки об атмосфере, изучающий химию атмосферы Земли и других планет. Это междисциплинарная область исследований, основанная на химии окружающей среды, физике, метеорологии, компьютерном моделировании, океанографии, геологии, вулканологии и других дисциплинах. Исследования все больше связаны с другими областями изучения, такими как климатология.
Состав и химия атмосферы важны по нескольким причинам, но в первую очередь из-за взаимодействия между атмосферой и живыми организмами. Состав атмосферы Земли изменился в результате деятельности человека, и некоторые из этих изменений наносят вред здоровью человека, сельскохозяйственным культурам и экосистемам. Примеры проблем, которые решаются с помощью химии атмосферы, включают кислотные дожди, фотохимический смог и глобальное потепление. Химия атмосферы стремится понять причины этих проблем и, получив их теоретическое понимание, позволить протестировать возможные решения и оценить последствия изменений в государственной политике.
Динамика атмосферы - это изучение систем движения, имеющих метеорологическое значение, объединяющее наблюдения в разных местах и время, а также теории. Общие изучаемые темы включают разнообразные явления, такие как грозы , торнадо , гравитационные волны , тропические циклоны , внетропические циклоны , реактивные течения и циркуляции глобального масштаба. 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, а также понимание последствий антропогенных возмущений (например, увеличения концентрации углекислого газа или истощения озонового слоя) на глобальный климат. [4]
Физика атмосферы — это применение физики к изучению атмосферы. Физики атмосферы пытаются смоделировать атмосферу Земли и атмосферы других планет, используя уравнения потока жидкости, химические модели, радиационный баланс и процессы передачи энергии в атмосфере, 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 высокий уровень математики и физики. Физика атмосферы тесно связана с метеорологией и климатологией, а также занимается проектированием и изготовлением приборов для изучения атмосферы и интерпретации предоставляемых ими данных, включая приборы дистанционного зондирования .
В Соединенном Королевстве исследования атмосферы поддерживаются Метеорологическим бюро. Подразделения Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) курируют исследовательские проекты и моделирование погоды с использованием физики атмосферы. Национальный центр астрономии и ионосферы США также проводит исследования верхних слоев атмосферы.
Магнитное поле Земли и солнечный ветер взаимодействуют с атмосферой, создавая ионосферу , радиационные пояса Ван Аллена , теллурические токи и лучистую энергию .
Это наука, которая основывает свои более общие знания на более специализированных дисциплинах метеорологии, океанографии, геологии и астрономии, которые, в свою очередь, основаны на фундаментальных науках физики, химии и математики. В отличие от метеорологии , которая изучает краткосрочные погодные системы, продолжающиеся до нескольких недель, климатология изучает частоту и тенденции этих систем. Он изучает периодичность погодных явлений на протяжении многих лет и тысячелетий, а также изменения долгосрочных средних погодных условий в зависимости от атмосферных условий. Климатологи , те, кто занимается климатологией, изучают как природу климата – местного, регионального или глобального – так и естественные или антропогенные факторы, которые вызывают изменение климата. Климатология учитывает прошлое и пытается предсказать будущие изменения климата .
Явления, представляющие климатологический интерес, включают пограничный слой атмосферы , характер циркуляции , перенос тепла ( радиационный , конвективный и скрытый ), взаимодействие между атмосферой, океанами и поверхностью суши (особенно растительность , землепользование и топография ), а также химический и физический состав атмосферы. атмосфера. Связанные дисциплины включают астрофизику , физику атмосферы , химию , экологию , физическую географию , геологию , геофизику , гляциологию , гидрологию , океанографию и вулканологию .
Аэрономия — научное исследование верхних слоев атмосферы Земли — слоев атмосферы над стратопаузой — и соответствующих областей атмосфер других планет, где вся атмосфера может соответствовать верхней атмосфере Земли или ее части. Аэрономия, раздел как химии атмосферы, так и физики атмосферы, контрастирует с метеорологией, которая фокусируется на слоях атмосферы ниже стратопаузы. [5] В атмосферных регионах, изучаемых аэрономами, важными явлениями являются химическая диссоциация и ионизация .
Все планеты Солнечной системы имеют атмосферу. Это связано с тем, что их гравитация достаточно сильна, чтобы удерживать газообразные частицы близко к поверхности. Более крупные газовые гиганты достаточно массивны, чтобы удерживать большое количество легких газов водорода и гелия рядом, в то время как меньшие планеты теряют эти газы в космос . [6] Состав атмосферы Земли отличается от состава атмосферы других планет, поскольку в результате различных жизненных процессов, происходивших на планете, появился свободный молекулярный кислород . [7] Большая часть атмосферы Меркурия была унесена солнечным ветром . [8] Единственная луна, сохранившая плотную атмосферу, — это Титан . На Тритоне есть тонкая атмосфера , а на Луне есть следы атмосферы .
На атмосферы планет влияет разная степень энергии, получаемой либо от Солнца, либо от их недр, что приводит к формированию динамических погодных систем , таких как ураганы (на Земле), общепланетные пылевые бури ( на Марсе ), антициклон размером с Землю. на Юпитере (так называемое Большое Красное Пятно ) и дырах в атмосфере (на Нептуне). [9] Утверждается , что по крайней мере одна внесолнечная планета, HD 189733 b , 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, подобно хвостам комет. [11] [12] Эти планеты могут иметь огромную разницу в температуре между дневной и ночной сторонами, что приводит к возникновению сверхзвуковых ветров, [13] хотя дневная и ночная стороны HD 189733b, похоже, имеют очень схожие температуры, что указывает на то, что атмосфера планеты эффективно перераспределяет энергия звезды вокруг планеты. [10]
