Ýeriň atmosferasy çylşyrymly fiziki ulgam bolup, daşky gurşaw we meteorologiýa maksatlary üçin özüni alyp barşyny çaklamak möhümdir. Şeýle-de bolsa, häzirki zaman kompýuterlerinde işleýän iň oňat teoretiki modeller hem takyk çaklamak üçin ýeterlik däl. Bu meselede, ýönekeý modellere esaslanýan atmosfera hadysalarynyň käbirine düşünmäge synanyşarys. Size aşakdaky hemişelikler gerek bolup biler: Ýeriň birlik meýdanyna düşýän ortaça gün şöhlelenmesiniň kuwwaty $F_s=1370\text{ W/m}^2$, suwuň molýar massasy $\mu_{\text{H}_2\text{O}}\approx18\text{ g/mol}$ we howanyň ortaça molýar massasy $\mu_{\text{air}}\approx29\text{ g/mol}$ , Stefan-Bolsmanyň hemişeligi $\sigma=5.67\times10^{-8} \text{ W}/(\text{m}^2 \text{K}^4)$. Bu meseledäki ähli gazlara ideal gaz hökmünde seredilip bilner. Howa molekulalarynyň erkinlik derejesini 5-e deň diýip kabul ediň. Size aşakdaky integral gerek bolup biler:
$$\int_{-\infty}^\infty e^{-ax^2/2} \;dx = \sqrt{\frac{2\pi}{a}}, \hspace{4mm} a> 0.$$
Bu bölümde atmosferanyň Ýeriň üst temperaturasyna edýän täsirini öwrenýäris. Ýer we onuň atmosferasynyň gün şöhlelenmesi üçin albedo bahasynyň $a=0.3$ deňdigini kabul ediň; bu umumy düşýän şöhlelenmäniň serpikýän bölegidir. Bu bahany bu meseläniň ähli bölümlerinde ulanyp bilersiňiz. Mundan başga-da, Ýeriň absolýut gara jisim ýaly şöhlelendirýändigini kabul ediň.
A.2-de tapan jogabyňyz garaşyşyňyzdan kiçi bolar. Indi $T_a$ temperaturaly ýuka atmosfera gatlagyny goşmagy göz öňünde tutýarys , A.1 surata serediň. Atmosfera gatlagy düşýän gün şöhlesiniň $t_{\text{sw}}$ bölegini we Ýeriň ýylylyk şöhlelenmesiniň $t_{\text{lw}}$ bölegini geçirýär, şeýle hem ony absolýut gara jisim diýip kabul edip bilersiňiz.
Ýerden şöhlelenýän infragyzyl tolkunlar pes energiýaly, molekulalaryň içindäki elektronlary tolgundyrmaga ukypsyz, ýöne molekulalary yrgyldy we aýlanma modlara tolgundyrmaga ukyply.
Şeýle hem kwant mehanikasynyň kanunlaryna görä azot we kislorod (Ýer atmosferasyndaky iň köp gaz) ýaly simmetrik ikiatomly molekulalarynyň yrgyldy modlaryny döredip (oýandyryp) bilmeýär. Bu bolsa $\text{N}_2$ we $\text{O}_2$ parnik effektine goşant goşmaýandygyny düşündirýär. Umuman, ýagtylygyň molekulalar tarapyndan siňdirilmegi, olarda rugsat edilen energiýa geçişleri bilen dolandyrylýar. Şeýle-de bolsa, siňdirilen ýagtylygyň energiýasy molekulanyň energiýasynyň molekuladaky energetik derejeleriň tapawudyna doly gabat gelmegi hökman däldir. Dynçlykdaky molekulanyň $f_0$ ýygylykda spektral çyzyklarynyň (rugsat edilen energiýa geçişleri) bardygyny kabul edeliň.
$T$ temperaturaly gaz üçin , molekulalar tizligine görä Makswelliň paýlanyşygyna görä paýlanýar. Massasy $m$ bolan molekulany bir ölçeg boýunça $v$ we $v+dv$ tizlik aralygynda tapmagyň ähtimallygy $p_1(v)dv$ deň, bu ýerde $p_1(v)$ ähtimallygyň paýlanyşyk funksiýasy, aşakdaky görnüşde aňladylýar
$$p(v)=C \exp\left(-\frac{mv^2}{2k_BT}\right)$$
$C$ - ähtimallyklaryň jemi 1-e deň bolar ýaly edilip saýlanyp alnan normirleýji hemişelik we $k_B$ Bolsmanyň hemişelikdir.
Ýerden $z$ beýiklikde ýuka slindriki howa gatlagyny göz öňüne getiriň. Şol beýiklikdäki howanyň basyşy we dykyzlygy degişlilikde $p(z)$ we $\rho(z)$ deň. C.1-nji surata serediň. Grawitasiýa meýdanyň güýjenmesini $g$ birhilli we aşak ugrukdyrylan hem-de Ýeriň üstündäki howa basyşy $p_o$ diýip kabul ediň.
Hakyky atmosferada temperatura hemişelik däl, beýiklige görä üýtgeýär. Temperaturanyň beýiklige görä $\Gamma(z) = -dT/dz$ peselmegine Lapse üýtgeýiş tizligi diýilýär. Daş-töweregi bilen hemişe deňagramlylykdaky ýuka howa gatlygyny adiabatiki ýokary galýar diýip göz öňüne getiriň.
Atmosferanyň durnuklylygyny derňemek üçin deňagramlylyk ýagdaýyndan süýşýän ýuka howa gatlagyna seredeliň. Daş-töweregi bilen deňagramlykdaky $T$ temperaturaly $z$ beýiklikdäki ýuka howa gatlagyny göz öňüne getiriň. Soňra ol wertikal ugurda adiabatiki tükeniksiz kiçi $\delta z_0$ mukdarda süýşürilýär. Hereketik dowamynda ýuka howa gatlagynyň basyşynyň hemişe şol beýiklikdäki howanyň basyşyna deňdigini kabul ediň. Daş-töwerekdäki atmosfera üýtgemän, üýtgeşik $\Gamma$ üýtgeýiş tizligi bar. Şonda temperaturanyň beýiklige görä $\Gamma$ kemeliş tizligi daş-töwerekdäki atmosferada üýtgemän hemişelik galýar. Şepbeşikligi hasaba almaň.
Suw buglary atmosferanyň az bölegini eýeleýän hem bolsa, ol möhüm rol oýnaýar. Ol esasy parnik gazy bolup durýar. Suwuň fazasy, onuň temperaturasyna we basyşyna baglydyr (D.1-nji suratdaky $p-T$ fazanyň diagrammasyna serediň). Haçan-da basyş we temperatura doýgun suw bugynyň egrisinde bolanda, suw suwuk we gaz görnüşinde birwagtda bolup biler. Bu egriniň ýapgytlygy Klapeyron-Klauziusyň deňlemesi bilen kesgitlenýär:
$$\ frac {dp_ {s}} {dT} = \ frac {delta S} {delta V} = \ frac {dp_ {s}} {dT} = \ frac {delta S} {delta V}$$
bu ýerde $p_s$ - doýgun suw bugunyň basyşy (faza geçişi pursatyndaky basyş), $\Delta S$ we $\Delta V$ - bu faza geçiş döwründe degişlilikde entropiýanyň we göwrümiň üýtgemegi. Bugy ideal gaz hökmünde kabul ediň.
Geliň indi $T_i$ başlangyç temperaturaly, adiabatiki ýokary göterilýän "çygly" howa gatlagyna (bölegine) seredeliň . Bu gatlakdaky bugyň massa bölegi $\phi$ deňdir. Hemişelik basyşda howanyň molýar ýylylyk sygymy $c_p$ deňdir . Uniwersal gaz hemişeligi -$R=8.31$ J / (mol$\cdot$ K).
Amatly atmosfera şertlerinde Günüň töwereginde galo diýilýän ýagty halka peýda bolýar. Galolar ýokarky troposferada bar bolan buz kristallaryndan emele gelýär. Galo hakda gyzykly bir aýratynlyk, olaryň hemişe Günüň ugruna görä belli bir burçda peýda bolmagydyr.
Galonyň iň köp ýaýran görnüşi, kiçijik buz kristallary adaty altyburçly prizma görnüşini alanda emele gelýär. Günüň ýagtylygy, dürli ugurlara ugrugan krisytaljyklara düşýär we olardan dürli taraplara ýaýraýar (pytraýar). Şeýle-de bolsa, belli bir ugurda döwülen ýagtylygyň intensiwligi maksimal bolup, bu ýagty halkanyň peýda bolýan burçuny kesgitleýär.
Oky gün şöhleleriň ýaýraýan ugruna perpendikulýar bolan altyburçluk görnüşli buz prizmasyny göz öňüne getireliň. E.2-nji suratda görkezilen prizmanyň iki gönüburçly ýüzünden döwülýän ýagty şöhläni derňäň. Buz kristallarynyň tötänleýin ugry sebäpli, ýagtylyk dürli $\alpha$ düşme burçlarynda kristalyň granlaryna düşer.