Чтение онлайн

Дымовые шлейфы от заводов, морских судов и пятна дымки промышленных загрязнений могут отчетливо видеть космонавты, но систематическое их изучение возможно только по космическим снимкам, на которых четко фиксируются все очаги загрязнений вплоть до конденсационных следов, возникающих за пролетающими самолетами. Для изучения антропогенных загрязнений воздуха требуется специальная съемочная аппаратура, обладающая высокой разрешающей способностью, то есть фиксирующая все детали размером 100 м и более. Так, по изображениям, полученным с борта орбитальной станции «Салют-4» в июне 1975 года, прослеживались дымовые полосы от ГРЭС г. Ермак Павлодарской области, имевшие длину от 30 до 50 км; со спутника «Лэндсат-1» над оз. Онтарио путем многоспектральной съемки были обнаружены дымовые шлейфы промышленного центра г. Сэдбери, протянувшиеся на 70 км. Над крупными городами снимки с ИСЗ фиксируют облака загрязнений, смещенные относительно городской территории в направлении воздушных потоков в нижней тропосфере в момент фотографирования. На рис. 56 показана карта-схема загрязнения над Москвой и вертикальный профиль температуры днем 23 февраля 1976 года по данным 18-го ИСЗ «Метеор», а на рис. 57 – дымовое загрязнение атмосферы и выпадение городских загрязнений в районе Ленинграда 26 марта 1973 года. Промышленные загрязнения в районе Ленинграда, как видно на рисунке, распространились двумя полосами к югу и к юго-западу от города; ширина одной полосы 50-60 км, а другой – 15-20 км, длина каждой из них превышает 60 км. (Так бывает при неодинаковом направлении ветра на разных высотах.)

Это зависит от программы исследований. Так, для изучения загрязнения в планетарном и региональном масштабах (так называемых мега- и макромасштабах) удобны геостационарные спутники, которые как бы неподвижно висят над экватором или ближайшими к нему широтами на очень большой высоте, а также обычные метеорологические спутники, летающие на орбитах высотой 900-1200 км и имеющие ТВ-аппаратуру; для детального исследования локального (мезомасштабного) загрязнения более подходят специальные ИСЗ изучения природных ресурсов, оснащенные аппаратурой очень высокой разрешающей способности, типа «Лэндсат».

Как показали исследования, выполненные с помощью ракет, спутников и других средств зондирования атмосферы, на высотах, в свободной атмосфере, метеорологические условия несколько иные, чем у земной поверхности. Во-первых, там менее значительны колебания температуры воздуха, поскольку с высотой уменьшается влияние подстилающей поверхности и всех ее неоднородностей. Сама температура воздуха в свободной атмосфере ниже, чем у земли. Во всем нижнем слое атмосферы, называемом тропосферой, она понижается в среднем примерно на 6 – 7° C на каждый километр высоты. Толщина этого слоя может колебаться в зависимости от географической широты места и характера происходящих атмосферных процессов от 7 до 18 км. Выше тропосферы примерно до высоты 51 км находится второй атмосферный слой – стратосфера. Между тропосферой и стратосферой несколько сот метров переходного, или промежуточного слоя, называемого тропопаузой. На тропопаузе температура может быть от -45 до -80°C, причем с высотой она перестает понижаться и даже наоборот – немного возрастает или остается неизменной; в стратосфере она также с высотой сперва меняется очень незначительно, а затем начинает повышаться, приближаясь на ее верхней границе к 0°C. Во-вторых, в свободной атмосфере воздушные течения меньше искажаются рельефом местности и могут достигать больших скоростей, образуя так называемые струйные течения. В-третьих, там нет некоторых специфических приземных метеорологических явлений, а сама погода резко делится на два типа – внеоблачную, так сказать в ясном небе, и в облаках. Есть в свободной атмосфере и свои специфические явления погоды, такие, как турбулентность при ясном небе (ТЯН), стратосферные потепления, стратосферные облака вулканической пыли и другие.

Температура воздуха в стратосфере определяется процессом лучистого теплообмена. Находящийся в нижней стратосфере слой озона поглощает некоторую часть солнечного тепла и нагревается, одновременно нагревая воздух. Приток тепла и его отток благодаря лучеиспусканию сбалансированы, иначе говоря, сохраняется состояние лучистого равновесия. С ним связан и процесс терморегулирования количества озона в стратосфере. Если произойдет чрезмерное нагревание воздуха, то немедленно начнется распад молекул озона и уменьшение содержания последнего, а следовательно, уменьшится и поглощение солнечного тепла; это автоматически приведет к снижению температуры до прежнего уровня.

Высота тропопаузы – переходного слоя между тропосферой и стратосферой – изменяется в зависимости от состояния воздуха под ней, то есть в тропосфере. Приближенно можно считать тропосферу слоем интенсивного перемешивания воздуха, а стратосферу – слоем с устойчивым его состоянием. В зависимости от развивающихся над земной поверхностью процессов и степени прогрева нижних слоев воздуха высота границы неустойчивости и интенсивного перемешивания может подниматься и опускаться. В теплом воздухе и над областями высокого атмосферного давления она выше, а в холодном и над циклонами – ниже. По этой причине тропопауза расположена ниже над полярными районами и выше над тропическими областями. Граница между тропосферой и стратосферой в реальных условиях над средними широтами в зависимости от ситуации может располагаться на уровнях от 8 до 13 км, а температура ее может на 7-8°C отличаться от стандартных значений (-56,5°C), при этом она будет тем ниже, чем выше окажется тропопауза.

Ветер скоростью более 100 км/ч – нижний предел для струйных течений – бывает обычно в верхней тропосфере, то есть выше 6 км. Максимальные значения скорости ветра на высотах чаще всего наблюдаются на 1-1,5 км ниже тропопаузы. Поэтому принято считать, что в тропосфере ось струйного течения находится в среднем на этом уровне, под тропопаузой. Однако, как всегда и бывает со средними цифрами, это не всегда соответствует реально встречающимся условиям – могут быть ситуации, когда ось струйного течения расположена еще ниже, то есть на 2-3 км ниже тропопаузы, или же, наоборот, лежит значительно выше, даже над тропопаузой. Это бывает, когда струйное течение очень сильное (300-400 км/ч и более) и очень мощное (5-6 км и более по вертикали). Струйные течения встречаются и в стратосфере. Здесь их оси обычно располагаются на высотах 16 – 20 км и выше, где наблюдается второй максимум скорости ветра. Направление ветра в тропосфере и направление стратосферных струйных течений могут совпадать, что чаще случается в холодное время года, но могут быть и противоположными, что обычно бывает летом.

Зондирование атмосферы различными средствами позволило обнаружить некоторые особенности в распределении метеорологических величин, в том числе направления и скорости ветра на высотах. В частности, была замечена устойчивая закономерность убывания скорости ветра с высотой и изменения направления ветра на противоположное в стратосфере в теплое время года. Такое обращение ветра происходит на высоте около 20 км. Фактически переход ветра с западного направления на восточное, то есть противоположное, происходит в слое толщиной в несколько сот метров. Слой этот получил название велопаузы. Изменение направления ветра связано с формированием летом в стратосфере высотного антициклона, приходящего в период полярного дня на смену зимнему холодному околополюсному циклону. Как только на высотах направление, в котором убывает давление, меняется по горизонту на противоположное, – таким же образом изменяется и направление ветра.

В нижней стратосфере присутствует специфическая облачность, время от времени появляющаяся под инверсионным задерживающим слоем, в котором начинается увеличение температуры с высотой. Это перламутровые облака и облака вулканической пыли, или пылевые, получившие в литературе не совсем удачное и мало оправданное с точки зрения логики название «литосферные облака». На верхней границе мезосферы, где температура воздуха достигает предельно низких значений, около -90° C, а в отдельных случаях и того ниже, и с высотой уже перестает понижаться, иногда можно видеть красивые, слабо светящиеся, синеватого цвета серебристые облака. Стратосферные облака наблюдаются преимущественно на высоте 20-30 км, мезосферные – на высоте 80-90 км.

Перламутровые облака – явление редкое, его можно видеть в высоких широтах Земли очень короткое время сразу после захода солнца. Они радужно светятся на темном фоне вечернего неба, рассеивая и отражая достигающие их солнечные лучи. Их свечение объясняется явлением иризации, вызываемым, возможно, преломлением солнечных лучей в переохлажденных мельчайших капельках воды, из которых, как предполагают, состоят такие облака. Серебристые облака можно наблюдать ночью в северной части горизонта в поясе между 50 и 75° с. ш. в периоды, когда солнце неглубоко заходит за горизонт (не глубже 13°). Свечение этих облаков, по мнению некоторых ученых, вызывается фотолюминесценцией ледяных кристаллов под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца. По мнению других – свечение объясняется рассеянием солнечного света на мельчайших частицах вулканической или космической пыли и ледяных кристалликах.

При извержениях вулканов облака пыли выбрасываются в толщу нижних слоев атмосферы до высоты нескольких десятков километров. Но в самом нижнем слое – тропосфере – вулканическая пыль долго не задерживается, оседая в течение нескольких суток на земную поверхность. Этому способствуют интенсивное перемешивание воздуха в тропосфере, процессы образования облаков и выпадения осадков, очищающих тропосферный воздух от загрязняющей его пыли. В стратосфере картина иная. Здесь нет интенсивного перемешивания, стратосфера устойчива, и попавшие в нее примеси могут годами оставаться там, переносимые воздушными течениями с места на место в виде облаков вулканической пыли. После каждого очень сильного извержения вулкана количество таких облаков в стратосфере увеличивается; на протяжении нескольких лет после этого приборы на земле отмечают уменьшение поступления солнечного тепла из-за уменьшения прозрачности воздуха в его верхних слоях. Влияние облаков вулканической пыли на погоду замечено давно, с ними связывают похолодания на Земле, особенно ощутимые в летние сезоны. Помимо этого, такие облака представляют серьезную помеху для стратосферных сверхзвуковых самолетов: твердые частицы вулканической пыли могут повредить обшивку.

Теоретически в верхних слоях атмосферы возникает некоторая опасность встречи с метеорными частицами – пришельцами из космоса, обычно сгорающими в нижних, более плотных, слоях атмосферы. Однако вероятность такой встречи для космического корабля ничтожно мала. На высоте полета современных сверхзвуковых самолетов – около 20 км – время от времени могут наблюдаться случаи повышения уровня радиации, связанные со вспышками солнечной активности. Возникающие при таких вспышках «протонные ливни» – потоки целого комплекса губительных космических частиц – гамма-лучей, альфа-частиц, электронов и нейтронов – способны создать угрозу здоровью экипажей и пассажиров стратосферных самолетов. Сильные вспышки, вызывающие разовое облучение выше допустимого международными стандартами, бывают редко – в среднем один раз в год, а умеренные, вызывающие неопасное, допустимое разовое облучение, случаются в два раза чаще.