Մթնոլորտի ուղղահայաց կառուցվածքը և դրա ազդեցությունը եղանակի վրա
Երկրի մթնոլորտը օդի միատարր շերտ չէ։ Այն կազմված է ուղղահայաց շերտերից, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր առանձնահատկությունները՝ ջերմաստիճան, ճնշում և կազմ։ Այս տարբերությունները որոշում են, թե ինչպես են ձևավորվում ամպերը, ինչպես են շարժվում քամիները և ինչու կարող է եղանակը արագ փոխվել մեկ շրջանում, մինչդեռ մյուսում մնալ կայուն։ Մթնոլորտի ուղղահայաց կառուցվածքի հասկացողությունը մեզ օգնում է ավելի գիտականորեն բացատրել եղանակային առօրյա գործընթացները՝ անձրևից և ամպրոպից մինչև մառախուղ և ջերմային ալիքներ։
Մթնոլորտը որպես շերտավոր համակարգ
Ընդհանուր առմամբ, մթնոլորտի ուղղահայաց կառուցվածքը բաժանվում է բարձրության հետ ջերմաստիճանի փոփոխության (ջերմաստիճանի նվազման կամ բարձրացման արագության) հիման վրա: Այս բաժանումը առաջացնում է չորս հիմնական շերտեր՝ տրոպոսֆերա, ստրատոսֆերա, մեզոսֆերա և ջերմոսֆերա: Այս շերտերի միջև կան անցումային սահմաններ, որոնք կոչվում են տրոպոպաուզա, ստրատոպաուզա և մեզոպաուզա: Չնայած եղանակը հիմնականում տեղի է ունենում ստորին շերտերում, դրանց վերևում գտնվող շերտերը նույնպես ազդում են մթնոլորտի կայունության և մեծածավալ օդի շրջանառության օրինաչափությունների վրա:
Ջերմաստիճանից բացի, օդային ճնշումը նույնպես համակարգված կերպով փոխվում է։ Բարձրության բարձրացմանը զուգընթաց օդային ճնշումը և խտությունը նվազում են։ Սա կարևոր է, քանի որ ավելի բարձր բարձրություններում ավելի նոսր օդն ունի ջրային գոլորշի և ջերմություն պահելու ավելի ցածր կարողություն, ինչը ազդում է ամպագոյացման և վերընթաց հոսանքների (կոնվեկցիա) ուժի վրա։
Տրոպոսֆերա՝ եղանակի «կենտրոնական թատերաբեմը»
Տրոպոսֆերան ամենացածր շերտն է, որը տարածվում է Երկրի մակերևույթից մինչև մոտ 8-18 կմ խորություն՝ կախված լայնությունից (ավելի խիտ է արևադարձային գոտիներում և ավելի նոսր՝ բևեռներում): Այստեղ է գտնվում մթնոլորտի օդային զանգվածի մեծ մասը և գրեթե ամբողջ ջրային գոլորշին: Հետևաբար, եղանակային երևույթները՝ ամպերը, անձրևը, մակերևութային քամիները, փոթորիկները, հիմնականում տեղի են ունենում տրոպոսֆերայում:
Տրոպոսֆերայի հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ ջերմաստիճանը նվազում է բարձրության հետ։ Այս նվազումը տեղի է ունենում, քանի որ մթնոլորտի հիմնական ջերմային աղբյուրը գալիս է Երկրի մակերևույթից, որը կլանում է արեգակնային ճառագայթումը, ապա տաքացնում է իր վերևում գտնվող օդը։ Տրոպոսֆերայում ջերմաստիճանի նվազման միջին տեմպը կազմում է մոտ 6,5°C մեկ կիլոմետրի վրա, չնայած սա կարող է տարբեր լինել՝ կախված խոնավության պայմաններից և օդի դինամիկայից։
Ինչպե՞ս է տրոպոսֆերան ազդում եղանակի վրա։
1. Կոնվեկցիա և ամպագոյացում
Երբ մակերեսին մոտ գտնվող օդը տաքանում է, այն դառնում է ավելի թեթև և բարձրանում։ Բարձրանալուն զուգընթաց օդը ընդարձակվում և սառչում է։ Երբ այն սառչում է մինչև ցողի կետը, ջրային գոլորշին խտանում է ամպի կաթիլների մեջ։ Այս գործընթացը հիմք է հանդիսանում արևադարձային շրջաններում տարածված կուտակային ամպերի, ամպրոպների և կոնվեկտիվ անձրևի առաջացման համար։
2. Մթնոլորտային կայունություն
Եղանակը մեծապես կախված է մթնոլորտի «կայուն» կամ «անկայուն» լինելուց։ Եթե վերևում գտնվող օդը ավելի տաք է, քան ներքևում գտնվող օդը (կամ ջերմաստիճանը փոքր-ինչ նվազում է բարձրության հետ), օդը դժվարությամբ է բարձրանում, ինչը հանգեցնում է պարզ եղանակի և ամպագոյացման սահմանափակման։ Եվ հակառակը, եթե վերևում գտնվող օդը շատ ավելի զով է, ստորին օդը հեշտությամբ բարձրանում է, ինչը հանգեցնում է խիտ ամպերի և փոթորիկների առաջացմանը։
3. Միջին լայնության ճակատներ և փոթորիկներ
Մերձարևադարձայինից մինչև միջին լայնությունների շրջաններում տաք և սառը օդային զանգվածների հանդիպումը ձևավորում է ճակատներ: Ճակատները առաջացնում են հարկադիր վերելքներ, որոնք առաջացնում են լայնածավալ շերտավոր ամպեր և երկարատև տեղումներ: Այս ճակատային դինամիկայից զարգանում են բազմաթիվ էքստրատրոպիկ փոթորկային համակարգեր:
Տրոպոպաուզա՝ ամպերի աճի «ծածկոցը»
Տրոպոսֆերայի վերին մասում գտնվում է տրոպոպաուզան՝ անցումային շերտ, որը նշում է ջերմաստիճանի անկման ավարտը: Տրոպոպաուզան համեմատաբար կայուն է և գործում է որպես պատնեշ՝ սահմանափակելով ամպերի ուղղահայաց աճը: Ուժեղ փոթորկային ամպերը (կումուլոնիմբուսները) կարող են հրվել տրոպոպաուզայի դեմ և տարածվել հորիզոնական ուղղությամբ՝ ձևավորելով սալ: Տրոպոպաուզայի բարձրությունը, որն ավելի բարձր է արևադարձային գոտիներում, նույնպես ազդում է շատ բարձր ամպերի գագաթներով փոթորիկների առաջացման հավանականության վրա:
Ստրատոսֆերա՝ կայուն շերտ, որը ազդում է քամու ուղղությունների վրա
Տրոպոպաուզայից վերև գտնվում է ստրատոսֆերան՝ մոտավորապես 10-50 կմ բարձրության վրա։ Ի տարբերություն տրոպոսֆերայի, ստրատոսֆերայում ջերմաստիճանը բարձրանում է բարձրության հետ։ Ջերմաստիճանի այս բարձրացումը հիմնականում պայմանավորված է օզոնի կողմից ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման կլանմամբ, այդ իսկ պատճառով ստրատոսֆերան հաճախ անվանում են օզոնային շերտի «բնակարան»։
Ստրատոսֆերան ավելի կայուն է, քանի որ տաք օդը գտնվում է ավելի զով օդի վերևում (մի պայման, որը ճնշում է կոնվեկցիան): Հետևաբար, ամպերը և տուրբուլենտությունը շատ ավելի քիչ տարածված են, և օդի շարժումը հակված է ավելի հարթ լինելու:
Ստրատոսֆերայի ազդեցությունը եղանակի վրա
Չնայած ստրատոսֆերայում եղանակ չի առաջանում, այս շերտը ազդում է եղանակի վրա հետևյալի միջոցով.
1. Ջրային հոսանքներ և լայնածավալ շրջանառություն
Տրոպոսֆերա-ստրատոսֆերա սահմանի մոտ կան ուժեղ քամու հոսանքներ, ինչպիսիք են ռեակտիվ հոսանքները, որոնք դեր են խաղում փոթորիկների ուղիները ուղղորդելու, տեղումների օրինաչափությունների վրա ազդելու և ցածր/բարձր ճնշման համակարգերի շարժման արագությունը որոշելու գործում։
2. Ստրատոսֆերային խանգարումներ (օրինակ՝ ստրատոսֆերայի հանկարծակի տաքացում)
Ստրատոսֆերայի մեծ փոփոխությունները կարող են «թափանցել» տրոպոսֆերա՝ փոխելով քամու օրինաչափությունները և ազդելով ձմեռային եղանակի վրա որոշ բարձր լայնության շրջաններում: Սա ենթադրում է, որ վերին մթնոլորտը կարող է փոխել ներքևի եղանակային օրինաչափությունները փոխկապակցված մթնոլորտային դինամիկայի միջոցով:
Մեզոսֆերա՝ ծայրահեղ սառեցման գոտի
Մեզոսֆերան տարածվում է մոտավորապես 50-85 կմ բարձրությունից։ Այս շերտում ջերմաստիճանը կրկին նվազում է բարձրության հետ և կարող է շատ ցածր դառնալ։ Մեզոսֆերան կարևոր է փոքր երկնաքարերի այրման համար, սակայն դրա անմիջական ազդեցությունը մակերևութային եղանակի վրա համեմատաբար փոքր է։ Այնուամենայնիվ, այն մնում է մթնոլորտային համակարգի կենսական մասը՝ ազդելով մթնոլորտային ալիքների տարածման և էներգիայի դինամիկայի վրա գլոբալ մասշտաբով։
Ջերմոլորտ՝ բարձր էներգիայի ճառագայթման հետևանքով առաջացած ջերմություն
Մեզոսֆերայից վերև գտնվում է ջերմոլորտը (մոտ 85 կմ բարձրության վրա), որտեղ ջերմաստիճանը կտրուկ բարձրանում է արևից բարձր էներգիայի ճառագայթման կլանման պատճառով: Չնայած «բարձր» ջերմաստիճաններին, օդի խտությունը այնքան ցածր է, որ ջերմությունը այնքան ուժեղ չի զգացվում, որքան Երկրի մակերևույթի վրա: Ջերմոլորտն ավելի շատ կապված է այնպիսի երևույթների հետ, ինչպիսիք են բևեռափայլը և ռադիոկապը, քան ամենօրյա եղանակը, բայց արեգակնային ակտիվությունը կարող է առաջացնել իոնոլորտի փոփոխություններ, որոնք ազդում են կապի և նավիգացիոն համակարգերի վրա:
Ուղղահայաց հարաբերություններ. ինչո՞ւ են ջերմաստիճանի պրոֆիլները կարևոր։
Եղանակը, ըստ էության, արևային էներգիայի, ջրային գոլորշու և օդի շարժման փոխազդեցության արդյունք է: Ուղղահայաց ջերմաստիճանի պրոֆիլը որոշում է, թե արդյոք օդը հակված է բարձրանալ, թե իջնել: Երբ օդը հեշտությամբ է բարձրանում, ամպերը խտանում են, տեղումների ինտենսիվությունը մեծանում է, և ամպրոպների ռիսկը մեծանում է: Երբ օդը դժվարանում է բարձրանալ, առաջանում է ինվերսիա կամ բարձր կայունություն, որը կարող է մառախուղի շարունակականություն առաջացնել, աղտոտվածությունը որսալ և օրերը շոգ դարձնել:
Հստակ օրինակ է ջերմաստիճանի ինվերսիան ստորին տրոպոսֆերայում, որտեղ ջերմաստիճանը իրականում բարձրանում է մակերևույթին մոտ բարձրության հետ։ Ինվերսիաները հաճախ տեղի են ունենում պարզ գիշերներին կամ հովիտներում՝ խոչընդոտելով օդի խառնումը։ Արդյունքում, մառախուղը և աղտոտվածությունը կարող են ավելի երկար տևել։ Ինվերսիաները կարող են նաև եղանակը պարզ թվալ, բայց օդի որակը վատանում է։
Եզրակացություն
Մթնոլորտի ուղղահայաց կառուցվածքը կազմում է այն «շրջանակը», որի շրջանակներում տեղի է ունենում եղանակը: Տրոպոսֆերան ամպերի, անձրևի և փոթորիկների առաջացման հիմնական ասպարեզն է, քանի որ այն հարուստ է ջրային գոլորշիով և ջերմաստիճանի նվազում է ապրում բարձրության հետ մեկտեղ: Տրոպոպաուզան հանդես է գալիս որպես կայուն սահման, որը սահմանափակում է ամպերի աճը, մինչդեռ կայուն ստրատոսֆերան նաև ազդում է փոթորիկների ուղիների վրա ռեակտիվ հոսանքի և մեծածավալ դինամիկայի միջոցով: Վերևի շերտերը՝ մեզոսֆերան և ջերմոլորտը, ավելի քիչ ուղղակի ազդեցություն ունեն մակերևութային եղանակի վրա, բայց դեռևս մաս են կազմում գլոբալ մթնոլորտային համակարգի, որը կարգավորում է էներգիայի բաշխումը և ալիքները:
Հասկանալով մթնոլորտի շերտերը և դրանց բնութագրերը՝ մենք կարող ենք ավելի հեշտությամբ հասկանալ, թե ինչու է եղանակը կարող այդքան դինամիկ լինել, ինչու են փոթորիկներ տեղի ունենում որոշակի պայմաններում, և ինչպես կարող են վերին մթնոլորտի փոփոխությունները ազդել Երկրի մակերևույթի վրա: Այս գիտելիքը կարևոր է ոչ միայն օդերևութաբանության, այլև մարդկային գործունեության՝ գյուղատնտեսության, ավիացիայի, աղետների մեղմացման և կլիմայի փոփոխությանը հարմարվողականության պլանավորման համար:
