Атмосфераның тік құрылымы және оның ауа райына әсері
Жер атмосферасы біртекті ауа қабаты емес. Ол әрқайсысының өзіндік температура, қысым және құрам сипаттамалары бар тік қабаттардан тұрады. Бұл айырмашылықтар бұлттардың қалай пайда болатынын, желдің қалай қозғалатынын және ауа райының бір аймақта тез өзгеріп, екінші аймақта тұрақты болып қалуының себебін анықтайды. Атмосфераның тік құрылымын түсіну бізге күнделікті ауа райы процестерін – жаңбыр мен найзағайдан бастап тұман мен жылу толқындарына дейін – ғылыми тұрғыдан түсіндіруге көмектеседі.
Атмосфера көп қабатты жүйе ретінде
Жалпы, атмосфераның тік құрылымы биіктікке байланысты температураның өзгеруіне (температураның төмендеуі немесе жоғарылауы) байланысты бөлінеді. Бұл бөліну төрт негізгі қабатты құрайды: тропосфера, стратосфера, мезосфера және термосфера. Бұл қабаттардың арасында тропопауза, стратопауза және мезопауза деп аталатын өтпелі шекаралар бар. Ауа райы негізінен төменгі қабаттарда болғанымен, олардың үстіндегі қабаттар атмосфераның тұрақтылығына және кең ауқымды ауа айналымының заңдылықтарына да әсер етеді.
Температурадан басқа, ауа қысымы да жүйелі түрде өзгереді. Биіктік артқан сайын ауа қысымы мен тығыздығы төмендейді. Бұл маңызды, себебі биіктіктегі жұқа ауаның су буын және жылуды ұстап тұру қабілеті төмен, бұл бұлттың пайда болуына және көтерілетін ағындардың күшіне (конвекция) әсер етеді.
Тропосфера: ауа райының «орталық кезеңі»
Тропосфера - ең төменгі қабат, ол Жер бетінен ендікке байланысты шамамен 8-18 км тереңдікке дейін созылады (тропиктерде қалыңырақ, ал полюстерде жұқарақ). Атмосфераның ауа массасының көп бөлігі және оның барлық дерлік су буы осы жерде орналасқан. Сондықтан ауа райы құбылыстары - бұлттар, жаңбыр, жер бетіндегі желдер, дауылдар - көбінесе тропосферада болады.
Тропосфераның негізгі сипаттамасы - температура биіктікпен төмендейді. Бұл төмендеу атмосфераның негізгі жылу көзі Жер бетінен келетіндіктен орын алады, ол күн радиациясын сіңіріп, содан кейін үстіндегі ауаны қыздырады. Тропосферада температураның орташа төмендеу жылдамдығы километрге шамамен 6,5°C құрайды, дегенмен бұл ылғалдылық жағдайлары мен ауа динамикасына байланысты өзгеруі мүмкін.
Тропосфера ауа райына қалай әсер етеді?
1. Конвекция және бұлттың пайда болуы
Жер бетіне жақын ауа қызған кезде, ол жеңілдеп, көтеріледі. Көтерілген сайын ауа кеңейіп, салқындайды. Шық нүктесіне дейін салқындаған кезде, су буы бұлт тамшыларына айналады. Бұл процесс тропикалық аймақтарда жиі кездесетін кумуляциялық бұлттардың, найзағайлардың және конвективті жаңбырдың пайда болуының негізі болып табылады.
2. Атмосфералық тұрақтылық
Ауа райы атмосфераның «тұрақты» немесе «тұрақсыз» болуына қатты әсер етеді. Егер жоғарыдағы ауа төмендегі ауадан жылырақ болса (немесе температура биіктікке қарай аздап төмендесе), ауа көтерілуде қиындықтарға тап болады, бұл ашық ауа райына және бұлттардың пайда болуына әкеледі. Керісінше, егер жоғарыдағы ауа әлдеқайда салқын болса, төменгі ауа оңай көтеріліп, қалың бұлттар мен дауылдардың пайда болуына әкеледі.
3. Орта ендік фронттары мен дауылдар
Субтропиктік және орта ендік аймақтарында жылы және суық ауа массаларының кездесуі фронттарды құрайды. Фронттар мәжбүрлі жоғары қарай ағындарды тудырады, бұл кең стратиформды бұлттар мен ұзаққа созылған жауын-шашынды тудырады. Көптеген экстратропикалық дауыл жүйелері осы фронтальды динамикадан дамиды.
Тропопауза: бұлттардың өсуіне арналған «қақпақ»
Тропосфераның жоғарғы жағында тропопауза орналасқан, бұл температураның төмендеуінің аяқталуын білдіретін өтпелі қабат. Тропопауза салыстырмалы түрде тұрақты және бұлттардың тік өсуін шектейтін тосқауыл ретінде әрекет етеді. Күшті дауыл бұлттары (кумулонимбус) тропопаузаға қарсы көтеріліп, көлденеңінен жайылып, төс түзе алады. Тропопаузаның биіктігі - тропикте жоғарырақ - өте биік бұлт шыңдары пайда болатын дауылдардың пайда болу ықтималдығына да әсер етеді.
Стратосфера: желдің сипатына әсер ететін тұрақты қабат
Тропопаузадан жоғарыда шамамен 10-50 км биіктікте стратосфера орналасқан. Тропосферадан айырмашылығы, стратосферада температура биіктікке қарай артады. Температураның бұл жоғарылауы, ең алдымен, озонның ультракүлгін сәулеленуді сіңіруіне байланысты, сондықтан стратосфера көбінесе озон қабатының «үйі» деп аталады.
Стратосфера тұрақтырақ, себебі жылы ауа салқын ауаның үстінде орналасқан (конвекцияны басатын жағдай). Сондықтан бұлттар мен турбуленттік сирек кездеседі, ал ауа қозғалысы тегіс болады.
Стратосфераның ауа райына әсері
Стратосферада ауа райы болмаса да, бұл қабат ауа райына келесі жолдармен әсер етеді:
1. Реактивті ағындар және кең ауқымды айналым
Тропосфера-стратосфера шекарасының жанында дауыл жолдарын бағыттауда, жауын-шашын үлгілеріне әсер етуде және төмен/жоғары қысымды жүйелердің қозғалыс жылдамдығын анықтауда рөл атқаратын ағынды ағындар сияқты күшті жел ағындары бар.
2. Стратосфералық бұзылулар (мысалы, стратосфераның кенеттен жылынуы)
Стратосферадағы үлкен өзгерістер тропосфераға «өтіп», желдің құрылымын өзгертіп, кейбір биік ендік аймақтарындағы қысқы ауа райына әсер етуі мүмкін. Бұл жоғарғы атмосфераның төмендегі ауа райы құрылымдарын өзара байланысты атмосфералық динамикалар арқылы өзгерте алатынын көрсетеді.
Мезосфера: қатты салқындату аймағы
Мезосфера шамамен 50–85 км биіктіктен созылып жатыр. Бұл қабатта температура биіктікпен қайтадан төмендейді және өте төмен түсуі мүмкін. Мезосфера кішігірім метеорлардың жануы үшін маңызды, бірақ оның жер бетіндегі ауа райына тікелей әсері салыстырмалы түрде аз. Дегенмен, ол атмосфералық жүйенің маңызды бөлігі болып қала береді, атмосфералық толқындардың таралуына және жаһандық ауқымда энергия динамикасына әсер етеді.
Термосфера: жоғары энергиялы сәулеленуден туындайтын жылу
Мезосфераның үстінде (шамамен 85 км биіктікте) термосфера орналасқан, онда күн сәулесінің жоғары энергиялы сәулеленуін сіңіруіне байланысты температура күрт көтеріледі. «Жоғары» температураға қарамастан, ауа тығыздығы соншалықты төмен, сондықтан жылу Жер бетіндегідей күшті сезілмейді. Термосфера күнделікті ауа райына қарағанда полярлық шұғыла және радиобайланыс сияқты құбылыстармен көбірек байланысты, бірақ күн белсенділігі ионосферадағы байланыс және навигация жүйелеріне әсер ететін өзгерістерді тудыруы мүмкін.
Тік қатынастар: температуралық профильдер неліктен маңызды?
Ауа райы негізінен күн энергиясы, су буы және ауа қозғалысының өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады. Тік температура профилі ауаның көтерілуіне немесе төмендеуіне бейім екенін анықтайды. Ауа оңай көтерілгенде, бұлттар қоюланады, жауын-шашын қарқындылығы артады және найзағай қаупі артады. Ауа көтерілуге тырысқанда, инверсия немесе жоғары тұрақтылық пайда болады, бұл тұманның сақталуына, ластанудың жиналуына және күндерді ыстық сезінуге әкелуі мүмкін.
Айқын мысал ретінде тропосфераның төменгі қабатындағы температура инверсиясын айтуға болады, мұнда температура жер бетіне жақын биіктікке қарай артады. Инверсиялар көбінесе ашық түндерде немесе аңғарларда болады, бұл ауаның араласуына кедергі келтіреді. Нәтижесінде тұман мен ластану ұзақ уақыт сақталуы мүмкін. Инверсиялар ауа райын ашық етіп көрсетуі мүмкін, бірақ ауа сапасы нашарлайды.
Қорытынды
Атмосфераның тік құрылымы ауа райының пайда болатын «қаңқасын» құрайды. Тропосфера бұлт, жаңбыр және дауылдың пайда болуының негізгі аренасы болып табылады, себебі ол су буына бай және биіктікпен температураның төмендеуін сезінеді. Тропопауза бұлттардың өсуін шектейтін тұрақты шекара ретінде әрекет етеді, ал тұрақты стратосфера дауыл жолдарына реактивті ағын мен кең ауқымды динамикаға әсер етеді. Жоғарыдағы қабаттар - мезосфера және термосфера - жер бетіндегі ауа райына аз тікелей әсер етеді, бірақ энергияның таралуы мен толқындарды реттейтін жаһандық атмосфералық жүйенің бөлігі болып табылады.
Атмосфера қабаттарын және олардың сипаттамаларын түсіну арқылы біз ауа райының неліктен соншалықты динамикалық болуы мүмкін екенін, белгілі бір жағдайларда дауылдардың неліктен болатынын және атмосфераның жоғарғы қабаттарындағы өзгерістер Жер бетіне қалай әсер етуі мүмкін екенін оңайырақ түсіне аламыз. Бұл білім тек метеорология үшін ғана емес, сонымен қатар адам қызметін жоспарлау үшін де маңызды - ауыл шаруашылығы, авиация, апаттардың салдарын азайту және климаттың өзгеруіне бейімделу.
