Распределение температуры с высотой в тропосфере и стратосфере
1. Мы встречаемся в атмосфере как с падением, так и с ростом
температуры по вертикали. В нижней части атмосферы - в тропосфере -
возможно и то, и другое. Однако падение температуры с высотой в
тропосфере преобладает, и в среднем вертикальный градиент
температуры в тропосфере равен 0,5- 0,7°С/100 м. При этом в нижних 4
км он ближе к 0,5°С/100 м, а в полярных областях и зимой в средних
широтах даже уменьшается до 0,1-0,4°С/100 м. В верхней части
тропосферы градиент возрастает до 0,7-0,8°С/100 м.
Затем обнаруживается переходный слой тропопаузы, где вертикальный
градиент убывает до 0,1-0,2о/Ю0 м. В высоких широтах тропопауза
лежит (в среднем) на высоте 8-10 км, в средних широтах - на высоте
10-12 км, а вблизи экватора - выше 16 км.
Еще выше, над тропопаузой, мы переходим к стратосфере, где падение
температуры с высотой сменяется повышением; вертикальные градиенты
температуры здесь отрицательны, однако малы по абсолютной величине.
В первом приближении нижнюю стратосферу можно считать даже
изотермическим слоем, в котором температура с высотой не изменяется.
Высота тропопаузы в средних и высоких широтах изменяется в годовом
ходе. Так, в Ленинграде тропопауза в среднем начинается летом на
высоте 10,7 км, а зимой на 9,6 км. В Антарктике максимум высоты
тропопаузы наблюдается зимой, а в Арктике, кроме летнего максимума
высоты, есть еще вторичный, зимний максимум.
Вследствие того что тропосферное падение температуры в тропиках
распространяется до больших высот, температура на уровне тропопаузы
и над ним в тропиках очень низка: круглый год от -70 до - 80 °С, а в
отдельных случаях ниже -90 °С. В умеренных широтах температура
нижней стратосферы значительно выше (порядка -55° С) и с небольшим
годовым ходом (рис. 29). Например, в Ленинграде на уровне тропопаузы
летом в среднем -48 °С, а зимой -57 °С.
Рис. 29. Распределение средней температуры
воздуха с высотой на экваторе (1), на 30° с. ш. (2) и .на 60° с. ш.
(3).
Рис. 30. Распределение средней зональной
температуры воздуха в северном полушарии в январе и июле.
В полярных областях температура тропопаузы летом еще выше, чем в
умеренных широтах, особенно в Арктике (-45 °С). Над тропопаузой, в
нижней стратосфере, она повышается даже до -35 °С как в Арктике, так
и в Антарктике. Это значит, что летом полярная стратосфера много
теплее, чем стратосфера тропическая. Но зимой тропопауза над
Арктикой имеет температуру порядка -60 °С и над Антарктикой около
-70 °С. В нижней стратосфере температура еще ниже: до -70°С в
Арктике и до -80 °С (а в отдельных случаях до -90 °С) в Антарктике
(рис. 30).
Это значит, что зимой стратосфера над полярными областями почти
так же холодна, как и над тропиками.
Итак, в тропиках стратосфера холодна круглый год, в полярных
областях - только зимой. Это очень важное различие нам придется
вспомнить, когда будем объяснять особенности обшей циркуляции
атмосферы.
2. Добавим некоторые подробности относительно тропопаузы. Высота
тропопаузы и температура на уровне тропопаузы и в нижней стратосфере
изменяются не только в годовом ходе, но и день ото дня. Иногда за
сутки высота тропопаузы изменяется на 3 км или больше, а температура
на уровне тропопаузы- на 10-20 °С. Эти изменения высоты и
температуры тропопаузы связаны с прохождением областей низкого и
высокого атмосферного давления - циклонов и антициклонов. В циклонах
тропопауза снижается и температура ее повышается, в антициклонах она
приподнимается, а температура ее понижается.
Распределение температуры внутри самого слоя тропопаузы может
представлять собой непрерывный переход от положительных тропосферных
градиентов температуры к отрицательным стратосферным. Но в других
случаях в слое тропопаузы может наблюдаться резкая инверсия
температуры, т. е. скачкообразный рост температуры с высотой. Над
тропопаузой, в стратосфере, температура обычно растет, как об этом
сказано выше, однако не всегда. Если тропопауза низко опущена и
температура на ее уровне высока (как бывает в глубоких циклонах), то
и в стратосфере продолжается падение температуры, хотя и медленное в
сравнении с тропосферным.
Бывает и такое распределение температуры, когда в высоких широтах
Арктики и Антарктики зимой тропопаузу нельзя обнаружить вовсе:
тропосферное падение температуры постепенно переходит в замедленное
стратосферное падение, продолжающееся до больших высот.
Нередко над одним и тем же местом в одно и то же время наблюдаются
две тропопаузы или более, одна над другой. Выше говорилось, что
тропопауза не есть непрерывная поверхность, охватывающая весь земной
шар, и что в субтропических широтах постоянно обнаруживаются разрывы
тропопаузы. При этом над одним и тем же пунктом может одновременно
наблюдаться низкая полярная и высокая тропическая тропопауза. Но
также и в более высоких широтах тропопауза часто размывается и
возникает на новом уровне в связи с динамическими процессами в
атмосфере. При этом над отдельными участками земной поверхности
также может наблюдаться двойная или многослойная тропопауза.