Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата

Б.М. Смирнов

ФИЗИКА ГЛОБАЛЬНОЙ 
АТМОСФЕРЫ

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ, 
АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, 
ЭВОЛЮЦИЯ КЛИМАТА

2017

Atmosphera_Titul.indd   2
Atmosphera_Titul.indd   2
3/24/17   1:07 PM
3/24/17   1:07 PM

ISBN 978-5-91559-233-8

Á.Ì. Ñìèðíîâ
 Ôèçèêà ãëîáàëüíîé àòìîñôåðû. Ïàðíèêîâûé ýôôåêò,
àòìîñôåðíîå ýëåêòðè÷åñòâî, ýâîëþöèÿ êëèìàòà: Ó÷åáíîå
ïîñîáèå / Á.Ì. Ñìèðíîâ – Äîëãîïðóäíûé: Èçäàòåëüñêèé
Äîì «Èíòåëëåêò», 2017. – 256 ñ.
ISBN 978-5-91559-222-2

Ó÷åáíîå ïîñîáèå, ñîçäàííîå èçâåñòíûì ñîâåòñêèì è ðîññèéñêèì ôèçèêîì, ïîñâÿùåíî òð¸ì êëþ÷åâûì íàïðàâëåíèÿì ôèçèêè àòìîñôåðû â å¸ ãëîáàëüíîì ïîíèìàíèè – àòìîñôåðíîìó
ýëåêòðè÷åñòâó, ïðîáëåìå ñòðàòîñôåðíîãî îçîíà è íàèáîëåå àêòóàëüíîé ïðîáëåìå ýíåðãåòè÷åñêîãî áàëàíñà ñèñòåìû Çåìëÿàòìîñôåðà, òåñíî ñâÿçàííîé ñ ýâîëþöèåé êëèìàòà.
Íàèáîëåå ïîäðîáíî ðàññìîòðåíû ðàñ÷¸òíûå ìîäåëè ïàðíèêîâîãî ýôôåêòà. Óáåäèòåëüíî ïîêàçàíî, ÷òî âêëàä â ýòîò ýôôåêò óãëåêèñëîãî ãàçà ñóùåñòâåííî ìåíüøå, ÷åì ðîëü âîäÿíîãî ïàðà.
Ïðèâåä¸ííûå ðàñ÷¸òû, íàðÿäó ñ èçâåñòíûìè ðåçóëüòàòàìè
èññëåäîâàíèé îáðàçöîâ àíòàðêòè÷åñêîãî ëüäà çà ïîñëåäíèå 800
òûñÿ÷ ëåò, çàñòàâëÿþò îáîñíîâàííî óñîìíèòüñÿ â áåçäîêàçàòåëüíîé àíòðîïîãåííîé  âåðñèè íàáëþäàåìîãî ïîòåïëåíèÿ.
Àâòîð ïðè ýòîì íàïîìèíàåò î åñòåñòâåííûõ ïðè÷èíàõ ãèãàíòñêèõ ïîõîëîäàíèé è ïîòåïëåíèé çà ìíîãèå ìèëëèîíû ëåò.
Ïðèâîäèòñÿ äîñòàòî÷íî àðãóìåíòîâ â ïîëüçó âûâîäà î íåáåñêîðûñòíîé ìàíèïóëÿöèè ìíåíèåì ìåæäóíàðîäíîãî ñîîáùåñòâà ïî ïîâîäó îãðàíè÷åíèÿ âûáðîñîâ óãëåêèñëîãî ãàçà, çàòåÿííîé â èíòåðåñàõ êîíêðåòíûõ êîðïîðàöèé.
Ó÷åáíîå ïîñîáèå ðàññ÷èòàíî íà ñòóäåíòîâ è ïðåïîäàâàòåëåé
ôèçè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé, êëèìàòîëîãîâ è ýêîëîãîâ.

© 2017, Á.Ì. Ñìèðíîâ
© 2017, ÎÎÎ Èçäàòåëüñêèé Äîì
«Èíòåëëåêò», îðèãèíàë-ìàêåò,
îôîðìëåíèå

ISBN 978-5-91559-222-2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5

Л е к ц и я 1. Глобальный анализ атмосферы. . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.1. Модель стандартной атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.2. Энергетический баланс Земли и ее атмосферы . . . . . . . . . . . . .
15
1.3. Изменение глобальной температуры поверхности Земли . . . . . . .
21
1.4. Глобальная модель электрической системы Земли . . . . . . . . . . .
27

Л е к ц и я 2. Процессы переноса и основные компоненты
атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
2.1. Конвективный перенос воздуха в атмосфере Земли . . . . . . . . . .
32
2.2. Водяной пар в атмосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
2.3. Углекислый газ в атмосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
2.4. Фотосинтез на Земле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51

Л е к ц и я 3. Парниковый эффект в атмосфере . . . . . . . . . . . . . .
55
3.1. Природа парникового эффекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
3.2. Эмиссия фотонов из плоского слоя возбужденного газа . . . . . . .
58
3.3. Оптическая толщина атмосферы для ИК-излучения . . . . . . . . . .
63
3.4. Излучатели земной атмосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70

Л е к ц и я 4. Углекислый газ в парниковом эффекте Земли. . . . . .
77
4.1. Излучение молекул CO2 в атмосфере . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
4.2. Уходящее тепловое излучение атмосферы за счет CO2 . . . . . . . .
83
4.3. Тепловое излучение молекул углекислого газа, направленное к поверхности Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90

Л е к ц и я 5. Аэрозоли в атмосферных явлениях . . . . . . . . . . . . .
96
5.1. Аэрозоли в атмосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
5.2. Энергетические процессы с участием аэрозолей . . . . . . . . . . . .
102
5.3. Рост аэрозолей в атмосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
110
5.4. Равновесие между аэрозолями и струями влажного воздуха . . . .
116

Оглавление

Л е к ц и я 6. Космические лучи и ионизация атмосферы . . . . . . .
120

6.1. Ионизация атмосферы под действием космических лучей . . . . . .
120
6.2. Фотоионизация молекул воздуха γ-квантами в атмосфере . . . . .
127
6.3. Торможение быстрой заряженной частицы и ионизация атмосферного воздуха . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
130
6.4. Ионы в нижней атмосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
136

Л е к ц и я 7. Атмосферное электричество . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
142

7.1. Особенности электрических процессов в атмосфере . . . . . . . . . .
142
7.2. Процессы зарядки аэрозолей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
145
7.3. Процессы эволюции зарядов в кучевом облаке . . . . . . . . . . . . .
152
7.4. Формирование дождя в грозовую погоду . . . . . . . . . . . . . . . . .
158

Л е к ц и я 8. Проблема стратосферного озона. . . . . . . . . . . . . . . .
162

8.1. Озон в атмосфере Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
162
8.2. Атомарный кислород в верхней атмосфере . . . . . . . . . . . . . . . .
169
8.3. Циклы разрушения озона в стратосфере . . . . . . . . . . . . . . . . .
176

Л е к ц и я 9. Природные энергетические процессы в атмосфере . .
184

9.1. Молния как электрический пробой в атмосфере . . . . . . . . . . . .
184
9.2. Вулканы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
192
9.3. Землятрясения, цунами и смерчи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
201
9.4. Океанские течения и наводнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
208

Л е к ц и я 10. Эволюция климата Земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212

10.1. Эволюция глобальных параметров атмосферы . . . . . . . . . . . . . .
212
10.2. Факторы, влияющие на изменение климата Земли . . . . . . . . . . .
219
10.3. Глобальные проблемы и мифы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
226

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
231

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
234

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с названием данная книга посвящена анализу глобальных явлений в атмосфере. С физической точки зрения термин «глобальный» означает, что рассматриваемые свойства просуммированы или
усреднены по всему «глобусу», т. е. по земному шару. Чтобы наглядно
представить себе, зачем нужно усреднение по большому числу объектов, выясним, что дает обществу один из простых параметров — средняя продолжительность жизни населения. Ясно, что этот параметр не
нужен для коротких национальных программ, но простым образом характеризует благополучие жизни человека в обществе. Например, на
основе этого параметра можно заключить, что жизнь в Японии гораздо благоприятнее для человека, чем в Эфиопии. Далее, этот параметр
позволяет проанализировать развитие общества и правильность пройденного пути с точки зрения благополучия человека.
Глобальное рассмотрение проблемы полезно при определенных условиях. Чтобы разобраться в этом, вернемся к проблеме продолжительности жизни. Очевидно, для понимания состояния общества, к которому
она относится, представляет интерес не только эта характеристика, но
и ее эволюция со временем. Для описания этого процесса удобно иметь
дело с функцией распределения людей по возрасту и характером ее изменения со временем. При более простом описании ограничимся только
двумя параметрами этого распределения, средний возраст и среднее
квадратичное для отклонения от среднего возраста, или, как еще называют эту характеристику, дисперсия или флуктуация данной величины.
Эволюция этих параметров во времени позволяет понять характер развития рассматриваемой системы. Для наглядности рассмотрим с этих
позиций движение частицы в газе во внешнем поле, скажем, падение
частицы в атмосферном воздухе под действием гравитационного поля
Земли. Данная частица участвует в двух типах движения, направленном и хаотичном. Под действием силы тяжести за время t она спускается на высоту wt, где w — дрейфовая скорость частицы под действием ее
веса. Кроме того, участвуя в хаотическом движении, за это время она

Введение

удаляется от начальной высоты в среднем на величину (2Dt)0,5 вверх
и вниз, где D — коэффициент диффузии пробной частицы в воздухе,
определяемый ее столкновениями с молекулами воздуха. Как видно,
направленное движение частицы становится преобладающим на больших временах t ≫ D/w2. Отсюда можно прийти к выводу, что глобальный подход эффективен, если используемая информация относится к
большому сроку эволюции системы. Тогда на основе анализа глобальных явлений можно дать прогноз о последующем ее развитии с точки
зрения рассматриваемых параметров. Глобальный подход к проблеме
удобен для понимания эволюции сложной системы, поскольку усреднение позволяет освободиться от флуктуаций, связанных с многообразием свойств и процессов. С другой стороны, приближение, основанное
на использовании глобальных параметров, является грубым; ведь при
этом теряется информация о детальных свойствах системы.
В данной книге рассмотрены три типа глобальных свойств атмосферы Земли, а именно: энергетика атмосферы, включая парниковый
эффект, атмосферное электричество и проблема стратосферного озона.
В каждом случае понимание проблемы складывается из большого числа
наблюдательных данных, экспериментальных исследований и теоретического анализа, а результат этого понимания выражается в цифрах,
относящихся к соответствующим свойствам. Отметим также, что сами
концепции, лежащие в основе этого понимания, существуют десятки
или сотню лет, поэтому со временем они детализируются и несколько
модифицируются, но их суть сохраняется.
Предлагаемый курс лекций включает глобальные проблемы Земли и
ее атмосферы, т. е. проблемы, относящиеся ко всей атмосфере в целом.
Это означает, что рассматриваемые параметры атмосферы усреднены
как по времени, т. е. по времени суток и сезону, так и по географической широте, и поэтому зависят только от высоты над уровнем моря.
Исследование глобальной атмосферы позволяет понять общие свойства
атмосферы и характер эволюции ее отдельных свойств. Первой глобальной моделью атмосферы стала глобальная модель атмосферного электричества [1, 2], описывающая Землю и нижнюю атмосферу как единую
электрическую цепь. При этом Земля заряжена отрицательно [1, 3], а
сама зарядка осуществляется в результате переноса заряда с нижнего
края грозового облака, который чаще всего несет отрицательный заряд.
Под действием этого заряда в атмосфере создается электрическое поле
высокой напряженности, и хотя его напряженность в среднем на два
порядка ниже пробойного, т. е. вызывающего электрический пробой в
воздухе между плоскими электродами, эти поля создают коронный разряд вблизи острых предметов, а возникающий при этом электрический
ток ведет к частичной разрядке облаков. Другой механизм разрядки

Введение
7

облака и зарядки Земли реализуется под действием молний. Отметим
важную роль в цепи электрических процессов ионизации молекул воздуха под действием космических лучей. Более того, исследование космических лучей началось с измерения зависимости скорости ионизации
атмосферы от высоты над уровнем моря [4], которое положило начало
одному из важных направлений современной физики — физике высоких
энергий, включая и физику элементарных частиц.
Основное внимание книги сосредоточено на энергетическом балансе Земли и атмосферы. Этот баланс определяется потоком солнечного
излучения, попадающего в атмосферу и на поверхность Земли, а также потоками инфракрасного излучения, поглощаемого и испускаемого
поверхностью Земли и атмосферой. Поглощение и эмиссия атмосферой
Земли ИК-излучения носит название парникового эффекта, причем его
простая схема, устанавливающая связь между излучательными свойствами атмосферы в ИК-области спектра и глобальной температурой
Земли, т. е. температурой, усредненной по географическим координатам и времени, была предложена С. Аррениусом в конце XIX в. [5].
В рамках этой модели изменение глобальной температуры Земли, которая рассматривается как характеристика климата Земли, предполагалось пропорциональным изменению концентрации атмосферного углекислого газа, который является параметром, описывающим состояние
атмосферы. Эта схема неявно подразумевала, что изменение концентрации углекислого газа является главной причиной изменения климата
Земли.
В последние полвека стало ясно, что основной парниковой компонентой является атмосферный водяной пар, а вклад углекислого газа
в парниковый эффект согласно проведенному в книге анализу составляет 15–20% в случае атмосферы, не содержащей облаков. Один из
убедительных аргументов, свидетельствующих о второстепенной роли
углекислого газа в парниковом эффекте, представлен на рис. 1 [6, 7].
Как видно, ширина спектра поглощения молекул углекислого газа в атмосфере на порядок величины ниже ширины спектра теплового излучения атмосферы. Поэтому при любых условиях атмосферный углекислый
газ будет играть второстепенную роль в создании теплового излучения
атмосферы. В связи с этим напомним, что в XIX в. вместе с развитием
физики и химии возник ряд идей, которые сыграли важную роль в развитии науки и присутствуют в современной науке в модифицированной
форме. Одна из них, теория тепловой смерти, опиралась на достижения
термодинамики и провозглашала, что всякая система с взаимодействующими элементами является равновесной системой, и ее эволюция ведет к одинаковой температуре ее элементов, что означает смерть для

Введение

живого мира. В дальнейшем было показано, что живые организмы не
являются равновесными системами, а сама концепция тепловой смерти
заставила проанализировать условия применимости термодинамики.

Рис. 1. Спектральная зависимость для теплового излучения Земли и атмосферы
(штриховая линия для средней температуры Земли 288 К и пунктирная
линия для температуры уходящего излучения T = 255 К), а также
спектр поглощения молекул углекислого газа (а) и воды (б) [6, 7]

Концепция парникового эффекта под действием углекислого газа была предложена примерно в то же время, что и теория тепловой смерти,
и также была доказана ее несостоятельность. Казалось бы, эту концепцию также следует выкинуть в корзину. Однако, к этому времени
были развиты пиар-методы и методы промывания мозгов разным слоям
общества через средства массовой информации, и группа предприимчивых людей воспользовалась этой отжившей свой век концепцией для
выкачивания денег у государств. Конечно, я не могу профессионально показать, как это делается (это проблема психологов и политиков).
Однако, рассмотрению парникового эффекта с физической точки зрения посвящено две лекции из десяти, и одна из них относится к формированию парникового эффекта за счет углекислого газа. Поскольку
молекула углекислого газа имеет простую структуру, парниковый эффект за счет излучения молекул углекислого газа может быть рассчитан
простыми методами без применения сложной вычислительной техники
и, во всяком случае, доступными для студентов, которые прошли указанные далее курсы физики. Другими словами, вклад углекислого газа
в парниковый эффект атмосферы может быть рассчитан студентами на
основе представленных алгоритмов для соответствующих условий. Но
в любом случае потоки ИК-излучения, создаваемые в реальной атмосфере молекулами углекислого газа, не превышают 20% от полных потоков излучения атмосферы на Землю и в окружающее пространство, а

Введение
9

основной вклад дает атмосферная вода в виде свободных молекул воды
и аэрозолей.
Третья рассмотренная далее глобальная проблема атмосферы связана со стратосферным озоном. Озон как химическое соединение O3
был открыт в 1839 г. Х. Ф. Шонбейном. Далее было установлено, что
эта молекула эффективно поглощает ультрафиолетовое излучение. В
1924 г. Г. Добсон создал спектрометр, позволивший определить содержание озона в столбе атмосферы. Это дало начало массовым измерениям содержания озона в атмосфере и позволило изучить в деталях характер поглощения ультрафиолетового излучения молекулой озона. Было установлено, что оптическая толщина атмосферы u для поглощения
ультрафиолетовых фотонов в области частот максимального поглощения составляет u ≈ 200, т. е. вероятность для этого фотона достигнуть
поверхности Земли пропорциональна exp(−u), т. е. чрезвычайно мала.
При этом молекула озона стабильна, и столкновение двух молекул озона не приводит к их химическому разрушению. Баланс озонового слоя в
стратосфере был описан С. Чепманом в 1930 г. [8]. Он показал, что молекулы озона образуются в стратосфере в результате прилипания атомов кислорода, приходящих в стратосферу из ионосферы, к молекулам
кислорода, а разрушение молекул озона является результатом столкновения молекулы озона с атомом кислорода. Этот характер разрушения
озона носит название цикла Чепмана или кислородного цикла. В начале семидесятых годов были открыты и другие циклы, приводящие к
превращению озона в кислород, а именно: азотный цикл, водородный
цикл и хлорный цикл [9, 10]. За эти работы П. Крутцен, М. Молина и
Ф. Ш. Ровланд получили нобелевскую премию по химии в 1995 г. [11].
Отметим, что каждая из рассматриваемых глобальных проблем включает в себя много аспектов и фактов, совокупность которых и определяет современное содержание проблемы. Последние десятилетия характеризовались заметным развитием физики атмосферных процессов благодаря ряду международных программ, как правило, с участием NASA и
институтов этой организации. Эти программы способствовали не только проведению более полных измерений атмосферных параметров, но
и привели к созданию новых приборов, позволяющих получать ранее
недоступную информацию. В качестве примера такого прогресса приведем измерения потоков солнечного излучения, попадающих в атмосферу. В качестве величины попадающего в атмосферу солнечного света
ранее использовалась так называемая «солнечная постоянная» (solar
constant), которая представляет собой поток солнечного излучения, попадющий в атмосферу Земли и остающийся неизменным во времени с
точностью до 0,01%. Увеличение точности измерения этой величины
в результате создания более точных приборов привело к замене ука

Введение

занного термина на «солнечная облученность» (solar irradiancy), и этот
термин учитывает изменение потока солнечного излучения в результате
изменения солнечной активности или изменения положения Земли. Как
видно, развитие измерительной техники позволяет исследовать более
тонкие свойства системы и изменить представление об объекте.
Среди многих достижений, достигнутых при анализе глобальных
атмосферных процессов в последние десятилетия и рассмотренных далее, обратим внимание на нахождение изменения глобальной температуры планеты. Этот параметр, как мера изменения климата, занимает
центральное место при анализе эволюции климата Земли. При этом
глобальная температура Земли, как и локальные температуры в разных точках планеты характеризуются флуктуацией порядка градуса,
поскольку различие локальных температур для разных точек планеты
в данный момент времени может составлять десятки градусов. Отсюда
флуктуация глобальной температуры Земли, определяемая на основании измерения текущих температур, может быть оценена в градусы.
Это означает, что если определять изменение глобальной температуры
в заданном интервале времени как разность глобальных температур
для этих времен, то флуктуации температуры составляют градусы. В
работе [12] был сформулирован другой подход, основу которого составляет нахождение разности температур в одинаковых географических
точках и одинаковое время суток и время года, но в разные годы. Далее проводится усреднение по времени суток и сезону, а также по географическим координатам. При таком методе флуктуацию в изменении глобальной температуре можно снизить примерно до 0,1 ◦С. Другими словами, меняя последовательность усреднения можно понизить
флуктуацию глобальной температуры на порядок величины. Последнее
означает, что разность значений для изменения глобальных температур
за определенный период времени для северного и южного полушарий
составляет примерно 0,1 ◦С. То же относится к сравнению изменения
глобальной температуры днем и ночью, зимой и летом, а также при
уменьшении вдвое числа метеостанций, данные которых учитываются.
При этом рассматриваемый подход с учетом изменения глобальной температуре на основе измерений метеостанций, начиная с 1880 г. дает, что
на первой стадии этого периода было похолодание, далее потепление, а
в период примерно с 1940 по 1980 гг. глобальная температура Земли не
изменялась в пределах указанных выше флуктуаций. Начиная с восьмидесятых годов до настоящего времени увеличение глобальной температуры Земли составило 0,6±0,1 ◦С. Такой характер изменения локальной температуры за полтора века не коррелирует с монотонным изменением концентрации углекислого газа в атмосфере [13]. В представленных ниже лекциях мы рассмотрим эти проблемы более подробно.

Введение
11

Указанный материал вложен в курс лекций для студентов. Он предназначен для студентов естественнонаучных специальностей, прошедших курсы квантовой механики, статистической физики, атомной и молекулярной спектроскопии, а также газодинамики. Такая форма материала требует законченных схем и четкой формулировки достигнутых
результатов в исследовании глобальных явлений в атмосфере. Этот материал включает в себя проблему атмосферного электричества, проблему стратосферного озона, энергетический баланс Земли и атмосферы в
целом, а также анализ глобальных процессов, возникающих при взаимодействии солнечного излучения в видимой области спектра, теплового излучения в ИК-области спектра и космических лучей с атмосферой.
Еще одна особенность книги связана с ее задачей получить современную схему рассматриваемых глобальных процессов в числовой форме,
опираясь на наблюдения, измерения и существующие концепции по отдельным аспектам представленных проблем. Поэтому в основе книги
лежит большой объем информации, что требует указания источников
ее получения. По этой причине данная книга включает большой список
использованной литературы, что несколько непривычно для учебных
пособий.

Л Е К Ц И Я
1

ГЛОБАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АТМОСФЕРЫ

Представлены параметры стандартной атмосферы как функция высоты, усредненные по времени суток и времени года. Проанализирован энергетический баланс Земли и ее атмосферы, начало которому дает
солнечное излучение, поглощаемое и отражаемое атмосферой и поверхностью Земли. Существенный вклад в энергетический баланс Земли вносит
ИК (инфракрасное) излучение, которое испускается или поглощается как
поверхностью Земли, так и ее атмосферой. С точки зрения электрических
процессов в атмосфере Земля представляет собой сферический конденсатор, нижняя обкладка которого находится на поверхности Земли и заряжена отрицательно, а верхняя находится в тропосфере на высоте нескольких км. Области внутри этого конденсатора соответствует наименьшая
проводимость атмосферы.

1.1.
МОДЕЛЬ СТАНДАРТНОЙ АТМОСФЕРЫ

Рассматривая глобальные параметры атмосферы, усредним
их по времени суток и времени года, чтобы они зависели только от
высоты атмосферного слоя над уровнем моря. Такое усреднение отвечает концепции стандартной атмосферы, и далее будут представлены
усредненные параметры стандартной атмосферы, относящиеся к широте 45◦N и взятые из [14–16]. Эти усредненные параметры ориентируются на атмосферу США и относятся к сухому воздуху. Стандартная атмосфера Земли на уровне моря содержит 78,08% молекул азота,
20,95% молекул кислорода и 0,93% атомов аргона. Хотя эти вещества
и являются основными компонентами воздуха, они не принимают участия в тепловом излучении атмосферы, и только атмосферный кислород
среди основных компонент участвует в химических процессах в нижней
атмосфере — тропосфере.
Приведем значения основных параметров стандартной атмосферы с
точностью до трех знаков в приземной атмосфере, где давление воздуха равно p = 101 кПа. Температура воздуха вблизи поверхности Земли