В одной из предыдущих статей я немного рассказала о вертикальном строении атмосферы. В вертикальном разрезе всей воздушной оболочки Земли выделяют несколько слоев, в которых температура, плотность, давление распределены по-разному. Понятно, что нет четких границ между слоями атмосферного воздуха, один слой переходит в другой – границы между ними условны.
Мы живем в пограничном слое атмосферы
В этом многослойном образовании особое место занимает пограничный слой, который располагается непосредственно над земной поверхностью. Высота его непостоянна, меняется примерно от 500 до 2000 м. По сравнению с общей высотой атмосферы пограничный слой – это тоненькая прослойка, но его роль в атмосферных процессах чрезвычайно велика.
Высота пограничного слоя определяется взаимодействием поверхности земли (подстилающей поверхности) и воздушного потока. Нижний слой воздуха тормозится вследствие действия силы трения, возникает сильная изменчивость по вертикали температуры, влажности, давления (в метеорологии существует понятие – сильные вертикальные градиенты). В результате возникает хаотичные вихревые движения воздуха – турбулентность, когда на небольшом пространстве в несколько десятков или сотен метров наблюдаются вертикальные движения противоположных направлений с разной скоростью и амплитудой.
Немного о турбулентности
Действие турбулентных потоков многие могли почувствовать при полете на самолете. Турбулентность часто возникает при прохождении сквозь облака, в которых образуются вихревые потоки, ударяющие в крылья.
Пассажирские самолеты летают на гораздо большей высоте, чем пограничный слой, и механизмы образования турбулентности там другие, хотя, если бы человек летал на высоте пограничного слоя атмосферы, ощущения были бы такие же, как в самолете в зоне турбулентности.
Как изучают пограничный слой
Именно благодаря турбулентным потокам пограничного слоя происходит обмен энергией и различными субстанциями – теплом, влагой, атмосферными примесями – нижних слоев с более высокими слоями атмосферы. Вихревые потоки пограничного слоя могут усилить или ослабить процессы более крупного масштаба.
Изучением особенностей пограничного слоя занимается отдельный раздел динамической метеорологии. Структура пограничного слоя сильно меняется в зависимости от свойств подстилающей поверхности: ее шероховатости, степени прогрева, влажности. Для исследований нужны результаты наблюдений метеорологических параметров с малым шагом по высоте.
К сожалению, спутниковая аппаратура не предназначена для таких задач. Можно использовать самолеты-лаборатории со специальной аппаратурой, но самолет сам создает завихрения, что создает дополнительные трудности при обработке данных.
Пожалуй, лучше всего для изучения структуры нижнего слоя атмосферы подходит метеорологическая вышка (или мачта), на которой на разной высоте установлены приборы, фиксирующие температуру, давление, влажность, составляющие скорости и направления ветра.
Возможно, многие знают о метеомачте в Обнинске высотой 310 м, которая была установлена в 1958 г. и с тех пор с ее помощью ведут экспериментальные исследования температурно-ветрового режима, турбулентности, условий переноса и рассеяния примеси в пограничном слое атмосферы. Во всем мире подобных мачт единицы.
Спасибо, что дочитали статью! Если понравилось, не забудьте поставить палец вверх и подписаться на канал.