ФИ́ЗИКА АТМОСФЕ́РЫ

ФИ́ЗИКА АТМОСФЕ́РЫ, со­во­куп­ность на­уч. на­прав­ле­ний ис­сле­до­ва­ния ат­мо­сфе­ры Зем­ли и др. пла­нет фи­зи­ко-ма­те­ма­тич. ме­то­да­ми. Изу­ча­ет про­цес­сы и яв­ле­ния, про­ис­хо­дя­щие в ат­мо­сфе­ре, её струк­тур­ные осо­бен­но­сти, со­став (а так­же его из­ме­не­ние) и свой­ст­ва га­зов и аэ­ро­золь­ных при­ме­сей. Ф. а. вклю­ча­ет сле­дую­щие на­прав­ле­ния: ди­на­ми­ку и тер­мо­ди­на­ми­ку ат­мо­сфе­ры, ат­мо­сфер­ную оп­ти­ку, фи­зи­ку об­ла­ков и ат­мо­сфер­но­го аэ­ро­зо­ля, ис­сле­до­ва­ние пе­ре­но­са из­лу­че­ния, тур­бу­лент­но­сти и рас­про­стра­не­ния волн в ат­мо­сфе­ре, взаи­модей­ст­вия ат­мо­сфе­ры с под­сти­лаю­щей по­верх­но­стью (океа­ном или су­шей), изу­че­ние по­гра­нич­но­го слоя ат­мо­сфе­ры, фи­зи­ку ио­но­сфе­ры и ат­мо­сфер­но­го элек­три­че­ст­ва.

Про­цес­сы пе­ре­но­са и транс­фор­ма­ции сол­неч­но­го из­лу­че­ния, а так­же те­п­ло­во­го из­лу­че­ния ат­мо­сфе­ры и под­сти­лаю­щей по­верх­но­сти изу­ча­ют­ся в рам­ках ак­ти­но­мет­рии в тес­ной свя­зи с ат­мосфер­ной оп­ти­кой и спек­тро­ско­пи­ей. Оп­ти­ка ат­мо­сфе­ры ис­сле­ду­ет эф­фек­ты, свя­зан­ные с рас­сея­ни­ем, по­гло­ще­ни­ем, пре­лом­ле­ни­ем, ди­фрак­ци­ей и по­ля­ри­за­ци­ей сол­неч­но­го из­лу­че­ния в ат­мо­сфе­ре. Оп­тич. и ра­диа­ци­он­ные свой­ст­ва ат­мо­сфе­ры, напр. про­зрач­ность и пар­ни­ко­вые свой­ст­ва, за­ви­сят от тер­мо­ди­на­мич. ха­рак­те­ри­стик ат­мо­сфер­ных сло­ёв и их ком­по­нен­тов, в т. ч. во­дя­но­го па­ра, ат­мо­сфер­но­го аэ­ро­зо­ля, ма­лых га­зо­вых при­ме­сей. Ра­диа­ци­он­ные по­то­ки в ат­мо­сфе­ре очень чув­ст­ви­тель­ны к об­лач­но­сти, их изу­че­ние тес­но свя­за­но с фи­зи­кой об­ла­ков.

Тер­мо­ди­на­ми­ка и ди­на­ми­ка ат­мо­сфер­ных про­цес­сов (гео­фи­зич. тер­мо- и гид­ро­ди­на­ми­ка) свя­за­ны с не­рав­но­мер­ным цик­лич. при­то­ком сол­неч­ной ра­диа­ции и, со­от­вет­ст­вен­но, с ква­зи­цик­лич. на­гре­вом пла­не­ты, её вра­ще­ни­ем и стра­ти­фи­ка­ци­ей ат­мо­сфе­ры. Это на­прав­ле­ние Ф. а. ис­сле­ду­ет энер­ге­ти­ку и об­щую цир­ку­ля­цию ат­мо­сфе­ры (с ме­ри­дио­наль­ны­ми ячей­ка­ми, зо­наль­ны­ми те­че­ния­ми и раз­но­мас­штаб­ны­ми струк­тур­ны­ми об­ра­зо­ва­ния­ми), вы­зы­вае­мую не­од­но­род­ным рас­пре­де­ле­ни­ем ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния на пла­не­те. Изу­ча­ют­ся осо­бен­но­сти се­зон­ных про­цес­сов, напр. воз­ник­но­ве­ние мус­со­нов, обу­слов­ли­вае­мых раз­ной те­п­ло­ём­ко­стью океа­нов/кон­ти­нен­тов и ва­риа­ция­ми ин­со­ля­ции.

По­сколь­ку ат­мо­сфе­ра Зем­ли силь­но стра­ти­фи­ци­ро­ва­на, осо­бо ис­сле­ду­ют­ся свой­ст­ва её отд. сло­ёв (тро­по­сфе­ры, стра­то­сфе­ры, ме­зо­сфе­ры, тер­мо­сфе­ры и эк­зо­сфе­ры) и про­ис­хо­дя­щие в них про­цес­сы. Вы­де­ля­ют так­же срав­ни­тель­но од­но­род­ную по со­ста­ву ат­мо­сфе­ру (го­мо­сфе­ру) и ге­те­ро­сфе­ру, в ко­то­рой ср. мо­ле­ку­ляр­ная мас­са умень­ша­ет­ся с вы­со­той. От­дель­но рас­смат­ри­ва­ют взаи­модей­ст­вие ат­мо­сфе­ры с под­сти­лаю­щей по­верх­но­стью. Осо­бое зна­че­ние име­ет ис­сле­до­ва­ние озо­но­во­го слоя и др. ра­диа­ци­он­но-ак­тив­ных ат­мо­сфер­ных ком­по­нен­тов; в этом слу­чае учи­ты­ва­ет­ся взаи­мо­дей­ст­вие тер­мо­гид­ро­ди­на­мич. и хи­мич. про­цес­сов в ат­мо­сфе­ре. Су­ще­ст­вен­ная осо­бен­ность ат­мо­сфе­ры Зем­ли – на­ли­чие в ме­зо­сфе­ре и тер­мо­сфе­ре сло­ёв, ио­ни­зо­ван­ных по­то­ка­ми сол­неч­но­го из­лу­че­ния и час­тиц, а так­же кос­мич. лу­ча­ми. Изу­че­ние этих сло­ёв (ио­но­сфе­ры) свя­за­но с ис­сле­до­ва­ни­ем зем­но­го маг­не­тиз­ма, сол­неч­ной ак­тив­но­сти и др.

В рам­ках ди­на­ми­ки ат­мо­сфе­ры ис­сле­ду­ет­ся фор­ми­ро­ва­ние ат­мо­сфер­ных об­ра­зо­ва­ний раз­ных мас­шта­бов, свя­зан­ных с разл. не­ус­той­чи­во­стя­ми в ат­мо­сфе­ре (напр., ге­не­ра­ция ци­кло­нов и ан­ти­ци­кло­нов). Осо­бую роль в ат­мо­сфе­ре Зем­ли иг­ра­ет во­дя­ной пар, ко­то­рый сре­ди про­че­го обес­пе­чи­ва­ет силь­ный пар­ни­ко­вый эф­фект. Ис­сле­до­ва­ние пе­ре­но­са во­дя­но­го па­ра в ат­мо­сфе­ре, его кон­ден­са­ции и об­ра­зо­ва­ния, фор­ми­ро­ва­ния об­ла­ков и осад­ков чрез­вы­чай­но важ­но для по­ни­ма­ния про­цес­сов, оп­ре­де­ляю­щих кли­мат Зем­ли. Боль­шое зна­че­ние име­ет изу­че­ние ат­мо­сфер­но­го элек­три­че­ст­ва, вклю­чаю­ще­го про­цес­сы ио­ни­за­ции ат­мо­сфе­ры, её элек­трич. про­во­ди­мость, объ­ём­ные за­ря­ды, то­ки, гро­зо­вые раз­ря­ды и их свя­зи с ме­тео­ро­ло­гич. фак­то­ра­ми.

Из­ме­ре­ние фи­зич. па­ра­мет­ров ат­мо­сфе­ры (темп-ры, дав­ле­ния и др.), яв­ляю­щих­ся осн. па­ра­мет­ра­ми в ме­тео­ро­ло­гии, ве­дёт­ся с 17 в., изу­че­ние свойств ат­мо­сфер­но­го элек­три­че­ст­ва – с 18 в. В 19 в. по­лу­че­ны пер­вые фи­зи­ко-ма­тема­тич. оцен­ки пар­ни­ко­во­го эф­фек­та. В 20 в. на­ча­лось раз­ви­тие ме­то­дов зон­ди­ро­ва­ния (в т. ч. дис­тан­ци­он­но­го) ат­мо­сфе­ры, её спут­ни­ко­вые ис­сле­до­ва­ния, раз­ра­бо­та­ны мо­де­ли об­щей цир­ку­ля­ции ат­мо­сфе­ры. К нач. 21 в. боль­шой про­гресс дос­тиг­нут в ди­аг­но­сти­ке и мо­де­ли­ро­ва­нии кли­ма­тич. про­цес­сов; клю­че­вую роль в этом играет фи­зи­ка ат­мо­сфе­ры.

Ре­зуль­та­ты ис­сле­до­ва­ний по Ф. а. пуб­ли­ку­ют­ся в отеч. на­уч. жур­на­лах: «Док­ла­ды РАН», «Из­вес­тия РАН. Фи­зи­ка ат­мо­сфе­ры и океа­на», «Ме­тео­ро­ло­гия и гид­ро­ло­гия», «Гео­маг­не­тизм и аэ­ро­но­мия», «Оп­ти­ка ат­мо­сфе­ры и океа­на», «Ис­сле­до­ва­ние Зем­ли из кос­мо­са» и др.