Атмосферска физика

Атмосферска физика е примена на физиката во проучување на атмосферата. Атмосферските физичари пробуваат да ја моделираат Земјината атмосфера и атмосферите на другите планети користејќи равенки за проток на течности, хемиски модели, зрачење и процесите за трансфер на енергијата во атмосферата (како и колку начинот на врзување со други системи како што се океаните). Со цел да се моделираат временските системи, физичарите користат елементи од теоријата за расфрлањето, модели за размножување на бран, физика на облаците, статистичка механика и просторна статистика кои се високо зависни од математиката и поврзани со физиката. Има блиски врски со метеорологијата and климатологија и исто така го опфаќа и дизајнот и конструкција на инструментите за проучување на атмосферата и толкување на податоците кои ги обезбедуваат, вклучувајќи инструменти за далечински сензори. Во раните години на вселената и со воведување на ракетите, аерономијата стана субдисциплина која се грижи за горните слоеви на атмосферата, каде се важни дисоцијацијата и јонизацијата.
1 Предвидување од далечина
Предвидување од далечина е помалку или повеќе стекнување информации за некој објект или феномен, со употреба на снимка или уреди за детекција во вистинско време кои не се во физички или интимен контакт со објектот (како на пример авиони, вселенски летала, сателити, пловци, илибродови). Во пракса, предвидување од далечина е колекција преку користење на повеќе уреди за собирање информација за даден објект или област што дава повеќе информации отколку што може да се пренесат со сензори на одделни локации. Така, платформите за набљудување на Земјата или временските сателити, платформи за временска заштита на океанот и атмосферата, следење на бременоста преку ултразвук, магнетна резонанца (МРИ), позитронска емисиона томографија (ПЕТ), и вселенски сонди се примери за предвидувачи од далечина. Во современа употреба, поимот генерално се однесува на технологии за сензори за сликање, вклучувајќи ги, но не ограничувајќи се на употреба на инструменти во авионите и вселенските летала, и се разликува од другите полиња поврзани со слики, како што се медицинските слики.
Постојат два типа на предвидување од далечина. Пасивните сензори детектираат природно зрачење што се емитува или рефлектира од објектот или околната област што се набљудува. Рефлективаната сончева светлина е најчестиот извор на зрачење измерен од пасивни сензори. Примери за пасивни сензори го вклучуваат филмското фотографирање, инфра-црвено, уреди што се полнат заедно, и радиометри. Активното собирање пак, емитува енергија за да скенира објекти и области, при што сензорот потоа ги детектира и мери зрачењето што се рефлектира или што се враќа назад од целта. Радар, лидар, и СОДАР се примери за техниките на активните предвидувачи од далечина користени во атмосферската физика, каде што се мери временското одложување помеѓу емисијата и враќањето, со што се утврдува локацијата, висината, брзината и насоката на објектот.
Предвидување од далечина овозможува да се соберат податоци за опасни и непристапни области. Апликациите за предвидување од далечина вклучуваат следење на уништување на шумите во области како што е Амазонскиот базен, ефектите од климатските промени врз ледниците и регионите на Арктикот и Антарктикот и длабочината на звукот на крајбрежните и океанските длабочини. Воената колекција за време на студената војна користела колекција на податоци за опасните погранични области. Предвидување од далечина исто така го заменува скапото и бавното собирање на податоци од земјата, пазејќи во процесот да не се нарушат областите или објектите.
Орбиталните платформи собираат и пренесуваат податоци од различни делови на електромагнетниот спектар, кои заедно со воздушните или земните сензори и анализи обезбедуваат доволно информации за да ги следат трендовите како Ел Нињо и други природни долги и краткорочни феномени. Други употреби вклучуваат различни области на науката на Земјата како што се управување со природни ресурси, земјоделски полиња како што се искористување на земјиштето и конзервација, и национална безбедност и надземни, копнени и стопаниски собири на пограничните области.
2 Зрачење
Атмосферските физичари обично го делат зрачењето во сончево зрачење (емитирана од сонцето) и Земјино зрачење (емитирана од површината на Земјата и атмосферата).
Сончевото зрачење содржи различни бранови должини. Видливата светлина има бранови должини помеѓу 0,4 и 0,7 микрометри. Пократките бранови должини се познати како ултравиолетов (УВ) дел од спектарот, додека подолгите бранови должини се групирани во инфрацрвениот дел од спектарот. Озонот е најефикасен во апсорбирање зрачење околу 0,25 микрометри, каде UV-c зраците лежат во спектарот. Ова ја зголемува температурата на блиската стратосфера. Снегот ги одбива 88% од УВ зраците, додека песокот ги одбива 12%, а водата одбива само 4% од влезните УВ зраци Колку повеќе се гледа аголот помеѓу атмосферата и сончевитезраци, толку е поголема веројатноста дека енергијата ќе се рефлектира или апсорбира од атмосферата.
Земјиното зрачење се испушта на многу подолги бранови должини од сончевото зрачење. Ова е затоа што Земјата е многу поладна од сонцето. Земјата емитува зрачење низ цела низа бранови должини, како што е формализирано во Планковиот закон. Бранова должина на максимална енергија е околу 10 микрометри.
3 Физика на облакот
Физика на облакот е проучување на физичките процеси кои водат до формирање, раст и врнежи на облаците. Облаците се составени од микроскопски капки вода (топли облаци), мали кристали од мраз или и двете (мешани облаци). Под соодветни услови, капките се комбинираат за да формираат врнежи, каде што може да паднат на земјата. Прецизната механика за тоа како облакот се формира и расте не е целосно објаснат, но научниците развија теории кои ја објаснуваат структурата на облаците со проучување на микрофизиката на одделни капки. Напредокот во радарската и сателитската технологија, исто така, овозможува прецизно проучување на облаците во голем обем.
4 Атмосферска струја
Атмосферска струја е терминот даден на електростатиката и електродинамиката на атмосферата (или, пошироко, атмосферата на која било планета). Земјината површина, јоносферата, и атмосферата се познати како глобално атмосферско електрично коло. Молња испушта 30.000 ампери, до 100 милиони волти, и емитира светлина, радио бранови, x-зраци и дури и гама-зраци. Плазма температурите во молњи можат да достигнат до 28.000 келвини, а густината на електроните може да надмине 10<sup>24</sup>/m³.
5 Атмосферска плима
Атмосферска плима и осека со најголема амплитуда најчесто се генерираат во тропосферата и стратосферата кога атмосферата периодично се загрева кога водата испарува и озон го апсорбираат сончевото зрачење во текот на денот. Создадените плима и осека потоа можат да патуваат подалеку од овие изворни региони и се искачуваат во мезосферата и термосферата. Атмосферската плима може да се измери како редовна флуктуација на ветерот, температура, густина и притисок. Иако атмосферската плима има многу заедничко со плимите на океанот, тие имаат две главни одлики:
I) Атмосферската плима е првенствено возбудена од загревањето на атмосферата од Сонцето, додека океанските плими се првенствено возбудени од гравитациското поле на Месечината. Ова значи дека повеќето атмосферски плими имаат периоди на осцилации поврзани со 24-часовата должина на сончевиот ден, додека океанските плимата имаат подолги периоди на осцилации поврзани со месечевиот ден (време помеѓу последователни месечеви транзиции) од околу 24 часа 51 минута.
II)Атмосферската плима и осека патуваат во атмосфера каде што густината значително варира со висината. Последица на ова е дека нивните амплитуди природно се зголемуваат експоненцијално како што плимата се искачува во прогресивно поретките региони на атмосферата (за објаснување на овој феномен, видете подолу). Спротивно на тоа, густината на океаните варира само со длабочина и затоа плимите не мора да се разликуваат во амплитудата со длабочина.
Имајте на ум дека иако сончевото загревање е одговорно за атмосферските плима и осека со најголема амплитуда, гравитациските полиња на Сонцето и Месечината, исто така, ја покачуваат плимата и осеката во атмосферата, при што месечевиот гравитациски атмосферски ефект за плима и осека е значително поголем од неговиот сончев колега.
На земјата, атмосферската плима може да се детектира како редовни, но мали осцилации во површинскиот притисок во период од 24 и 12 часа. Дневните максими на притисок се појавуваат во 10 часот претпладне и 10 часот попладне месно време, додека минимите се појавуваат во 4 часот претпладне и 4 часот попладне месно време. Апсолутниот максимум се јавува на 10 часот претпладне додека апсолутниот минимум се појавува во 4 часот попладне. Меѓутоа, на поголеми височини амплитудите на плимата може да станат многу големи. Во мезосферата (висина од ~ 50–100 km) атмосферската плима може да достигне амплитуди поголеми од 50 м/с и честопати се најзначајниот дел од движењето на атмосферата.
6 Аерономија
Аерономијата е наука за горниот регион на атмосферата, каде што дисоцијацијата и јонизацијата се важни. Терминот аерономија бил воведен од Сидни Чапман во 1960 година. Денес терминот ја вклучува и науката за соодветните региони на атмосферите на другите планети. Истражувањата во аерономијата бараат пристап до балони, сателити и звучни ракети кои обезбедуваат вредни податоци за овој регион на атмосферата. Атмосферската плима и осека играат важна улога во интеракцијата со долната и горната атмосфера. Меѓу проучуваните феномени спаѓаат и испуштањето на молња во горниот дел на атмосферата, како што се светлосните настани наречени црвени спори, спори халоси, сини џетс и елвс.
7 Центри за истражување
Во Обединетото Кралство, атмосферските студии се поткрепени од страна на Met Office, Советот за истражување на природата и Советот за наука и технологија. Одделите на американската Национална океанска и атмосферска администрација (НОАА) ги надгледуваат истражувачките проекти и моделирањето на временските услови кои вклучуваат атмосферска физика. Американскиот Национален центар за астрономија и јоносфера, исто така, спроведува студии за горната атмосфера. Во Белгија, Берлинскиот институт за вселенска аерономија ја проучува атмосферата и вселената.
8 Библиографија
* J. V. Iribarne, H. R. Cho, ''Atmospheric Physics'', D. Reidel Publishing Company, 1980