Название: Восемь лекций по физике атмосферы и гидросферы (Браже Р. А.)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1325


Введение

 

Наш общий дом – Земля – даже в эпоху космических полетов, когда, ка- залось бы, его не так уж большие размеры особенно заметны, нам, как и тысячи лет назад, все еще кажется огромным миром. Бездонное море, бездонное небо над головой, бескрайние степи, таежные дебри, высокие горы – все кажется вечным. Всюду кипит жизнь в ее многомиллионном многообразии видов жи- вотных и растений, не говоря уже о микроорганизмах. Но если вдуматься, этот единственный для нас мир не столь уж велик и не так уж прочен. Пройти 5 ки- лометров по городу или проселочной дороге можно практически без устали за какой-нибудь час. Но подъем в гору на ту же высоту занимает несколько дней. Недостаток кислорода и холод делают жизнь в высокогорье невозможной. Так же и в океане: на глубине всего нескольких километров живые организмы встречаются уже крайне редко. Получается, что при среднем радиусе Земли

6370 км, для жизни пригоден лишь очень тонкий слой  вблизи ее поверхности.

За три миллиарда лет существования жизни на Земле живые организмы удивительным образом приспособились к особенностям ее климата. Живущие в Антарктиде пингвины не смогут жить в африканской саванне, а тропические лианы не приспособлены к условиям сибирской тайги. Но, опять таки, если

вдуматься, диапазон необходимых для жизни температурных условий, состава воздуха или воды не столь уж и велик. В еще большей мере это относится к ве- личинам гравитационного, электрического и магнитного полей, уровню радиа- ционного фона.

К началу XXI века человек достиг такого уровня своей энерговооружен- ности и технического прогресса, что оказался в состоянии разрушить эту слож-

ную систему взаимообусловленных связей в неживой и живой природе, создать угрозу самой жизни на Земле. Состояние данного вопроса, меры защиты при- роды и способы рационального природопользования составляют предмет эко- логии. Целью же нашего курса является изучение состава и физических харак- теристик атмосферы и гидросферы, поскольку без воздуха и воды жизнь вооб- ще невозможна.

Курс состоит из восьми лекций. В первых четырех лекциях рассматрива-

ются атмосфера и происходящие в ней физические явления. В последних четы- рех лекциях аналогичному рассмотрению подвергнута водная оболочка Земли – гидросфера. Недостаток времени, отводимого на данный курс в учебных планах специальности, не позволяет изложить здесь многие важные вопросы из физики Земли, без глубокого знания которых невозможно понять детали атмосферных и гидросферных процессов. Мы не имеем, к сожалению, возможности показать здесь роль температурных изменений в земном ядре, происходящих в нем кон- вективных процессов и магнитогидродинамических неустойчивостей в текто- нике литосферных плит. Этот процесс определяет форму и расположение кон- тинентов на Земле, а от этого зависят  характер океанических течений и ветров в атмосфере. Мы совершенно не касаемся здесь роли космических факторов,

определяющих глобальные изменения климата Земли: прецессии земной оси, колебаний эксцентриситета земной орбиты и ее вращения вокруг Солнца. Мы не рассматриваем здесь циклы солнечной активности, влияющие на метеороло- гические условия, погоду и атмосферные явления. Мы не касаемся вопросов, связанных с влиянием Луны, например, приливных эффектов. Даже такой важ- ный вопрос, как ионизирующие излучения космического происхождения мы вынуждены оставить за пределами нашего внимания.

То, без изучения чего мы не можем обойтись даже в этом кратком курсе, это строение и состав атмосферы, преобразование ней солнечной энергии, вет- ры и вихревые потоки. Мы рассмотрим также такие вопросы, как преломление, поглощение и рассеяние света в атмосфере, распространение в ней радиоволн, электрические, в частности, грозовые явления. Будет дана математически стро- гая модель волновых процессов в атмосфере. Аналогично, при изучении гидро- сферы мы рассмотрим состав океанской воды, существующие течения в Миро- вом океане и различные волновые явления: от волн на поверхности океана до внутренних гравитационных волн и цунами.

Приведенный в пособии материал позволит читателю хотя бы в основных чертах представить себе атмосферу и гидросферу Земли как сложную откры- тую нелинейную динамическую систему, вторгаться в которую без знания и понимания действующих в ней связей чрезвычайно опрометчиво.