Атмосферные стандарты
Стандартная атмосфера (СА) - условная абстракция, принятая с целью унификации различных данных атмосферы, не учитывающая погодных условий. В нашем случае – это эталон, соответствующий состоянию атмосферы в средних широтах северного полушария. Структура стандартной атмосферы изображена на рис. 2.2.1 (через H обозначена высота над уровнем моря, а через Т - температура атмосферы).
Рис.1. Условное деление стандартной атмосферы на слои и распределение температуры в ней.
Принято условное деление атмосферы на несколько слоев: тропосферу, стратосферу, химосферу, ионосферу, мезосферу и экзосферу. Каждый из них характеризуется своим законом изменения температуры с высотой. Эту зависимость аппроксимируют кусочно-линейной функцией. В стандартной атмосфере температура на поверхности Земли принимается равной 15°С. В тропосфере температура атмосферы падает с высотой на 6,5°С на каждые 1000 м, в стратосфере она остается постоянной. В химосфере теплый слой лежит между двумя холодными, поэтому там существует два температурных градиента: внизу +4°С на каждые 1000 м, а вверху на -4,5°С на каждые 1000 м. В ионосфере температура растет по высоте с градиентом 10°С на каждые 1000 м. Все слои отделяются друг от друга узкими зонами (толщиной 1-2 км), носящими название тропопаузы, стратопаузы, химопаузы, ионопаузы и мезопаузы.
Падение температуры в каждом слое приближенно определяется равенством
(2.2.1)
где 
- температура на границе нижнего 
-го слоя; 
- высота
границы -го слоя над уровнем моря; 
- градиент температуры в -м слое. Значения основных параметров стандартной атмосферы приведены в табл. 2.2.1.
Таблица 2.2.1
Характеристика атмосферы
Слой | Высота, км |
| Скорость, м/с |
Тропосфера | 8-18 | 6,5 | Интенсивное перемешивание |
Стратосфера | <30 | 0(Т = -56,6°С) |
|
v =35 в нижних слоях, | |||
v = 8 при Н = 19 | |||
v возраст, при H > 22 км | |||
Химосфера | 30 | 4 до 45 км | <70 |
-4,5 сверх 45 км | 70 | ||
Ионосфера | 80 | 10 | - |
Мезосфера | 400 | -3 | - |
Экзосфера | >1000 | - | - |
~ 0,
22 кмИспользуя законы гидростатики, можно вычислить все параметры в каждом слое. Будем считать атмосферу термо - и гидродинамически идеальным газом. Поскольку вся атмосфера условно разделена на несколько слоев, то границы между слоями (тропопаузу, стратопаузу и т. д.) можно рассматривать как поверхности раздела 
. Тогда, учитывая условие гидростатичности слоя (v= О) и предполагая малость изменения параметров атмосферы вдоль поверхности Земли по сравнению с их изменением по высоте, из системы уравнений Эйлера:
,
и уравнения состояния Клапейрона получим уравнения
где q – ускорение свободного падения. Тогда в силу (2.2.1) будем иметь
(2.2.2)
а [р] = 0 ([р] — скачок давления).
Рассмотрим два случая: 
и 
. В стратосфере 
. Введем обозначение: Н* = R /q. Величина Н* называется высотой однородной атмосферы. В этом случае решением уравнения (2.2.2) является выражение
(2.2.3)
а
- значение давления на нижней 
границе стратосферы. Решение (2.2.3) носит название формулы Галлея.
В других слоях . В таких условиях интегрирование (2.2.2) дает
При условии [р] = 0 это решение легко приводится к виду
, (2.2.4)
Из системы уравнений Эйлера следует справедливость соотношений (2.2.3), (2.2.4) и при движении воздуха в слоях атмосферы с постоянной (сравнительно небольшой) скоростью. В этом случае плотность газа и его внутренняя энергия сохраняются вдоль траектории движения жидкой частицы.
Полученные соотношения (2.2.3) и (2.2.4) вместе с уравнением состояния Клапейрона позволяют определить все параметры атмосферы на всех высотах.
