Тропосфера
Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развитытурбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м
Тропопауза
Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.
Стратосфера
Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называетсястратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.
Стратопауза
Пограничный слой атосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).
Мезосфера
Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д . обусловливают свечение атмосферы.
Мезопауза
Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).
Термосфера
Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008—2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя.
Термопауза
Область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.
Экзосфера (сфера рассеяния)
Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).
До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.
На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разрежёнными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.
Процессы, происходящие в атмосфере, непрерывно изменяют ее состояние на всех высотах. Изменяется и погода, которая характеризуется метеорологическими элементами, т. е. температурой и влажностью воздуха, облачностью и атмосферными осадками, ветром и другими явлениями, не только у поверхности земли, но и на высотах, где пролегают авиационные трассы.
Основные сведения о погоде и климате получают на метеорологических станциях по инструментальным и визуальным наблюдениям. Они позволяют изучить физическое состояние атмосферы в определенные промежутки времени и проследить за его изменениями. Инструментальные наблюдения осуществляются с помощью специальных приборов, устанавливаемых у поверхности земли на метеорологических станциях и поднимаемых на высоты — на резиновых шарах, самолетах, аэростатах и других летательных аппаратах. При инструментальных наблюдениях получают количественные характеристики таких метеорологических элементов,, как температура, влажность, давление воздуха, скорость и направление ветра у поверхности земли и на высотах, а также данные о нижней и верхней границе облаков, количестве осадков, составе воздуха, распределении лучистой энергии и т. п. При визуальных наблюдениях производится качественная оценка формы и количества облаков, видимости, т. е. прозрачности воздуха, характера и интенсивности выпадающих осадков, метелей, гроз, изморози, тумана, росы, инея, зарницы, пыльных бурь и т. п.
Наблюдения производятся на всех метеорологических станциях в одни и те же сроки четыре раза в сутки, а на многих станциях и ежечасно. Кроме того, метеорологические наблюдения по однотипной методике ведутся на многих торговых и военных судах, а также специальных экспедиционных кораблях.
Существуют и косвенные методы изучения строения атмосферы. Они применяются главным образом для получения сведений о высоких слоях атмосферы в малодоступных для зондирования местах. К косвенным методам относятся наблюдения за световыми явлениями в атмосфере, распространением звуковых волн и радиоволн. Такие световые явления, как спектры полярных сияний, свечение ночного неба, высота возгорания и затухания метеоров, яркость сумеречного неба и др., позволяют судить о плотности и температуре воздуха, скорости и направлении воздушных потоков на различных высотах. По перламутровым облакам определяются ветер и влажность воздуха на высоте 24—28 км, по серебристым облакам — воздушные течения на высоте около 80 км. По аномальному распространению звука устанавливаются температура, давление, ветер; те же элементы определяются по метеорным следам на высотах 50—150 км. По ультрафиолетовой радиации судят о содержании озона в атмосфере, по излучению ночного неба — о составе и температуре воздуха на высотах 60—70 км, а по полярным сияниям — на высотах 80—1000 км.
Однако развитие техники позволяет все больше от косвенных методов изучения верхних слоев атмосферы перейти к инструментальным наблюдениям, с помощью метеорологических ракет и искусственных спутников Земли.
