Тропосферу можно назвать самым важным слоем атмосферы. Ее изучению географы уделяют особое внимание.

Переходный слой от тропосферы к стратосфере называется тропопаузой. Для тропопаузы характерны высокая разреженность воздуха и низкие температуры – до –60 °C над полюсами и до –80 °C над тропиками. Казалось бы, что должно быть наоборот – более низкая температура воздуха над холодными полюсами, а более высокая над жаркими тропиками. Но этот «парадокс» объясняется более высоким положением тропопаузы над тропиками, а также тем, что мощные потоки воздуха отделяют низкую теплую полярную тропопаузу от холодной высокой тропической. Если бы это разграничение отсутствовало, разница температур не была бы столь резко выражена.

В тропопаузе температура воздуха перестает понижаться с увеличением высоты, а далее, в стратосфере, температура воздуха с увеличением высоты возрастает.

Стратосфера расположена над тропосферой и простирается до высоты 50–55 км. Здесь находится озоновый экран (слой). От границы с тропосферой до озонового слоя, то есть до высоты 25–30 км, температура воздуха изменяется мало. Можно сказать, что она остается постоянной и составляет примерно –80 °C над экватором. Выше 30 км температура стратосферы начинает возрастать с увеличением высоты и на верхней границе ее доходит до +50 – +60 °C.

Современные сверхзвуковые самолеты летают в стратосфере на высотах до 20 км. Высотные метеозонды – беспилотные аэростаты, предназначенные для изучения атмосферы, могут подниматься выше озонового слоя на высоты до 40 км (рекордным был подъем японского метеозонда на высоту 53,7 км в 2013 году).

Ионосфера представляет собой верхний, самый разреженный слой атмосферы Земли, состоящий из ионизированных[31] газов. Из-за высокого содержания свободных электронов ионосфера способна отражать короткие радиоволны. Благодаря этому свойству ионосферы на нашей планете возможна дальняя радиосвязь (в результате многократного отражения от ионосферы и земной поверхности радиоволны распространяются на любые расстояния, несмотря на кривизну земной поверхности).

Ионосферу разделяют на две оболочки. Нижняя оболочка – мезосфера – простирается до высоты 80–85 км. Температура в мезосфере с увеличением высоты понижается и у верхней ее границы равна –70–80 °C. В верхней оболочке – термосфере, которая простирается до высоты примерно в 300 км, температура повышается до +1500 – +2000 °C и остается высокой до экзосферы, внешней части верхней атмосферы Земли, которая начинается на высоте в 500 – 1000 км[32]. В экзосфере температура снова понижается и постепенно доходит до космической, которая равна примерно –270 °C.

Условно считается, что атмосфера Земли простирается до высоты в 3000 км, а дальше уже простирается космическое пространство.

Температура воздуха – одна из основных характеристик погоды, широко употребляемая и хорошо изученная. Температуру воздуха измеряют в тени на высоте 2 м от земной поверхности. Для измерения температуры используют термометры. Географы оперируют понятиями среднесуточной, среднемесячной и среднегодовой температуры. На географических картах распределение температур изображают изотермами – линиями, соединяющими точки с одинаковой температурой. Обычно используются понятия изотермы июля и изотермы января, то есть изотермы самого жаркого и самого холодного месяцев.

Атмосферный воздух нагревается посредством теплообмена с земной поверхностью, которая, в свою очередь, нагревается электромагнитным излучением Солнца, называемым солнечной радиацией.

Солнце нагревает земную поверхность, а от нее нагревается воздух.

Земля получает всего лишь одну двухмиллиардную часть солнечной радиации.

Различают три типа солнечной радиации – прямую, рассеянную и суммарную.

Прямой радиацией называется солнечное излучение, которое беспрепятственно доходит до поверхности Земли в виде прямых солнечных лучей в ясный день (то есть – при безоблачном небе). На долю прямой радиации приходится до 80 % поступающего к Земле солнечного тепла.

Рассеянной радиацией называется солнечное излучение, которое рассеивается в атмосфере нашей планеты. Воздух отражает и преломляет солнечные лучи. В пасмурную погоду рассеянная солнечная радиация является единственным источником солнечной энергии, поступающей к поверхности Земли.

Совокупность прямой и рассеянной радиации, поступающей на поверхность Земли, называют суммарной радиацией. Величина суммарной солнечной радиации зависит от угла падения солнечных лучей, то есть – от географической широты и от продолжительности освещения. Выше уже говорилось о том, что угол падения солнечных лучей для нагревания земной поверхности важнее продолжительности светового дня.

Также на количество солнечной радиации влияет прозрачность атмосферы. Чем больше в году ясных дней, тем больше прямой солнечной радиации получает земная поверхность и тем сильнее она будет нагреваться.

Обратите внимание! Самыми жаркими территориями на нашей планете являются области тропических пустынь, расположенных выше экватора (например – пустыня Сахара). На первый взгляд это может показаться удивительным. На экваторе должно быть жарче всего, ведь там солнечные лучи падают на земную поверхность под прямым углом. Но дело не только в угле падения солнечных лучей, но и в прозрачности атмосферы. В тропических пустынях климат континентальный, конвекции то есть – облаков практически нет и практически вся получаемая там солнечная радиация является прямой. Вдобавок, поверхность пустынь очень слабо отражает солнечные лучи, то есть – почти вся солнечная радиация, дошедшая до земной поверхности, поглощается ею и нагревает ее. На экваторе же из-за влажного климата высокая облачность, а кроме того, растительный покров экваториальной зоны отражает до 20 % солнечных лучей.

Радиация, отраженная от поверхности земли, воды или облаков, называется отраженной. Отраженная радиация не нагревает поверхность.

Так, например, у полюсов в дни солнцестояний (у Северного – 22 июня, а у Южного – 22 декабря) суммарная солнечная радиация больше, чем на экваторе, но поверхность земли на полюсах в эти дни практически не нагревается, потому что белая поверхность снега и льда отражает до 90 % солнечных лучей.

Отражающая способности объекта называется альбедо. Альбедо представляет собой отношение отраженной радиации к суммарной и выражается в долях или процентах. Альбедо свежевыпавшего снега может превышать 90 %. Альбедо облаков доходит до 80 %. А вот альбедо водной поверхности зависит от угла падения солнечных лучей – чем острее угол, тем больше света отражает вода. Разница получаестя огромной. Если в полдень на экваторе водная поверхность отражает всего 10 %, то в полярных районах – до 90 %. Средняя величина альбедо всей Земли составляет около 40 %.