Pionowa budowa atmosfery.
W kierunku pionowym atmosfera Ziemi charakteryzuje się zmianą właściwości fizycznych i chemicznych. Posłużyło to za podstawę do podziału atmosfery na dosyć wyraźne, choć nie posiadające dokładnych granic, koncentryczne warstwy. Opracowano kilka takich podziałów posługując się różnymi kryteriami. Najbardziej rozpowszechniony jest podział oparty na pionowym rozkładzie temperatury, według którego wyróżniono sześć głównych warstw.
Troposfera. Leży ona bezpośrednio nad powierzchnią Ziemi. Wysokość tej warstwy rośnie wraz ze wzrostem intensywności konwekcji i pionowego mieszania powietrza. Dlatego nad równikiem, gdzie intensywność tych procesów jest największa, troposfera sięga do wysokości 17-18 km, w umiarkowanych szerokościach do wysokości 11-12 km, a nad obszarami biegunowymi tylko do 8-9 km. Temperatura w troposferze maleje wraz ze wzrostem wysokości, średnio ok. 5oC na każdy km. W najwyższej części troposfery temperatura wynosi średnio ok. -60oC. Spadek temperatury nie zawsze jest równomierny - występują warstwy inwersyjne i izotermiczne. Rozkład temperatury w troposferze kształtuje się w głównej mierze pod wpływem promieniowania i konwekcyjnego przenoszenia ciepła z powierzchni Ziemi nagrzanej przez Słońce. W warstwie tej znajduje się większa część powietrza atmosferycznego i prawie cała para wodna. Dzięki poziomym i pionowym ruchom powietrze w troposferze jest nieustannie mieszane, co wywołuje różne procesy i zjawiska atmosferyczne oraz sprawia, że warstwa ta ma decydujące znaczenie w kształtowaniu pogody. Obszar rozciągający się od powierzchni Ziemi do wysokości ok. 1,0 - 1,5 km nazywa się warstwą tarciową, gdyż występujące tam zjawiska termiczne, dynamiczne i inne są najsilniej związane z rodzajem powierzchni Ziemi. Warstwę tarciową charakteryzuje duży pionowy gradient temperatury, szczególnie w jej najniższej (przyziemnej) części.
Nad troposferą rozciąga się tropopauza - warstwa przejściowa o grubości 1 - 2 km, w której najczęściej temperatura nie zmienia się z wysokością (izotermia). Wysokość tropopauzy, podobnie jak troposfery, zmienia się wraz z szerokością geograficzną.
Stratosfera. Warstwa ta rozciąga się od poziomu tropopauzy do wysokości 50 km. Charakteryzuje się bardzo suchym i rozrzedzonym powietrzem oraz małymi gradientami ciśnienia. Dolną warstwę, gdzie temperatura wynosi ok. -60oC, charakteryzuje izotermia. W górnej tzw. ciepłej części stratosfery temperatura szybko wzrasta ze wzrostem wysokości, często nawet do 15oC i więcej. Ten wzrost temperatury związany jest z pochłanianiem przez ozon, którego jest tam najwięcej, promieniowania Słońca w ultrafioletowej i podczerwonej części widma. Stratosfera dzięki występującym w niej prądom powietrznym może wpływać na przemieszczanie się układów barycznych, kształtujących pogodę w troposferze.
Nad stratosferą leży kolejna warstwa przejściowa - stratopauza.
Mezosfera. W sferze tej ponownie następuje spadek temperatury wraz z wysokością. Jest ona warstwą o miąższości ok. 35 km, rozciągającą się na wysokości ok. 50 do 85 km. Na górnej granicy mezosfery temperatura wynosi ok. -80oC.
Nad nią rozciąga się mezopauza oddzielającą mezosferę od termosfery.
Termosfera. W termosferze temperatura rośnie wraz z wysokością, osiągając na górnej granicy, położonej na wysokości ok. 800 km, wartość bliską 1000oC. Tak wysoka temperatura jest rezultatem pochłaniania promieniowania słonecznego o bardzo małych długościach fal. Termosfera, ogólnie biorąc, stanowi warstwę zjonizowanego gazu, w której wyodrębnia się jeszcze kilka warstw o mniejszej miąższości mających
specyficzne cechy fizyczne. W tej właśnie sferze występują zorze. Należy tu nadmienić, że wysokie temperatury charakterystyczne dla termosfery (dotyczy to również jeszcze wyższych warstw atmosfery) nie stanowią przeszkody dla przemieszczających się przez tę warstwę obiektów kosmicznych (np. rakiet i sztucznych satelitów), nie powodują ich destrukcji, bowiem jest tu bardzo niskie ciśnienie atmosferyczne. Na wysokości np. 500 km wynosi ono 10-8 hPa i jest zbyt niskie, aby mogła nastąpić wymiana ciepła na skalę powodującą zniszczenie znajdującego się w tej sferze obiektu. W stosunku do warunków panujących przy powierzchni Ziemi, wspomniane obiekty znajdują się w bardzo wysokiej próżni. Podane temperatury należy traktować głównie jako miary średniej energii kinetycznej cząsteczek znajdujących się w termosferze. Od górnej termosfery atmosferę cechuje stopniowe przechodzenie do sfery gazu międzyplanetarnego.
Egzosfera - pomad 1000 km, niezależnie od tego jest jeszcze Jonosfera o zwiększonej koncentracji elektronów i jonów wolnych, ich liczba zwiększa się zimą oraz w nocy co polepsza przesyłanie fal radiowych.
Atmosfera.
Atmosfera spełnia rolę parasola ochronnego przed szkodliwym promieniowaniem z kosmosu i umożliwia życie na Ziemi. Stan fizyczny atmosfery, jej skład chemiczny i dynamika procesów w niej zachodzących wpływają na inne elementy środowiska, w tym także na warunki życia na Ziemi. W atmosferze, a szczególnie w jej przypowierzchniowej warstwie (troposferze) zachodzą procesy kształtujące pogodę i klimat na Ziemi.
Pogodą nazywa się aktualny stan atmosfery w danym miejscu. Określa ją stan składników, do których należą: temperatura powietrza, ciśnienie, wilgotność, wiatr, zachmurzenie, opady i osady atmosferyczne oraz inne zjawiska, np. burze. Stan składników jest efektem działania procesów: obiegu ciepła, wilgoci, krążenia powietrza, zwanych procesami klimatotwórczymi. Źródłem ich energii jest promieniowanie słoneczne. Stąd pogoda w danym miejscu zmienia się także w rytmie dobowym i rocznym. Na podstawie wieloletnich obserwacji przebiegu pogody w ciągu roku określa się klimat, czyli całokształt stanów pogody właściwy danej krainie. Składniki klimatu są takie same jak składniki pogody. Na przebieg procesów klimatotwórczych, a w rezultacie na zróżnicowanie klimatu na Ziemi wpływa kształt Ziemi i jej ruchy oraz zróżnicowanie powierzchni.
Chmury
Cirrus. Mają kształt oddzielnych, białych delikatnych włókien, ławic bądź pasm; charakteryzują się włóknistym wyglądem albo jedwabistym połyskiem, lub jednym i drugim.
Cirrocumulus. Występują w formie ławic, płatków lub warstw chmur bez cieni, złożonych z bardzo małych elementów w kształcie ziaren, zmarszczek, soczewek. Często wyglądem przypominają sieć, lub plaster miodu.
Cirrostratus. Wyglądają jak delikatna, często włóknista zasłona, biała o odcieniu mlecznym, pokrywająca niebo całkowicie lub częściowo. Często obserwuje się w nich zjawisko halo.
Altocumulus. Biała lub szara, albo częściowo biała, częściowo szara ławica lub warstwa chmur. Najczęściej występują w postaci płatów, zaokrąglonych brył, walców oddzielonych od siebie i uporządkowanych regularnie, szeregami. Zaznacza się wyrażany zarys brzegowy płatów, na cienkich częściach Ac można obserwować wieńce i zjawiska iryzacji. Występuje zjawisko halo. Na ogół chmury te zbudowane są prawie wyłącznie z kropelek wody. Przy bardzo niskich temperaturach mogą powstawać w nich kryształki lodu. Ni dają opadów.
Altostratus. Szara lub niebieskawa warstwa chmur w formie zasłony lub płata, prążkowana, włóknista lub jednolita. Pokrywa niebo całkowicie lub częściowo. Miejscami Słońce lub Księżyc niewyraźnie przez nie przeświecają, jak przez matowe szkło. Brak zjawiska halo. Zbudowane są z kropelek wody i z kryształków lodu. Typowe chmury mieszane. Opady z tych chmur są bardzo słabe, a w ciepłej porze roku często wyparowują przed osiągnięciem powieszchni Ziemi. W zimie z As pada często drobny śnieg.
Nimbostratus. Jednostajna, szara warstwa chmur, często ciemna, o rozmytej podstawie. Są to chmury o znacznej grubości, gęste, całkowicie zasłaniające Słońce lub Księżyc. Składają się z kropel wody i z kryształków lodu lub mieszaniny ciekłych i stałych cząsteczek. Z chmur tych pada zwykle ciągły śnieg lub deszcz. W ciepłej porze roku omawiane chmury dostarczają prawie trzecią część całej wody opadowej.
Stratocumulus. Szare albo białawe płaty lub warstwy chmur z wyraźnie widocznymi ciemnymi częściami. Złożone są z zaokrąglonych brył, walców, podobnie jak Ac, tylko większych. Człony chmury ułożone są w większości regularnie. Zbudowane są zwykle z drobnych kropelek wody. Opad dają bardzo rzadko. Czasami pada z nich słaba mżawka, przy niskich temperaturach bardzo drobny śnieg.
Stratus. Chmury te występują najbliżej powierzchni Ziemi, na równinach podstawa ich może znajdować się w odległości zaledwie kilkudziesięciu metrów. Wyglądają jak jednorodna szara warstwa, podobna do mgły. Zwykle zasłaniają Słońce i Księżyc, a gdy są cieńsze, widać przez nie dosyć wyraźnie tarcze tych ciał niebieskich. Składają się z kropel wody, a przy odpowiednio niskich temperaturach - z cząstek lodu i śniegu. Mogą dawać opady mżawki, a przy dostatecznie niskich temperaturach opady śniegu, zawsze o małym natężeniu.
Cumulus. Oddzielne, zwykle gęste chmury o wyraźnie znaczonych konturach, rozwijające się w kierunku pionowym w kształcie pagórków, kopół lub wież, których wierzchołek podobny jest zazwyczaj do kalafiora. Oświetlona promieniami Słońca górna część Cu jest zwykle lśniąco biała, a podstawa stosunkowo ciemna i prawie pozioma. Chmury Cu składają się głównie z kropelek wody, a w najwyższych partiach przy temperaturze znacznie niższej od 0oC występują cząstki lodu. Przy silnym rozwoju pionowym mogą dać opad.
Cumulonimbus. Potężne, gęste, kłębiaste chmury rozwinięte pionowo w kształcie gór lub wielkich wież. Część wierzchołka chmury przybiera często charakterystyczny kształt kowadła lub pióropusza. Cb różni się od Cu bardzo silną rozbudową pionową i zwartym kształtem bryły. Robi przykre wrażenie ze względy ma ciemny kolor, ponury a nawet groźny wygląd, grzmoty i błyskawice. W dolnej części Cb występują kropelki wody, w górnej kryształki lodu. Chmury te dają silne opady przelotne deszczu, śniegu lub gradu i zjawiska burzowe. Dlatego są nazywane chmurami burzowymi. Największy udział w opadzie ciepłej pory roku, tak pod względem ilości wody (ponad 50% sumy całkowitej), jak też liczby przypadków, mają w Polsce opady właśnie z chmur Cumulonimbus.
CIŚNIENIE - (prężność) pary wodnej znajdującej się w wilgotnym powietrzu. Rozróżniamy ciśnienie aktualne pary wodnej, to jest ciśnienie pary wodnej znajdującej się w danej chwili w powietrzu i ciśnienie maksymalne pary wodnej (ciśnienie pary nasyconej). Ciśnienie pary wodnej wyrażamy w mb, mm Hg i w N/m2 (układ SI);
WILGOTNOŚĆ BEZWZGLĘDNA - jest to ilość pary wodnej wyrażona w gramach, zawarta w 1m3 powietrza;
WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA - jest to stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do ciśnienia maksymalnego pary wodnej, wyrażony w procentach. Wilgotność względna określa stopień nasycenia powietrza parą wodną;
NIEDOSYT WILGOTNOŚCI POWIETRZA - jest to różnica między ciśnieniem maksymalnym pary wodnej w danej temperaturze a ciśnieniem aktualnym pary wodnej. Niedosyt wilgotności wyrażamy w mb, mm Hg i w N/m2;
WILGOTNOŚĆ WŁAŚCIWA - jest to ilość pary wodnej zawarta w 1 gramie lub kilogramie wilgotnego powietrza;
TEMPERATURA PUNKTU ROSY - jest temperaturą, przy której zawarta w powietrzu para wodna nasyca to powietrze.