Równowaga atmosfery

Powietrze cieplejsze jest mniej gęste od powietrza chłodniejszego, mniej gęste znaczy lżejsze - z tego faktu wynika że powietrze cieplejsze w otoczeniu powietrza chłodniejszego unosi się gdyż jest od niego lżejsze.

Z drugiej strony, powietrze chłodniejsze jest bardziej gęste od powietrza cieplejszego, bardziej gęste znaczy cięższe - z tego faktu wynika że powietrze chłodniejsze w otoczeniu powietrza cieplejszego opada gdyż jest od niego cięższe.

Aby określić stan równowagi atmosfery musimy znać aktualny (pionowy) gradient termiczny - określa on jak szybko ochładza się atmosfera w danych warunkach.

Wyróżnia się trzy stany równowagi atmosfery:

-stan równowagi stałej (atmosfera stabilna)

występuje kiedy aktualny gradient termiczny jest mniejszy od wilgotno adiabatycznego (0,5 st. C / 100 m), tzn. spadek temperatury wynosi np. 0,3 st. C na 100 m wzniesienia; w takich warunkach każda paczka powietrza i tego suchego i tego wilgotnego stanie się ostatecznie chłodniejsza od otoczenia i zacznie opadać (brak warunków do konwekcji).

-stan równowagi względnej

występuje gdy aktualny gradient termiczny jest pośredni między sucho adiabatycznym (1 st. C / 100 m) a wilgotno adiabatycznym (0,5 st. C / 100 m) - wynosi np. 0,6 st. C / 100 m. Taki stan atmosfery jest najczęściej spotykany. Wnoszenie nienasyconego powietrza w tym stanie najczęściej powoduje front atmosferyczny lub topografia terenu (góry) jeśli powietrze to jest dostatecznie wilgotne, na pewnym poziomie staje się nasycone - dochodzi do kondensacji, powstają chmury (opady). Taki proces często powoduje letnie burze i opady.

-stan równowagi chwiejnej (atmosfera niestabilna)

występuje jeśli aktualny gradient termiczny jest większy od sucho adiabatycznego (1 st. C / 100 m), tzn. spadek temperatury wynosi np. 1,2 st. C / 100 m. Każdy blok powietrza w tym stanie atmosfery będzie się stale unosić, gdyż zawsze będzie cieplejszy od otoczenia. Taki stan atmosfery najczęściej ma miejsce w warstwie atmosfery przy powierzchni ziemi w upalny i słoneczny dzień.

Procesy prowadzące do powstania równowagi chwiejnej:

-ogrzewanie powietrza od gruntu - słońce ogrzewając grunt ogrzewa powietrze przy nim zalegające, a to powoduje, że powietrze ciepłe znajduje się w dolnej warstwie atmosfery poniżej chłodnego.

-ciepła adwekcja przy gruncie - napływ ciepłego powietrza nad dany obszar powoduje podwyższenie temperatury przy powierzchni ziemi.

-chłodna adwekcja w wyższych warstwach atmosfery - napływ chłodnego powietrza w górne warstwy atmosfery powoduje, że powietrze jest tam chłodniejsze od tego poniżej.

Procesy prowadzące do powstania równowagi stałej

-ochłodzenie z wypromieniowania - występuje podczas spokojnych i bezchmurnych nocy, kiedy powietrze przy gruncie ochładza się szybciej niż warstwy powyżej (na skutek wypromieniowania ciepła) i w rezultacie chłodniejsze powietrze zalega przy gruncie.

-chłodna adwekcja przy gruncie - napływające zimne powietrze powoduje szybszy spadek temperatury przy gruncie niż na większych wysokościach.

-ciepła adwekcja w górnych warstwach atmosfery - kiedy ciepłe powietrze napływa na wyższe warstwy atmosfery i powoduje podwyższenie temperatury na większych wysokościach (podczas gdy poniżej temperatura jest niższa).

obszar wysokiego ciśnienia: 1 - powietrza powoli opada; 2 - przy powierzchni ziemi wiatry wieją zgodnie z ruchem wskazówek zegara

obszar niskiego ciśnienia : 1 - wiatry wieją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, 2 - powietrze wznosi się i ochładza, często tworzą się chmury

Powietrze w obszarze wysokiego ciśnienia ulega kompresji i ociepla się podczas opadania, a to przeciwdziała powstawaniu chmur (niebo zazwyczaj jest bezchmurne). Jednak warunki te nie przeszkadzają formowaniu się mgły. W obszarze niskiego ciśnienia sytuacja jest dokładnie odwrotna.

Mechanizmy odpowiedzialne za pionowe ruchy w atmosferze:

Przepływ w niżach ma charakter zbieżności poziomej masy (konwergencji), a w wyżach - rozbieżności (dywergencji). Ponieważ masy powietrza zbiegają się w centrum niżu musi więc istnieć mechanizm usuwania nadmiaru masy i odpowiednio w wyżu - mechanizm uzupełniający niedobór masy. Mechanizmami tymi są właśnie wielkoskalowe ruchy pionowe, wstępujące w niżach i zstępujące w wyżach.

Efekt cieplarniany:

Efekt cieplarniany (naturalny), jest zjawiskiem korzystnym dla kształtowania warunków życia na Ziemi. Szacuje się, że podnosi on temperaturę powierzchni o 20 - 34°C. Średnia temperatura naszej planety wynosi 14 - 15°C. Gdyby efekt cieplarniany nie występował, przeciętna temperatura Ziemi wynosiłaby ok. -19°C

Powstawanie chmur:

Większość chmur tworzy się w wyniku adiabatycznego ochłodzenia gdy powietrze wznosi się rozpręża i ochładza. Głównymi przyczynami pojawiania się chmur w atmosferze są:

-konwekcja termiczna,

-wymuszone wznoszenie się powietrza przy przepływie przez bariery górskie,

-zbieżność (konwergencja) linie prądów,

-wymuszone wznoszenie się powietrza wzdłuż powierzchni frontalnych.

Wilgotność względna:

Najwyższa wilgotność względna (stosunek prężności pary wodnej znajdującej się aktualnie w powietrzu w danej temperaturze do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze) występuje tu, podobnie jak w całej Polsce, w chłodnej porze roku, zwłaszcza zimą, gdy średnia miesięczna wilgotność względna przekracza 90%. Najsuchszym okresem roku jest maj i czerwiec - wtedy średnia miesięczna wilgotność względna spada poniżej 70%.

Nasza atmosfera działa jak szklarnia:

Ogrzewanie się szklarni następuje w wyniku ograniczenia ucieczki ciepłego powietrza, czyli ograniczeniu konwekcyjnej i turbulentnej wymiany ciepła. Promienie słoneczne nagrzewają grunty w szklarni, co z kolei ociepla powietrze w środku pomieszczenia. Temperatura powietrza wzrasta, ponieważ jest ono "uwięzione" w szklarni, w przeciwieństwie do warunków zewnętrznych, gdzie ciepłe powietrze swobodnie miesza się z zimnym. Można to łatwo zademonstrować, otwierając okno w szklarni, co prowadzi do szybkiego spadku temperatury. Szklarnia działa głównie poprzez zapobieganie konwekcji; atmosferyczny efekt cieplarniany funkcjonuje z kolei poprzez ograniczenie wypromieniowania.

Globalna cyrkulacja atmosfery

Rozkład stałych ośrodków barycznych przy powierzchni Ziemi powoduje krążenie powietrza w różnych szerokościach geograficznych, co nazywamy globalną cyrkulacją atmosfery. Na Ziemi wyróżniamy następujące strefy cyrkulacji powietrza atmosferycznego: międzyzwrotnikową, dwie strefy umiarkowanych szerokości geograficznych, dwie strefy okołobiegunowe

cyrkulacja GLOBALNA ATMOSFERY

Mamy 3 komórki cyrkulacyjne:

1) komórka Harleya - generowana czynnikami termicznymi (cyrk. termiczna),

2) komórka Ferrela - komórka wymuszona istnieniem dwóch pozostałych,

3) komórka polarna - generowana termicznie

La Nimo - związany z passatami. Wiatry te spychają masy wody w kierunku zach (Australia). Występuje różnica poziomów wody, przy zachodnich wybrzeżach Ameryki obniża się poziom wody - w wyniku czego bogate w subst odżywcze wody głębinowe są wynoszone ku górze

El Nimo - z jakiegoś powodu nie występują passaty, woda się nagrzewa, powstaje „niż” co powoduje silne wiatry i opady deszczu.

Przyczyną cyrkulacji w atmosferze jest różnica temperatury, co pociąga za sobą różnicę ciśnień. Aby zaistniała cyrkulacja musi istnieć pionowy gradient ciśnienia (siła), dopiero potem ma znaczenie siła Coriolisa.

Prądy morskie to prądy gęstościowe, gdyż w całości różnią się zarówno temperaturą jak i zasoleniem

Prąd Kanaryjski - zimny (woda bardzo zasolona z Atlantyku dopływa do Portugali, zatapia się i wynosi do góry zimne wody głębinowe, dlatego powstaje ten zimny prąd)

El Nino powiązane z globalną cyrkulacją atmosfery:

Nino i towarzysząca temu zjawisku zmiana cyrkulacji w atmosferze nad tropikalną częścią Pacyfiku (oscylacja południowa) tworzy ze względu na swój zasięg i powtarzalność przyczynę zmienności klimatu o globalnym znaczeniu. Jej reperkusje w postaci anomalii występujących w odległych regionach geograficznych (tzw. telekoneksje) wynikają ze znaczących zmian w wymianie ciepła i wilgoci, a nawet w składzie powietrza, np. CO2 , które wywołuje pojawienie się ciepłych lub chłodnych wód na Pacyfiku.

Para wodna ochładza naszą planetę:

Antarktyda, pomimo, że pokryta zmrożoną wodą, pod względem opadów jest pustynią taką jak Sahara W ciepłym powietrzu wilgotność może sięgać nawet kilku procent, co jest szczególnie widoczne w rejonach równikowych, gdzie wilgotne, przesycone wodą gorące powietrze unosi się do góry, ochładza, a para wodna się skrapla i spada w postaci obfitych opadów deszczu.

Co wpływa na 30% albedo planety ziemi:

-zlodowacenie ma duży wpływ na klimat,

-CO2 emitowane przez wulkany i pył wulkaniczny doprowadziły do ogrzania się planety i stopienia lodowców

- Zachmurzenie również wpływa na albedo Ziemi. Ilość i rozmieszczenie chmur zależy od temperatury, wilgotności i obecności aerozoli w atmosferze, a także od topografii terenu

Czy klimat ziemi ma wpływ na bilans energetyczny?

Ziemia i atmosfera są w stanie równowagi określonej przez energię dostarczaną przez Słońce oraz emitowaną przez Ziemię w kosmos.

BILANS ENERGETYCZNY

- to co Ziemia zyskuje i to co traci musi się zbilansować

ZIEMIA

Zyski:

Absorpcja fal krótkich (45), Promieniowanie zwrotne (88)

Straty:

Emisja fal długich (104), Przewodnictwo turbulencyjne (5), Ciepło utajone (24)

ATMOSFERA

Zyski:

Absorpcja fal krótkich (25), Absorpcja fal długich (100), Ciepło utajone (24), Przewodnictwo turbulencyjne (5),

Straty:

Emisja fal długich do podłoża (88), Emisja fal długich w przestrzeń kosmiczną (66),

PRZESTRZEŃ MIĘDZYPLANETRANA

Zyski:
Promieniowanie odbite krótkofalowe (30), Uchodzące promieniowanie długofalowe (70),

Straty:

Dochodzące promieniowanie słoneczne (100)

Przyczyny zmian w bilansie energetycznym:

a) powody naturalne (kształt orbity)

- może zmienić się kąt nachylenia osi Ziemi,

- może zmienić się położenie osi Ziemi (póki co skierowana jest w stronę gwiazdy pn),

b) zmiany w albedo (naturalne i antropogeniczne)

- pożary,

- pokrycie planety lodem,

c) działalność człowieka (uprzemysłowienia związane z emisja gazów)

Jeżeli temperatura ciała wrasta to wzrasta też ilości promieniowania

Promieniowanie, którego źródłem jest energia cieplna ciała, nazywamy promieniowaniem temperaturowym lub cieplnym. Powstaje ono na skutek nieustannego ruchu cząsteczek ciała promieniującego. Każde nagrzane ciało promieniując energię obniża swoją temperaturę i jeżeli nie będziemy uzupełniali strat tej energii na skutek promieniowanie, to temperatura ciał promieniującego obniży się po pewnym czasie do temperatury otoczenia.

Ustali się zatem równowaga pomiędzy ilością energii wypromieniowanej a ilością energii pochłoniętej przez to ciało w jednostce czasu. Aby więc ciało wysyłało więcej energii niż pochłania, temperatura ciała promieniującego musi być wyższa od temperatury otoczenia.

Przepływ cyklonalny na półkuli północnej:

W strefie tej, szczególnie na półkuli północnej, rozwija się najintensywniejsza działalność cyklonalna, wywołując ogromną zmienność kierunków wiatru i w konsekwencji dużą zmienność typów pogody.

Podczas bryzy chmury tworzą się nad lądem:

Rozwój chmur konwekcyjnych związanych z bryzą morską następuje podczas wstępujących ruchów powietrza, zaś ich zanikanie podczas ruchów zstępujących, zwłaszcza nad morzem.

Czy układy baryczne spowodowane są przez niże lub wyże?

Podstawowymi układami barycznymi są niże (powietrze przemieszcza się do środka układu - konwergencja) i wyże (powietrze przemieszcza się od środka układu ku jego peryferiom - dywergencja).

Tropikalna strefa konwergencji a bieguny?

Obszar jest charakteryzowany przez ruchy pionowe ciepłego powietrza przywiewanego przez wiatry pasatowe.

Biegun północny znajduje się na Oceanie Arktycznym, a południowy na Antarktydzie. Ze względu na niewielkie nachylenie osi ziemskiej do osi obiegu wokół Słońca, promienie słoneczne padają na bieguny pod niewielkim kątem, co uniemożliwia ich znaczne ogrzanie. Nawet w czasie dni polarnych, mimo wydłużonej ekspozycji na promieniowanie Słońca, temperatura nie podnosi się znacząco z uwagi na wysoki współczynnik odbicia promieni słonecznych od lodu i śniegu.

Podstawa chmur to najniższa wysokość widzialnej części chmury. Podstawa chmur jest podawana w metrach, stopach (ponad powierzchnią ziemi), lub podawane jest ciśnienie, na którym znajduje się podstawa chmury.

Siły wywołujące wiatr:

Promieniowanie słoneczne jest podstawową siłą napędową procesów wywołujących wiatr, ale istnieją też inne, nie mniej ważne siły:

Siła poziomego gradientu ciśnienia - jest skutkiem poziomych różnic ciśnienia i wywołuje wiatr.

Siła grawitacji - wywołuje pionowe różnice ciśnienia. Jest ona stała na danej wysokości.

Siła Coriolisa - ruch obrotowy Ziemi wywołuje zmiany w kierunku wiatru. Zjawisko to jest znane również jako efekt Coriolisa.

Siła tarcia - ma niewielkie znaczenie w wyższych warstwach atmosfery, jednak im bliżej powierzchni Ziemi, tym jej rola rośnie.

Siła odśrodkowa - obiekt poruszający się po okręgu doznaje efektu działania siły zewnętrznej.

Jakie są chmury w stanie równowagi:

W stanie równowagi chwiejnej - Konwekcja powoduje przemieszczanie powietrza ku górze, gdzie następuje kondensacja i tworzenie się kropel wody. Uwalniane jest przy tym ciepło utajone, co dodatkowo wzmaga konwekcję. Może się wtedy utworzyć wysoko wypiętrzony Cumulonimbus

Wiatru półkule:

Wskutek działania siły Coriolisa wiatry te są odchylane na półkuli północnej w prawo (wiatry północno-wschodnie), a na półkuli południowej w lewo (wiatry południowo-wschodnie).

Jakie są różnice i podobieństwa między parą wodną a chmurami?

Chmury powstają wskutek kondensacji pary wodnej w krople wody w atmosferze. Ochładzanie zmniejsza zdolność powietrza do zatrzymywania pary wodnej. Dalsze ochładzanie poniżej tzw. temperatury punktu rosy powoduje nasycenie (saturację), po której następuje kondensacja.

Jeżeli temperatura powietrza pozostaje stała, odparowanie wody do powietrza spowoduje spadek wilgotności powietrza i wzrost temperatury punktu rosy.?

Fałsz. Jeśli odparujemy wodę do powietrza nastąpi wzrost wilgotności powietrza i przy stałej temperaturze musi nastąpić spadek temperatury punktu rosy.

Cały styczeń świeci słońce We wrocku. Ziemia absorbuje dochodzące promieniowanie słoneczne. Dlaczego nie wzrasta sukcesywnie maksymalna temp. Powietrza?

Temperatura nie wzrasta tak bardzo ponieważ jest mniejszy kąt padania promieni słonecznych i wiatr wieje przez co następuje cyrkulacja powietrza

Jest lekka/ ostra zima we wrocku. Jest o wynik: konwekcji, adwekcji ciepłego powietrza, przewodnictwa promieniowania?

Adwekcji chłodnego powietrza, dlatego że wiatr wieje od chłodniejszego powietrza do cieplejszego co powoduje ochłodzenie cieplejszego powietrza ponadto ten typ adwekcji może prowadzić do występowania prądów zstępujących.

Przy powierzchni ziemi zalega powietrze chłodne, górą napływa chłodne. Jaka równowaga ustali się w atmosferze?

Równowaga stała

SIŁA CORIOLISA:

- jeśli cząstki powietrza zaczynają się przemieszczać z różnymi prędkościami liniowymi, to obserwator widzi zakrzywiony ruch cząstek

Siła Coriolisa - działa zawsze prostopadle do wektora prędkości

Im większa prędkość tym a_SC większa zależy ona również od szerokości geograficznej.

Na równiku SC nie istnieje im bliżej biegunów tym większa wartość SC.

Główne źródło energii na ziemi:

Słońce to najbliższa nam gwiazda, stanowi jednocześnie główne źródło energii docierającej na naszą planetę. Jest to centralne ciało całego Układu Słonecznego i najjaśniejszy obiekt na naszym niebie.

Bryza morska związana z niżem czy wyżem?

Zatem bryza dzienna (bryza morska) wieje znad morza na ląd. Natomiast w nocy woda oddaje ciepło wolniej niż ląd, dlatego cisnienie nad wodą jest niższe niż na powierzchni lądu, co powoduje zmianę kierunku wiatru. Bryza nocna (bryza lądowa) przynosi na wodę suche powietrze znad lądu. Na lądzie jest wyż a na morzu niż.

Temperatura rośnie a ciśnienie spada lub odwrotnie ?

Wraz ze wzrostem temperatury powietrza spada ciśnienie i odwrotnie - gdy temperatura spada, ciśnienie rośnie

Ziemia absorbuje 51% powietrza słonecznego a emituje 21%?

Średnio 30% energii słonecznej docierającej do Ziemi jest od niej odbite lub rozproszone w przestrzeń. Czyli albedo Ziemi wynosi 30%. Pozostała energia jest absorbowana przez powierzchni (51%) oraz atmosfer¦ i chmury (19 %).

Ilość promieni docierających do Ziemi zależy od:

- kąta padania = położenie Słońca nad linią horyzontu,

- jak długą drogę muszą przebyć promienie słoneczne zanim dotrą do nas (związane z kątem azymutu)

Masa powietrza

- olbrzymie objętości powietrza która charakteryzuje się podobnymi właściwościami (wilgotnością i temperaturą) w skali poziomej.

Obszar źródłowy mas powietrza (tam gdzie powstają masy) powinien charakteryzować się:

- jednakową formą powierzchni i zbliżonymi wartościami termicznymi,

- występowaniem niewielkich prędkości wiatru

Wyróżniamy 4 rodzaje mas powietrza:

- masy powietrza równikowego,

- masy powietrza zwrotnikowego (między równikiem a zwrotnikiem),

- masa powietrza polarnego,

- masa powietrza arktycznego

W zależności od tego czy masy powietrza tworzą się nad lądem czy morzem wyróżnia się:

- masy powietrza morskiego,

- masy powietrza kontynentalnego.

---