Meteorologia i klimatologia

1. Skład i budowa pionowa atmosfery

Atmosfera – otoczka gazowa przylegająca do powierzchni Ziemi. Tworzy ją mieszanina gazów zwana powietrzem

Skład suchej atmosfery – powietrze suche niezanieczyszczone różnymi domieszkami

• 78,08 % azot

• 20,96 % tlen

• 0,03 % dwutlenek węgla

• śladowe ilości : neon, hel, krypton, ksenon, wodór, ozon, metan i inne

Do wysokości ok. 100 km nad powierzchnią Ziemi stwierdza się duży stopień jednorodności w odniesieniu do głównych składników atmosfery. Świadczy to o intensywnym mieszaniu powietrza. Powyżej 100 km zaczyna przeważać dyfuzja i w wyższych warstwach atmosfery wzrasta koncentracja gazów lżejszych głównie helu i wodoru, które są dominującym składnikiem powietrza na wysokości powyżej 1000 km.

Ozon

• Równolegle ze wzrostem ilości tlenu w atmosferze rozpoczyna się proces tworzenia ozonu. Nazwę ozonu wprowadził w 1840 roku chemik Schőnbein. W 1881 roku stwierdzono, że jest gazem najsilniej pochłaniającym krótkofalowe promieniowanie słoneczne, promieniowanie nadfioletowe o długości fal 220 – 290 nm.

• Ozonu w atmosferze jest bardzo mało gdyby skoncentrować go przy powierzchni Ziemi warstwa nie przekraczałaby grubości 5 mm

• 90 % ozonu mieści się w stratosferze, 10 % w troposferze

• Zawartość ozonu w atmosferze mierzy się w dobsonach. 1 mm słupa ozonu = 100 dobsonów. Średnia zawartość ozonu w atmosferze wynosi około 300 dobsonów

• Ozon nie jest rozmieszczony w atmosferze równomiernie największa koncentracja występuje na około 30 km

• Zaliczany jest do zmiennych składników atmosfery, ponieważ jego zawartość w atmosferze nie jest stała zmienia się ona wraz z wysokością, położeniem geograficznym, porą roku, doby. Najmniejsza koncentracja w okolicach okołorównikowych, największa okołobiegunowych, najmniej jest jesienią , najwięcej wiosną

• Największy negatywny wpływ na ilość ozonu ma duża ilość produkcji freonów freonów innych gazów zawierających chlor i brom

• 1985 rok Wiedeń pierwsze porozumienie o ochronie ozonu. To porozumienie i kolejne w Montrealu i Londynie określają harmonogram odchodzenia od produkcji związków chemicznych działających destrukcyjnie na ozon

• Ozon znajdujący się w stratosferze jest czynnikiem niezbędnym do rozwoju życia na Ziemi. Większa ilość ozonu w troposferze jest szkodliwa. Szacuje się, że w XX wieku na skutek wzrostu przemysłu nastąpiło podwojenie ilości ozonu w troposferze jego udział w efekcie cieplarnianym szacuje się już na 8 %

• Istnienie warstwy ozonu w atmosferze ma niezmiernie ważne znaczenie dla życia organicznego na Ziemi

Dwutlenek węgla

• Stanowi on około 0,03 % całej objętości powietrza. Jest to wartość średnia i w zależności od warunków lokalnych, pogodowych, pory doby, roku notuje się znaczne odchylenia od tej wartości

• Jest niezbędny dla wzrostu masy organicznej roślin w procesie fotosyntezy

• Pochłaniany jest przez proces fotosyntezy, znaczna ilość rozpuszczona w oceanach

• Do atmosfery gaz ten przedostaje się w procesie spalania surowców energetycznych, rozkładów materii organicznej oraz oddychania organizmów żywych. Niewielkie ilości podczas wybuchów wulkanicznych, ze źródeł mineralnych itp.

• Odznacza się zdolnością łatwego przepuszczania promieniowania krótkofalowego Słońca i zatrzymywaniem promieniowania długofalowego emitowanego przez powierzchnię Ziemi w kierunku przestrzeni kosmicznej

• Znaczna koncentracja gazu w przyziemnej warstwie atmosfery sprzyja podwyższaniu temperatury

• Powoduje efekt cieplarniany

• W ostatnich kilkudziesięciu latach notuje się stały wzrost CO2 w atmosferze. Jeśli tendencja utrzyma się lub zwiększy to spowoduje to wzrost średniej temperatury powietrza na kuli ziemskiej. Największe ocieplenie w strefach polarnych i kontynentalnych 4,5° C, najmniejsze na oceanach 1,2° C. Zmiany opadów wzrosną w strefie okołorównikowej, zmaleją w strefach okołozwrotnikowej

Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego:

1. Pochodzenia naturalnego - (90 %) pyły kosmiczne, aerozole pochodzenia morskiego, pyły zwiewane z powierzchni lądów (litologiczne), pyły i gazy wulkaniczne, mikroorganizmy ( bakterie, zarodniki roślin, pyłki kwiatowe ) martwe okruchy organizmów roślinnych, zwierzęcych.

2. Pochodzenia sztucznego – (10 %) powstają w wyniku działalności gospodarczej człowieka. Są to gazy, pary, dymy, pyły o najróżniejszym składzie chemicznym. Powstają one z reguły podczas procesów produkcyjnych, transportu lub przeładunku.

Zanieczyszczenia o średnicy mniejszej mogą się dłużej utrzymywać w powietrzu a o średnicy większej są cięższe opadają utrzymują się krócej. Większość aerozoli jest tak mała, że przez długi czas mogłaby być zawieszona w powietrzu. Przeciwdziała temu proces koagulacji i agregacji. Proces zderzania się cząsteczek stałych powoduję ich agregację, a zlewanie się mikroskopijnych kropelek wody lub innych roztworów przyczynia się do ich koagulacji. Szczególne znaczenie dla procesu kondensacji pary wodnej w atmosferze mają jądra kondensacji. Ich obecność warunkuje i przyśpiesza kondensację pary wodnej

Średnia ilość jąder kondensacji:

• Ocean 940

• Ląd powyżej 2 km 950

• Ląd 0,5 – 1 km 6 000

• Wieś 9 500

• Miasto 34 300

• Duże miasto 147 000

Budowa atmosfery:

1. Ze względu na skład chemiczny

a) Homosfera – stały skład chemiczny z wyjątkiem pary wodnej i tzw. gazów śladowych. Budują głównie cząsteczki obojętne elektrycznie i sięga ona od powierzchni Ziemi do około 100 km, przeważają głównie azot, tlen.

b) Heterosfera – powyżej 100 km mieszanina gazów atmosferycznych nie występuje, cechuje ją zmienny skład chemiczny. Zawiera gazy zjonizowane złożone z cząsteczek obdarzonych ładunkiem elektrycznym. Najbardziej wewnętrzna część tej warstwy tworzy tzw. geokoronę

2. Pionowa

Troposfera

• Warstwa stykająca się z powierzchnią Ziemi podlegająca silnemu oddziaływaniu podłoża

• Sięga od 7 km nad biegunem do około 17 – 18 km w strefie równikowej zróżnicowanie to zależy od temperatury powietrza, siły ciężkości i ruchu obrotowego Ziemi

• Zawiera 80 % masy atmosfery, 50 % do wysokości 50 km

• Zawarta jest prawie cała para wodna

• Spadek temperatury wraz ze wzrostem wysokości niemal jednostajnie o 0,5 – 0,6 ° C / 100 m

• W górnej granicy troposfery na obszarach międzyzwrotnikowych temperatura przez cały rok od - 70 do – 80 ° C, nad biegunami latem około – 45° C zimą około - 70° C

• Zachodzą procesy kształtujące klimat i pogodę

• Spadek ciśnienia wraz z wysokością

Tropopauza – warstwa przejściowa między troposferą a stratosferą, jej grubość nie przekracza 2 km, stała temperatura

Stratosfera

• Sięga do wysokości 50 – 55 km

• W dolnej części od 12 do 35 km odznacza się niemal stałą temperaturą, w górnej części od 35 do 55 km temperatura rośnie wraz z wysokością. Średnia temperatura na górnej granicy wynosi około 0° C

• Szybki wzrost temperatury w górnej części jest wynikiem pochłaniania promieniowania słonecznego przez ozon

• Znajduje się prawie cała warstwa ozonu głównie w warstwie od około 15 do 55 km

• Największa koncentracja ozonu 20 – 35 km

• Znikoma ilość pary wodnej

• Stosunkowo rzadko znajdują się niektóre rodzaje chmur najwyższego piętra zbudowane z kryształków lodu i pochłanianych kropelek wody

Stratopauza – warstwa przejściowa między stratosferą a mezosferą stała temperatura

Mezosfera

• Rozciąga się na wysokości od około 50 km do około 85 km

• Ponowny spadek temperatury wraz z wysokością w górnej granicy temp. wynosi ok. – 80° C

• Szczególny rodzaj chmur zbudowanych z kryształków lodu tzw. obłoki srebrzyste

Mezopauza - oddziela mezosferę od termosfery

Termosfera

• Sięga do wysokości 20 000 km

• Temperatura rośnie wraz z wysokością w górnej granicy wynosi około 1 000 ° C i jest wynikiem pochłaniania promieniowania słonecznego słonecznego bardzo małych długościach fal

• Przewaga gazów lekkich

• Jonosfera od 800 do 1000 km, występuje w obrębie troposfery, mała gęstość powietrza, występują naładowane elektrycznie elektrony odbijają fale radiowe występują zorze polarne świecenie nocnego nieba, burze geomagnetyczne

• Egzosfera sięga do 20 000 km, atomy i cząstki gazów poruszają się z dużymi prędkościami, dominuje wodór i częściowo hel, duże prędkości pozwalają na uwolnienie się z atmosfery ziemskiej i rozprzestrzenianie w przestrzeni międzyplanetarnej. Tworzą one tzw. koronę ziemską (geokoronę) , przyjmuje się, że przechodzi ona bezpośrednio w koronę słoneczną

2. Rodzaje frontów klimatologicznych i atmosferycznych i ich charakterystyka

Obszar atmosfery będący strefą przejściową pomiędzy dwiema różnymi masami powietrza nazywa się powierzchnią frontową, która w miejscu przecięcia się z powierzchnią Ziemi wyznacza linię frontu (front atmosferyczny).

Powierzchnię frontową z reguły tworzy warstwa powietrza o miąższości kilkuset metrów, nachylona względem powierzchni Ziemi pod bardzo małym kątem.

Fronty główne (klimatologiczne) - fronty rozdzielające główne (geograficzne) rodzaje mas powietrza występujące na kuli ziemskiej.

• Front arktyczny – oddziela masy powietrza arktycznego od polarnego

• Front antarktyczny – oddziela masy powietrza antarktycznego od polarnego

• Front polarny – oddziela masy powietrza polarnego od zwrotnikowego

• Front zwrotnikowy – oddziela masy powietrza zwrotnikowego od równikowego

Na frontach polarnych, arktycznych i antarktycznych powstają i rozwijają się cyklony pozazwrotnikowe, a więc te elementy ogólnej cyrkulacji atmosfery, które w szerokościach podzwrotnikowych wywierają zasadniczy wpływ na pogodę, decydują o jej typie.

W poszczególnych dniach i porach roku położenie frontów głównych może znacznie odbiegać od ich średniego położenia.

Poszczególne fronty składają się zazwyczaj z kilku odcinków. Jest to spowodowane niejednorodnością podłoża kuli ziemskiej. Nieciągłości poszczególnych frontów występują nad obszarami, nad którymi masy powietrza szczególnie często przemieszczają się do sąsiednich stref szerokości geograficznych. Geograficznych tych miejscach przebieg frontów klimatologicznych ulega zakłóceniu, staje się nieczytelny. Zjawisko to określa się jajko rozmycie frontu.

Fronty wtórne (atmosferyczne) – występują w obrębie tej samej masy powietrza, jeżeli różne jej części cechuje inny stopień transformacji. Fronty te formują się również na styku powietrza lądowego i morskiego pochodzącego z tej samej strefy geograficznej

1. Front ciepły

2. Front chłodny

3. Front zokludowały

4. Front stacjonarny

5. Front prosty – rozdziela dwie masy powietrza

6. Front złożony – rozdziela trzy masy powietrza

Frontogeneza – zjawisko formowania się frontów atmosferycznych

Frontoliza – proces ich zanikania

1. Front ciepły – jeśli ciepła masa powietrza wypiera masę powietrza chłodniejszego, obserwuje się przemieszczanie frontu w kierunku powietrza chłodniejszego. Front przedstawia się za pomocą linii, na której zaznaczone półokręgi wypukłościami zwróconymi w kierunku przemieszczania się frontu, oznacza się liną czerwoną. Procesie formowania frontu ciepłego następuje stosunkowo wolny i uporządkowany ruch powietrza ciepłego wzdłuż nachylonej pod bardzo małym kątem powierzchni frontowej. Prowadzi to do adiabatycznego ochładzania powietrza, kondensacji pary wodnej i formowania się chmur. Tworzą się chmury o budowie poziomej ( Ci, Cs, As, Ns). Zachmurzenie i opady na stosunkowo rozległym obszarze.

Elementy pogody	Przed frontem	W czasie przechodzenia frontu	Za frontem
Ciśnienie	Obniża się	Spadek ustaje	Niewielkie zmiany
Wiatr	Wzmaga się	Chwilowe zmniejszenie	Nie ulega znaczącym zmianą
Temperatura	Nie zmienia się	Powoli wzrasta	Zmienia się nieznacznie
Zachmurzenie	Stopniowo wzrasta
	Pojawiają się Ci, Cs, As, Ns	Niskie Ns	Chmury St lub Sc
Widzialność	Bardzo dobra	Ograniczona mgły	Często ograniczona

2. Front chłodny – gdy ciepła masa powietrza cofa się, ustępując miejsca masie powietrza chłodniejszego, a linia frontu przemieszcza się w kierunku powietrza cieplejszego. Front chłodny jest oznaczony linią z szeregiem trójkątów (zębów), których wierzchołki są zwrócone w kierunku ruch frontu, oznacza się linią niebieską. Powietrze chłodne jako cięższe i bardziej gęste wypiera masę powietrza cieplejszego ku górze. Kąt nachylenia powierzchni frontowej względem powierzchni Ziemi jest dlatego większy niż przy froncie ciepłym. Rozwijają się chmury głównie w kierunku pionowym. Dominują chmury kłębiaste. Strefa opadów jest węższa. Front przesuwa się szybciej niż front ciepły. Czas trwania opadów jest względnie krótki, opady mają często charakter ulewy.

Elementy pogody Przed frontem W czasie przechodzenia frontu Za frontem

Ciśnienie Obniża się Wyraźnie wzrasta Wzrasta w mniejszym tempie

Wiatr Wzrasta, często porywisty Porywisty, często szkwalisty Niekiedy nasila się nieznacznie zmienia kierunek

Temperatura Niezmienna Szybko obniża się Zmienia się nieznacznie lub powoli spada

Zachmurzenie Ac lub As później Cb Cb z niską podstawą Szybko podnosi się podstawa chmur, pojawia się As, Ac później Cu, Cb

Widzialność Zazwyczaj ograniczona Ograniczona, potem szybkie polepszenie Zazwyczaj poza strefą opadów dobra

3. Po pewnym czasie front chłodny dogania front ciepłu i następuje połączenia tych frontów w jeden front wspólny. Zjawisko łączenia nosi nazwę okluzji, a nowy front nazwę frontu zokludowanego. W strefie okluzji stykają się trzy masy powietrza. Masa powietrza stosunkowo najcieplejszego nie styka się z podłożem, bowiem jest ona wypierana do góry przez dwie masy powietrza chłodniejszego. Front okluzji ma jednocześnie cechy frontu chłodnego i frontu ciepłego. Powstanie frontu zokludowanego szczególnie często jest obserwowane w obrębie niżów barycznych umiarkowanych szerokościach geograficznych

Jeśli chłodna masa powietrza za frontem chłodnym jest cieplejsza od masy chłodnego powietrza za frontem ciepłym, to w wyniku połączenia frontu ciepłego i chłodnego dochodzi do okluzji ciepłej.

Jeśli chłodna masa powietrza za frontem chłodnym jest chłodniejsza od masy powietrza chłodnego za frontem ciepłym to w wyniku połączenia frontu ciepłego i chłodnego dochodzi do okluzji chłodnej.

3. Schemat ogólnej cyrkulacji atmosfery na kuli ziemskiej

To układ wielkoskalowych prądów powietrznych występujących nad powierzchnią kuli ziemskiej. Za ich pośrednictwem odbywa się przemieszczanie mas powietrza o różnych właściwościach fizycznych. Od ogólnej cyrkulacji atmosfery należy odróżnić cyrkulację o mniejszym zasięgu przestrzennym, które zazwyczaj nazywa się lokalnymi (wiatry lokalne). Przykładem cyrkulacji lokalnej jest bryza morska, wiatry górskie i dolinne, fen, bora, i wiele innych.

Przyczyny ogólnej cyrkulacji atmosferycznej:

• Nierównomierny dopływ do powierzchni Ziemi promieniowania słonecznego

• Ruch obrotowy Ziemi

• Rodzaj podłoża

• Orografia terenu

Bilans energii promieniowania w niskich szerokościach geograficznych rozciągających się symetrycznie wokół równika, występuje pewien jej nadmiar, a w szerokościach umiarkowanych i wysokich jej niedobór

Ze względu na to, że Ziemia i atmosfera są związane ze sobą siłą tarcia, a ruch obrotowy Ziemi jest praktycznie jednostajny, w poszczególnych szerokościach geograficznych obserwuje się różne prędkości względne dolnych warstw atmosfery i punktów położonych na powierzchni Ziemi.

Przy założeniu, że powierzchnia Ziemi jest jednorodna i gładka, w obszarze

• W niskich szerokości geograficznych powietrze porusza się szybciej od powietrza, formują się prądy powietrzne o przeważającej składowej wschodniej. Zbiegają się one szerokościach pobliżu równika, gdzie występuje obszar ciszy lub słabych prądów powietrznych szerokościach zmiennym kierunku

• W szerokościach zwrotnikowych powierzchnia Ziemi porusza się z taką samą prędkością jak powietrze atmosferyczne. Występują dwa symetryczne pasy bardzo słabych i zmiennych prądów powietrznych ze stosunkowo dużym udziałem ciszy

• W wysokich szerokościach geograficznych powietrze porusza się szybciej od powierzchni Ziemi, powietrze przemieszcza się z zachodu na wschód. Następuje to głównie w strefie od 23° do 55° szerokości geograficznej na obu półkulach

• W okolicach okołobiegunowych przeważa przemieszczanie się powietrza ze wschodu na zachód

Na każdej półkuli w przekroju południkowym można wyróżnić trzy komórki cyrkulacyjne

• Komórka cyrkulacyjna Hadleya – w niskich szerokościach geograficznych. W pobliżu równika po jego stronie północnej i południowej, powietrze jest unoszone za pośrednictwem prądów konwekcyjnych. W kierunku biegunów do ok. 30° szerokości geograficznej gdzie następuje opadanie powietrza. Przy powierzchni Ziemi pasaty wieją z kierunku NE na półkuli północnej i z kierunku SE na półkuli południowej

• Komórka cyrkulacyjna Ferrela – w średnich szerokościach geograficznych między 30° i 60°. Tutaj powietrze wznosi się w pobliżu 60° szerokości geograficznej i opada w rejonie zwrotników

• Komórka cyrkulacyjna polarna – w rejonie okołobiegunowym na każdej półkuli. Powietrze wznosi się w obszarze cieplejszym leżącym w okolicy 60° szerokości geograficznej i opada w pobliżu biegunów

Prądy strumieniowe w atmosferze

• Bardzo silne wiatry zachodnie w górnej troposferze w umiarkowanych szerokościach geograficznych

• Ich prędkość dochodzi do 100 km/godz. latem i prawie 200 km/ godz. Zimą

• Rozmiar prądów są znaczne

• Przyjmuje się, że prądy są wynikiem dużych zmian temperatury i ciśnienia w sąsiadujących ze sobą warstwach atmosfery

Rozkład ciśnienia powietrza na poziomie morza

• Międzyzwrotnikowa (równikowa) strefa obniżonego ciśnienia

• Podzwrotnikowa strefa podwyższonego ciśnienia

• Strefa obniżonego ciśnienia szerokości umiarkowanych

• Strefa podwyższonego ciśnienia w okolicach okołobiegunowych

Strefy te zmieniają w ciągu roku swe położenie. Odpowiednio do rocznych zmian deklinacji Słońca, przemieszczają się nieco na północ i nieco na południe w stosunku do położenia zajmowanego w dniu 21 marca i 23 września.

Nad kontynentami silnie ochładzającymi się w zimie powstają warunki do formowania się termicznych wyżów, a latem, w wyniku silnego ogrzania powierzchni lądowych, tworzą się nad nimi niże termiczne. Nad oceanami, nie wykazującymi tak dużego zróżnicowania termicznego lądy, strefowość w rozkładzie ciśnienia powietrza jest zaburzona nieznacznie.

W strefie okołozwrotnikowej przez cały rok utrzymuje się obszar obniżonego ciśnienia. Zalega ono w styczniu pomiędzy 10° N a 20° S, a w lipcu pomiędzy 30° N a 5° S. Na półkuli zachodniej, na której dominują obszary wodne, oś międzyzwrotnikowej strefy niskiego ciśnienia zmienia swe położenie nieznacznie. Na półkuli wschodniej, na której dominują obszary lądowe, położenie w ciągu roku osi zmienia się. W lipcu położona na obszarze Azji aż na 30° N, a na terenie Australii do ok. 20° S.

Podzwrotnikowe strefy wysokiego ciśnienia, odpowiednio od zmian deklinacji Słońca w styczniu przemieszcza się bardziej na południe, a w lipcu bardziej na północ. Latem nad kontynentami ciśnienie obniża się, zimą wzrasta. Na półkuli północnej nad oceanami przez cały rok zaznaczają się wyże (Wyż Azorski, Wyż Hawajski). Nad lądami wyże tworzą się tylko w zimie (Wyż syberyjski, Wyż Kanadyjski). Na półkuli południowej nad oceanami występują wyże (Wyż Południowoatlantycki, Wyż Południowopacyficzny), nad lądami latem notuje się nieco niższe ciśnienie powietrza niż nad oceanami. W zimie wzrasta ciśnienie nad kontynentami.

Szerokości geograficzne umiarkowane i subpolarne zajmują strefy obniżonego ciśnienia. Na półkuli południowej strefa obniżonego ciśnienia atmosferycznego zaznacza się wyraźnie w ciągu całego roku. Na półkuli północnej zimie występują silnie rozbudowane wyże pochodzenia termicznego (Wyż Syberyjski, Wyż Kanadyjski). Nad oceanami strefa obniżonego ciśnienia (Niż Islandzki, Niż Aleucki). Latem notuje się spadek ciśnienia nad lądami.

W rejonie biegunów ciśnienie powietrza na poziomie morza jest wyższe niż w szerokościach umiarkowanych. Podwyższone ciśnienie w rejonie Antarktydy nad Grenlandią

Główne systemy wiatrów na kuli ziemskiej

• Strefa międzyzwrotnikowa wiatry północno-wschodnie, południowo-wschodnie pasaty

• W szerokościach umiarkowanych wiatry zachodnie

• W okolicach biegunów wiatru wschodnie

Charakterystyczne jest dla wszystkich szerokości geograficznych odchylenie się wiatrów od kierunku równoleżnikowego. Przyczynia się do tego siła tarcia, położenie centrów działania atmosfery, rozkład mórz i lądów, orografia lądów itp.

Cyrkulacja atmosfery w szerokościach międzyzwrotnikowych

Pasty

• Wiatry stałe o umiarkowanych prędkościach ok. 5-8 m\ s

• Wieją od wyżów podzwrotnikowych do niżów okołorównikowych

• Na półkuli północnej są to wiatry północno-wschodnie, na półkuli południowej południowo-wschodnie

• Inwersje termiczne w pasatach wpływają na opady

• Strefa występowania pasatów jest strefą bezopadową lub cechują ją bardzo małe sumy opadów atmosferycznych

• Miąższość pasatów zwiększa się w kierunku równika

• Na obszarze między 30° a 35° szerokości geograficznej notuje się znaczny udział cisz oraz słabych wiatrów

• W miarę zbliżania się do równika pasaty słabną i zanikają

Międzynarodowa strefa zbieżności lub strefa konwergencji

• Strefa przejściowa między pasatami półkul północnej i południowej.

• Pokrywa się niektórych międzynarodową strefą niskiego ciśnienia. Dawniej nazywany równikowym pasem ciszy

• Na niektórych odcinkach strefa konwergencji przekształca się w wąską strefę frontu klimatologicznego zwrotnikowego. W strefie tego frontu pasaty jednej półkuli stykają się przechodzą bezpośrednio w pasaty drugiej półkuli

• Dobre warunki do konwekcji

• Potężne chmury kłębiaste i kłębiaste deszczowe dające obfite opady przelotne o charakterze ulewy, którym bardzo często towarzyszą burze i porywiste wiatry

El Nino (dzieciątko)

• Wywodzi się od łagodnego prądu ciepłej wody, który pojawia się w grudniu w okresie Bożego Narodzenia i płynie w kierunku wybrzeża Ekwadoru

• Zjawisko okresowego zahamowania upwellingu (zjawisko wznoszenia zimnych wód ku powierzchni oceanu) u wybrzeży Peru i Chile, którego przyczyną jest osłabienie cyrkulacji południowo- wschodnich pasatów i przesunięcie na południe MSZ

• Rozwijają się znaczne dodatnie anomalie temperatury wód powierzchniowych, których skutkiem jest występowanie obfitych opadów

• Zmiany ciśnienia atmosferycznego między wschodnimi rejonami Oceanu Indyjskiego i wschodnią częścią Oceanu Spokojnego

• Powoduje anomalie pogodowe opady na pustyni w USA, susza Indonezja, Ameryka Środkowa, pożary, powodzie, podnoszenie temperatury morza niszczy rafy koralowe,

Cyrkulacja powietrza w szerokościach pozazwrotnikowych

• Rozciąga się strefa stosunkowo niskiego ciśnienia

• Przewaga zachodnich wiatrów widoczna w wyższych warstwach troposfery

• Ciągłe przemieszczanie się wyżów i niżów barycznych powoduje powstanie zaburzeń

• Powstają, rozwijają się i zanikają w ciągu całego roku kilkaset zaburzeń przybierających postać cyklonów oddzielonych układami wysokiego ciśnienia

• Niż przemieszczanie się z zachodu na wschód

• 30-40 km\ h prędkość przemieszczania się niżu

Cyrkulacja monsunowa

• „wielkie zakłócenie” ogólnej cyrkulacji atmosferycznej

• Charakterystyczny ustrój prądów powietrza w dolnej troposferze, dwa razy do roku zmienia kierunek na przeciwny

• Cyrkulacja monsunowa stanowi fragment ogólnej cyrkulacji atmosfery, a nie cyrkulację o charakterze lokalnym

• Największy obszar występowania monsunów to północna cześć Oceanu Indyjskiego

• Stabilność cyrkulacji monsunowej jest uwarunkowana znaczną stałością układów barycznych barycznych danej porze roku. Cyrkulacja ta występuje na obszarach, na których wyże i niże baryczne mają jedne nad drugimi wyraźną sezonową przewagę

• Monsun letni wieje znad oceanu przynosi pogodę pochmurną i deszczową. Osiąga największą stabilność lipcu i sierpniu

• Monsun zimowy wieje z lądu w kierunku oceanu, przynosi pogodę o małym zachmurzeniu i z reguły bez opadów. Największą stabilność ma w grudniu i styczniu

Wiatry lokalne

Bryza

• Rozwijają się ze względu na różne właściwości termiczne podłoża wodnego i lądowego

• Zmienia swój kierunek dwukrotnie w ciągu doby

• W dzień temperatura lądu jest większa niż temperatura morza lub innego większego zbiornika. W wyniku wyższej temperatury lądu, zalegające nad nim powietrze ogrzewa się szybciej niż powietrze zalegające nad podłożem wodnym. Ciepłe powietrze nad lądem unosi się do góry a na jego miejsce napływa chłodniejsze powietrze znad zbiorników wodnych. Górą powietrze znad lądu przemieszcza się w kierunku morza, gdzie w pewnej odległości od brzegu ochładza się i osiada. Prądy powietrzne przenoszą znad morza nad ląd chłodne i wilgotne powietrze. Noszą one nazwę bryzy morskiej lub bryzy dziennej.

• W nocy kontrast między temperaturą powietrza zalegającego nad morzem i powietrza zalegającego nad lądem obraca się. Formują się przy powierzchni Ziemi prądy powietrza skierowane znad lądu na morze, noszą nazwę bryzy lądowe lub bryzy nocnej.

• Szczególnie silna cyrkulacja bryzowa występuje w strefie wybrzeży obszarów międzyzwrotnikowych, gdzie występuje duży kontrast ciśnienia, cyrkulacja ta na tych obszarach utrzymuje się przez cały rok

• W umiarkowanych szerokościach geograficznych sprzyjające warunki do rozwoju cyrkulacji bryzowej występują głównie w ciepłej porze roku

Wiatry górskie i dolinne (zboczowe)

• Wywołana kontrastami termicznymi, cechuje je również okres dobowy, wiatry te występują na obszarach górskich

• Górskich słoneczny dzień stoki górskie nagrzewają się powietrze nad nimi unosi się tworząc wiatr dolinny. Wiatry dolinne wiejące w ciągu dnia umożliwiają powstawanie, bardzo silnie rozbudowanych chmur kłębiastych.

• Podczas bezchmurnej nocy powietrze nad stokami jest chłodniejsze niż w dolinach i jako cięższe opada po stokach w dół jest to wiatr górski

Fen

• Ciepły, suchy, porywisty wiatr wiejący z gór w kierunku dolin i kotlin

• Do powstania tego wiatru jest niezbędne istnienie bariery górskiej wznoszącej się prostopadle do kierunku, przemieszczania się względnie wilgotnych mas powietrza

• Wilgotna powietrze wznosi się po stronie dowietrznej, oziębia się, temperatura powietrza spada o 0,6° C na 100 m wysokości. Spadek temperatury powoduje na pewnej wysokości kondensację pary wodnej. Tworzą się chmury i występują opady atmosferyczne. Po przekroczeniu bariery górskiej suche powietrze gwałtownie opada, ogrzewając się przy tym o 1° C na 100m

• Występuje na obszarach górskich w wielu rejonach kuli ziemskiej. Mają swoje lokalne nazwy w Alpach-fen, w Tatrach-halny, w Górach Skalistych-chinook

Bora

• Wiatr katabatyczny

• Zimny, porywisty, chłodny wiatr wiejący w kierunku morza z sąsiadujących niezbyt wysokich obszarów górskich

• Powstaje, gdy nad morzem zalega względnie ciepłe powietrze odznaczające się niskim ciśnieniem, a nad sąsiadującym z morzem płaskowyżem lub pasem niewysokich gór zalega powietrze stosunkowo zimne. Kiedy miąższość warstwy zimnego powietrza osiągnie względnie duże rozmiary, wtedy zaczyna ono spływać z płaskowyżu lub łańcucha górskiego przełęczami w kierunku morza. Spływające powietrze z powodu znacznego wyziębienia, mimo ogrzewania się, po osiągnięci poziomu morza jest w stosunku do powietrza wypieranego znad morza, powietrzem bardzo chłodnym

• Pojawia się w rejonie Adriatyku i Morza Czarnego

Wiatr lodowcowy

• Wiatr katabatyczny

• Powietrze ochładza się nad lodowcem spływa w dół grawitacyjnie jako powietrze chłodne

• W nocy wiatr lodowcowy łączy się z górskim jego prędkość i zasięg wzrasta

• W dzień nad spływającym w dół chłodnym wiatrem lodowcowym wieje cieplejszy wiatr dolinny

Zakłócenia ogólnej cyrkulacji atmosfery

Cyklony tropikalne

• Niże powstające w strefie międzyzwrotnikowej

• Różnią się od cyklonów pozazwrotnikowych

• Formują się w dość jednorodnych masach powietrza. Powstają w masach powietrza bardzo ciepłego i wilgotnego, zalegających nad wodami oceanicznymi, których temperatura przekracza 25° C

• Powstające cyklony przemieszczają się zgodnie z ogólnym kierunkiem ruchu powietrza między zwrotnikami, tzn. ze wschodu na zachód, zbaczając w kierunku wyższych szerokości.

• W zewnętrznej części takiego cyklonu tropikalnego rozwijają się bardzo silne prądy wstępujące, obejmującą często całą troposferę. Powietrze napływa dołem, w kierunku środka cyklonu, przemieszcza się ku górze, a następnie na zewnątrz wiru.

• Najsilniejsze wstępujące prądy powietrza rozwijają się dookoła tzw. oka cyklonu. Umożliwiają one formowanie się ogromnych chmur kłębiasto-deszczowych (Cb). Występują w nich zjawiska burzowe

• Oko ma średnicę ok. 20 – 30 km, występuje w nim bardzo niskie ciśnienie około 960 hPa i może być niższe nawet o kilkadziesiąt hektopaskali w porównaniu z ciśnieniem na skraju wiru

• W oku panuje pogoda prawie bezwietrzna, słoneczna z niewielkim zachmurzeniem. Powietrze jest stosunkowo suche i jest cieplejsze od powietrza otaczającego oko cyklonu

• Bardzo duże poziome gradienty ciśnienia występujące na obszarze cyklonu są przyczyną wiatrów o ogromnej sile

• Duże prędkości wiatrów są przyczyną tworzenia się ogromnych fal morskich o wysokości kilku, a nawet kilkunastu metrów. Silnym wiatrom towarzyszą niezwykle gwałtowne opady deszczu i wyładowania atmosferyczne.

• Powstają na obu półkulach pomiędzy 5° a 25° szerokości geograficznej. Rozwijają się wyłącznie nad oceanami

• Na kuli ziemskiej można wyróżnić siedem obszarów, nad którymi pojawiają się i rozwijają cyklony tropikalne. Na półkuli północnej: Zatoka Bengalska, Morze Arabskie, morza otaczające Azję Południowo-Wschodnią, rejon Zatoki Meksykańskiej i Morza Karaibskiego, wschodnia część Oceanu Spokojnego. N półkuli południowej: Ocean Indyjski od wschodnich wybrzeży południowej Afryki aż do zachodnich wybrzeży Australii oraz zachodnia część Oceanu

• Najczęściej pojawiają się latem i wiosną

• Cykl rozwojowy trwa od jednego do dwóch tygodni

• W Azji Południowo-Wschodniej nazywane są tajfunami, w Ameryce huraganami, w Australii willy-willy

Trąby powietrzne trąby wodne

• Występują nad obszarami morskimi i lądowymi najczęściej w niskich i umiarkowanych szerokościach geograficznych

• Są wirami o małej średnicy, mają postać leja złączonego szerszym końcem z chmurą burzową. Dolna część wiru sięga powierzchni lądu lub morza

• Prędkość wiatru dochodzi do kilkudziesięciu metru na sekundę

• Gwałtowne opady i wyładowania elektryczne

• Prędkość przemieszczania się wiru na powierzchni Ziemi wynosi od kilkudziesięciu do 200 km/ godz..

• Wirowy ruch powietrza wywołany jest olbrzymimi różnicami powietrza pomiędzy jej centrum a skrajem Różnice dochodzą do 100 hPA i więcej

• Najgwałtowniejsze trąby powstają w Ameryce Północnej zwane są tornadami. Swobodny przepływ mas powietrza ze względu na nizinne ukształtowanie powierzchni. Najczęściej pojawiają się wiosną i na początku lata w godzinach popołudniowych.

• Obraca się jak cyklon odwrotnie do ruchów wskazówek zegara

• Towarzyszą chmury cumulonimbus

• Mniejsze wiry obserwowane są na silnie nagrzanych powierzchniach stepów i pustyń

Burza

• Związana z chmurami kłębiasto-deszczowymi (Cb) wyładowaniami elektrycznymi, obfitymi opadami, porywistym wiatrem

• Czas trwania stosunkowo krótki, od kilku minut do kilku godzin

• Chmury burzowe obarczone są ładunkiem elektrycznym, niektóre fragmenty naładowane są dodatnio inne ujemnie w wyniku tego dochodzi do napięć pola elektrycznego

4. Współczesne i przyszłe zmiany klimatu

Zmiany średniej temperatury rocznej

• Faza ocieplenia lata 20-40 XX wieku (najbardziej ociepliła się Arktyka)

• Faza ochłodzenia lata 40-70 XX wieku (najbardziej ochłodziła się półkula północna)

• Faza ocieplenia lata 75 XX wieku (najbardziej ociepliła się Europa i Azja)

1998 rok – najcieplejszy rok tysiąclecia

• Na większości obszarów temperatura wzrosła

• Wzrost temperatury w ostatnich 150 latach 0,5 - 0,8° C

• Przewiduje się, że do końca wieku temperatura wzrośnie od 1 do 5,5° C

• Maksymalne ocieplenie w wysokich szerokościach geograficznych, bardziej ociepliły się zimy niż lata, bardziej ociepliły się obszary lądowe niż morskie

• Ocieplenie jest większe przy powierzchni Ziemi niż w pozostałych częściach troposfery

• Zmiany wilgotności powietrza strefa umiarkowana wzrost opadów, strefa zwrotnikowa spadek opadów, strefa równikowa bez zmian

• Zmiana zjawisk ekstremalnych odchylenia od norm

Przyczyny zmian klimatu:

• Pył galaktyczny

• Ewolucja Słońca

• Dryf kontynentów

• Wędrówka biegunów

• Górotwórczość izostazja

• Parametry orbitalne

• Cyrkulacja oceaniczna

• Zmiany w atmosferze ziemskiej

• Aktywność wulkaniczna

• Interakcje atmosfera, ocean, lód, ląd

• Zmienność promieniowania słonecznego

• Intensywność atmosfery oceanu

Dziura ozonowa - zjawisko zmniejszonego stężenia ozonu (O3) w stratosferze atmosfery ziemskiej, występujące głównie w obszarach podbiegunowych. Powstawanie dziury wiązane jest zazwyczaj z emisją freonów spowodowaną działalnością człowieka Związki te wykorzystywane były w konstrukcji systemów chłodniczych: w sprężarkach, chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych, do produkcji lakierów, w przemyśle kosmetycznym i w medycynie. Dziura ozonowa została odkryta w 1976 roku. Zmniejszenie się ilości ozonu w atmosferze może mieć poważne konsekwencje dla życia na Ziemi. Jest on odpowiedzialny za pochłanianie promieniowania ultrafioletowego docierającego do naszego globu ze Słońca. Promieniowanie to jest bardzo szkodliwe dla wszelkich organizmów żywych. Prowadzi do uszkodzeń komórek, poprzez oparzenia skóry. Może powodować zmiany w ich materiale genetycznym i wywoływać tym samym choroby nowotworowe (m. in. czerniak). Nadmiar promieniowania UV przyczynia się także do osłabienia odporności organizmów, a w konsekwencji zwiększenia ryzyka zarażenia chorobami wirusowymi i pasożytniczymi. Przyspiesza także procesy starzenia się skóry. Jest również niebezpieczny dla oczu - może być przyczyną m. in. zaćmy.Wzrost promieniowania UV niekorzystnie wpływa także na rośliny. Może prowadzić do uszkodzeń wielu gatunków roślin żywieniowych, co z kolei może wpłynąć na zmniejszenie produkcji i pogorszenie jakości żywności.Zanik ozonu w atmosferze prowadzi także do zmian klimatycznych na Ziemi.

Efekt cieplarniany - jest zjawiskiem spowodowanym zdolnością atmosfery do przepuszczania dużej części promieniowania słonecznego (głównie światła) i zatrzymywania promieniowania Ziemi (m. in. cieplnego). Dzięki temu na powierzchni Ziemi oraz w dolnych warstwach jej atmosfery jest cieplej niż byłoby, gdyby atmosfera nie istniała. Efekt cieplarniany - zwany szklarniany to zjawisko ocieplenia się klimatu Ziemi polegający na zatrzymywaniu się pewnej ilości ciepła emitowanego do atmosfery . Jest to spowodowane wzrostem zawartości gazów cieplarnianych

Do gazów cieplarnianych zaliczane są:

• dwutlenek węgla

• ozon

• freony

• metan

• podtlenek azotu

• halony

• para wodna (najpowszechniejszy z gazów cieplarnianych w atmosferze)

Do źródeł emisji gazów cieplarnianych wywołanych działalnością człowieka

• spalanie paliw kopalnych

• wycinanie lasów

• chów bydła

• nawożenie gleby

• używanie gazów cieplarnianych w przemyśle.

Zmiany powodujące wzrost roli e