Budowa pionowa: Wyróżniamy dwa kryteria podziału atmosfery:
Ze względu na skład chemiczny
Ze względu na gradient temperatury
Homosfera: jest to warstwa przyziemna (dolna część atmosfery) od 0 do ok. 100km (skład atmosfery jest jednorodny)
Heterosfera: gęstość jest bardzo mała: siła grawitacji jest coraz niższa
Powyżej 100km nie ma procesu mieszania się cząsteczek.
Cząsteczki te układają się tzw. jak w torcie, najpierw nakładają się najcięższe gazy, później lżejsze (hel, wodór).
Pasma pochłaniania tlenu i ozonu:
Hertzberga Schumana -
Ruhgego λ < 0,2 µm (mikrometra)
Hartleya: λ = 0,2 - 0,3 µm
Hugginsa: λ = około 0,3 µm
Termosfera: rośnie temp na skutek pochłaniania Temp rośnie wraz z wysokością, osiągając 1500oC na wys ok. 400km, co wiąże się z pochłanianiem promieniowania słonecznego przez cząsteczkowy tlen i azot.
. W termosferze wyróżniamy jonosferę, czyli strefę silnie zjonizowanych gazów.
Jonosfera warstwa zjonizowanego gazu, składa się z 4 regionów:
Funkcje jonosfery: w jonosferze odbijane są fale radiowe, dzięki zjonizowanemu gazowi można podziwiać zorze polarne. Cała atmosfera wywiera na przedmioty nacisk: jest to ciśnienie atmosferyczne, jest to ogromna siła.
Promieniowanie: jest formą przekazywania energii bez udziału materii. Każde ciało o temp powyżej 0oK promieniuje, tzn. emituje energię w postaci fali elektromagnetycznych poruszających się ze stałą prędkością równą prędkości światła
Promieniowanie elektromagnetyczne:
- gamma
- rentgenowskie
- ultrafioletowe
- widzialne
- podczerwone
- mikrofalowe
Promieniowanie: długość fal:
380 - 436 nm: fioletowy
436 - 495 nm: niebieski
495 - 566 nm: zielony
566 589 nm: żółty
589 - 627 nm: pomarańczowy
627 - 780 nm: czerwony
Prawa promieniowania:
Prawo Placka: określa widmo promieniowania, czyli rozkład energii w zależności od długości fal (częstotliwości).
Prawo Wiena: mówi, że im wyższa temp ciała, tym maksimum energii w widmie przesuwa się na krótsze fale.
Prawo Stefana-Boltzmana: mówi, że im wyższa temp ciała, tym wyższa całkowita energia emitowana przez to ciało.
Prawo Kirchoffa: zdolność absorpcyjna ciała jest równa zdolności emisyjnej.
Promieniowanie krótko i długo falowe:
Energia promieniowania ziemskiego jest mniejsza od promieniowania słonecznego
Promieniowanie słoneczne jest krótkofalowe - 99% energii emitowane jest w paśmie fal
o długości < 4000 nm.
Ziemia emituje promieniowanie długofalowe w zakresie 4 - 100 mikrometrów
Stała słoneczna wynosi 1368 W, w przebiegu rocznym zmienia się przez ruchy obrotowe Ziemi.
Stała słoneczna nie jest wielkością stałą, w wieloleciu zależy od temperatury słońca, w cyklu rocznym od odległości słońca od Ziemi, zmienia się o 3,5%.
Słońce emituje i absorbuje podobnie do ciała doskonale czarnego o danej temp.
Stałą słoneczną wyznacza się przez średnią odległość Ziemi od Słońca.
Prawo Railegha: współczynnik rozpraszania i natężenie rozpraszanego światła są odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali światła.
Rozpraszanie Rayleigha: to rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach mniejszych od długości fali rozpraszanego światła. Rozpraszanie Raileigha na cząsteczkach atmosfery jest przyczyną błękitnego koloru nieba.
Rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach porównywalnych lub większych od długości fali świetlnej opisuje teoria Miego.
Na takich cząsteczkach światło jest rozpraszane równomiernie w każdym paśmie długości fal rozproszanej. Ta teoria wyjaśnia rozpraszanie zachodzące w chmurach.
Prawo Lamberta Bougera: jest to ekstynkcja promieniowania: promieniowanie słoneczne przechodząc przez atmosferę ziemską ulega ekstynkcji, czyli osłabieniu na skutek promieniowania i rozpraszania.
Ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi określa prawo Bougera:
I = Io pm
Io: stała słoneczna
p: współczynnik przezroczystości atm.
m: masa optyczna atmosfery
Masa optyczna atmosfery: najkrótsza droga od Słońca do Ziemi jest przy kącie 90o
Albedo: stosunek promieniowania odbitego do całkowitego promieniowania padającego na daną powierzchnię.
Im ciemniejszy kolor tym albedo jest mniejsze.
Średnie albedo ziemskie to 31%.
np. śnieg odbija ok. 80-95% promieniowania słonecznego
np. las odbija ok. 10-20%
trawa: 25-30%
ciemny asfalt: 5-10%
Albedo planetarne: ok. 30%, to jest średnie albedo promieniowania Ziemi.
Adiabatyczne zmiany temperatury:
Zmiany temperatury wynikające z gęstości, sprzężeniem powietrza
Przy sprzężeniu następuje wzrost temperatury
Wraz ze wzrostem temperatury maleje gęstość
Krzywa stanu:
Krzywa stratyfikacji:
Powietrze przy temperaturze - 20oC zawiera mało pary wodnej.
Przy kondensacji zyskujemy ciepło. Przy temperaturze - 20oC tracimy mniej ciepła.
Poziom kondensacji: miejsce, w którym adiabata sucha przechodzi w adiabatę wilgotną
Równowaga stała, chwiejna, obojętna:
Stała: ona i tak powraca na to samo miejsce
Chwiejna: wyprowadzona z równowagi, ona na to samo miejsce nigdy nie powróci
Obojętna: tam gdzie się cząsteczkę przestawi, tam zostanie
Typy stratyfikacji:
- bezwzględnie stała:
Y < Yw < Ya
y: gradient temperatury w atmosferze
yw: gradient wilgotnoadiabatyczny
ya: gradient suchoadiabatyczny
Stabilność dotyczy zarówno powietrza suchego jak i wilgotnego.
Krzywa stratyfikacji leży NA PRAWO od krzywej stanu.
- obojętna: gradient rzeczywisty jest dany z wilgotno adiabatycznym
Y = Ya: dla powietrza suchego
Y = Yw: dla powietrza wilgotnego
- bezwzględnie chwiejna:
Y > Ya > Yw
Chwiejność dotyczy zarówno powietrza suchego jak i wilgotnego
Krzywa stratyfikacji leży NA LEWO od krzywej stanu
- warunkowo chwiejna:
Yw < Y < Ya
Chwiejność pojawia się dla stanu nasycenia
Krzywa stratyfikacji leży POMIĘDZY adiabatą suchą i adiabatą wilgotną
- potencjalnie chwiejna:
Chwiejność kształtuje się po uniesieniu powietrza ponad poziom kondensacji
Krzywa stratyfikacji PRZECINA od prawej do lewej adiabatę wilgotną
- konwekcyjnie chwiejna:
Występuje przy stabilnej warstwie powietrza, która po podniesieniu na pewną wysokość osiąga stan chwiejności
WARUNEK: spadek wilgotności wraz z wysokością
- konwekcyjna stabilność:
Występuje w warstwie, w której wilgotność rośnie wraz z wysokością (warunek) i która po podniesieniu z chwiejnej przekształca się w stabilną
BEZWZGLĘDNIE STAŁA: Y4 C < Yw6 C < Ya10 C
Stała dla powietrza suchego
Stała dla powietrza wilgotnego
RÓWNOWAGA BEZWZGLĘDNIE CHWIEJNA: Y11 C > Ya10 C > Yw6 C
Chwiejna dla powietrza suchego
Chwiejna dla powietrza wilgotnego
WARUNKOWO CHWIEJNA: Yw6 C < Y7 C < Ya10 C
Stała dla powietrza suchego
Chwiejna dla powietrza wilgotnego
POTENCJALNIE CHWIEJNA:
Hydrometeor: zjawisko występowania wody w atmosferze, np. mgła, mżawka, śnieg, grad, gołoledź.
Dzielimy je na:
a) opady,
b) osady,
c) inne (np. mgły)
Hydrometeory: rodzaje:
1 grupa: opady atmosferyczne:
- deszcze, deszcz marznący, mżawka,
mżawka marznąca, śnieg z deszczem, śnieg,
krupa śnieżna, śnieg ziarnisty, ziarna lodowe (deszcz lodowy), słupki lodowe (pył diamentowy), grad
2 grupa: osady atmosferyczne:
- rosa, rosa biała, szron, nalot ciekły, zamróz
Szadź, szreń, gołoledź
Inne hydrometeory:
- mgła, zamglenie, zamieć, zawieja
Deszcz: opad wody o kroplach o średnicy 0,5nm
Mżawka: opad kropel wody o średnicy mniejszej od 0,5nm, jest bardzo gęsta
Deszcz lub mżawka daje deszcz marznący
Deszcz marznący: jest to opad który po zetknięciu z powierzchnią zamarza
Deszcz lodowy (ziarna lodowe): krople lodu zamarzają w locie i na powierzchnię spadają w postaci lodu
Proces koagulacji:
Koagulacja: wychwytywanie mniejszych kropelek przez większe krople, przechwytuje mniejsze kropelki, żeby mógł dotrzeć do Ziemi.
Proces Bererona-Findeinsena: występuje w 90% opadów, w umiarkowanych szerokościach geograficznych, jest to bardzo wydajny proces.
Mżawka: opad występuje tylko z jednej chmury: chmura stratus (warstwowe). Wszystkie drobne opady są ze stratus.
Śnieg: występuje zimą, jest to opad kryształków lodu, np. mają wygląd gwiazdy. Te kształty zależą od temperatury.
Krupa śnieżna: jest większa niż śnieg ziarnisty, ma większą średnicę, mają wygląd ziarenek styropianu, kula gradowa to gradzina (cumulonimbus).
Śnieg ziarnisty: różnią się wielkością opadu
Grad: (chmura cumulonimbus): chmura burzowa, chmura o budowie pionowej, cechą charakterystyczną bryły lodowej jest naprzemienne warstwowanie, różnice temperatur są olbrzymie, prądy pionowe powietrza są silne, kryształek lodu powoli rośnie i spada w cieplejszą warstwę chmury i się nadtapia, im większy opad gradu tym większa turbulencja.
Rosa: osad kropelek wody, powstaje na skutek skraplania (kondensacja) pary wodnej, dochodzi do punktu rosy temperatura.
Rosa biała: osad zamarzniętych kropel wody, jeśli temperatura spadnie poniżej punktu rosy, powstaje najpierw przez kondensację a potem zamarzanie
Szron: powstaje przez resublimację, przechodzenie pary wodnej w lód przy powierzchni gruntu.
Przemiany:
- zamarzanie: woda zamienia się w lód
- topnienie: lód zamienia się w wodę
- parowanie: ciecz w parę wodną
- resublimacja: od gazu w stan ciekły
Szadź: tworzy się podczas mgły, nad wychłodzony grunt, dociera ciepła masa powietrza, jest to resublimacja, osadza się wszędzie, powstaje przez zamarzanie mgły
Zamróz: dawniej tworzyły się na oknach, zamarzające kropelki lub resublimująca para wodna, powstaje na skutek ochładzania, na wychłodzonym gruncie
Gołoledź: osad lodu tworzący się przy deszczu marznącym na powierzchni , ten deszcz zamienia się w lód, wtedy pokrywa wszystko, przedmioty, rośliny.
Mgła: występuje przy niskich partiach (widać przedmioty w odległości poniżej 1 km)
Zamglenie: ogranicza wilgotność (widać przedmioty w odległości 1 km), różni się od mgły gęstością, zamglenie jest mniej gęste
Mgła radiacyjna: mgła przygruntowa, na skutek silnego wypromieniowania z gruntu
Mgła adwekcyjna: wysoka mgła