ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ (πραγματική ατμόσφαιρα)

Transcript

1 ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΕΞΙΣΩΣΗΣ (πραγματική ατμόσφαιρα) Υδροστατική εξίσωση: ( ρ = Nm) dp( ) = ρ( ) g( ) d N( ) m( ) g( ) d () Εξίσωση τελείων αερίων: p( ) = kn( ) T( ) (2) dp () + (2) ( ) m ( ) g ( = ) d p ( ) kt ( ) P( ) P( ) dp( ) m( ) g( ) = d p ( ) kt ( ) p ( 2) mg ( ) ( ) = exp d p ( ) kt ( ) Για ισόθερμα τμήματα και g()=σταθ., m()=σταθ. (για <00 km) mg p(2 ) = p()exp Δ kt Μέτρο του πόσο ισχυρή είναι η εκθετική μείωση της πίεσης p(η) = /e p(0) Η υψομετρική κλίμακα, Η, ορίζει το ύψος από το έδαφος στο οποίο η πίεση ελαττώνεται στο /e της αρχικής της τιμής Κινητική ενέργεια = exp mg H H kt, ή mgh kt e = = kt mg 2 2 Δυναμική ενέργεια /2 Η Τ δεν αλλάζει σημαντικά με το ύψος πότε το Η κυμαίνεται μεταξύ 7-8 km 25

2 Παράδειγμα: Τ= 260 Κ Η= 7.6 km, Τ= 273 Κ Η= 8 km 26

3 8 H Presure (hpa) Με τη χρήση της Η, η υδροστατική εξίσωση γίνεται: 2 p ( 2) mg ( ) ( ) = exp d p ( ) kt ( ) p ( 2) = exp p ( ) 2 d H ( p = NkT) ή ( ) ( ) ( ) ( 2) ( ) = exp N( ) T( 2) H 2 N T d Αν T( ) = T( 2 ) = Τ και εφόσον kt RT H = = mg g p ( ) d gd g = exp = exp = exp = exp p(0) H RT RT H (Ισόθερμη)

4 ΥΨΟΜΕΤΡΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ p = NkT ln(p) = ln(n) + ln(k) + ln(t) d(ln(p)) = d(ln(n)) + d(ln(k)) + d(ln(t)) dp dn dt dn dp dt = + = p N T N p T dn d dt dt d = = d N H T + = H T d H π dt = H + H T d π Για ισόθερμη ατμόσφαιρα: Η π = Η (ισόθερμης) 28

5 ΥΨΟΣ ΑΠΟ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ (km) ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ (gr/mole) ΟΜΟΙΟΣΦΑΙΡΑ: ΚΑΛΗ ΑΝΑΜΕΙΞΗ Σταθ. Μ.Β. = ΕΤΕΡΟΣΦΑΙΡΑ: ΜΟΡΙΑΚΗ ΔΙΑΧΥΣΗ ΑΝΟΜΟΙΟΓΕΝΗΣ ΣΥΣΤΑΣΗ ΦΩΤΟ-ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΜΟΡΙΩΝ 29

6 Η ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ Ισορροπία διάχυσης και Νόμος του Dalton: p = Σ p i Για κάθε συστατικό i: pi ( 2) p ( ) i = exp 2 d Hi Για Τ = 000 Κ: kt ktn H mg Mg Η(Ν 2 ) = 30 km MB=28 A i = = Η(Ο) = 54 km MB=6 i i Η(Η) = 850 km MB= Στα μικρότερα ύψη κυριαρχούν τα βαρύτερα αέρια kt Παράδειγμα: Αν p ( )<p 2 ( ) και m2 > m, Hi = H2 < H mg i Δ p( 2) = p( )exp p( 2) = p( ) όταν Δ = H H e p ( ) = p ( ) όταν Δ = H e

7 Διαχωρισμός των ατμοσφαιρικών αερίων πάνω από την Ομοιόσφαιρα 3

8 ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑ 00 Θερμοκρασία ΥΨΟΣ ΑΠΟ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ (km) ΜΕΣΟΣΦΑΙΡΑ ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ ΘΕΡΜΟΣΦΑΙΡΑ Μειώνεται μονότονα με το ύψος (θερμοβαθμίδα: -6.4 C/ km) Θερμότερη το θέρος ψυχρότερη το χειμώνα Χαρακτηριστικά Περιέχει ~90% της ατμοσφαιρικής μάζας Περιέχει σχεδόν όλους τους υδρατμούς και τα αεροζόλ Συμβαίνουν σχεδόν όλα τα καιρικά φαινόμενα Περιορίζεται από την τροπόπαυση 0 ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑ Μικρή αλληλεπίδραση με ανώτερα στρώματα ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ (Κ) Ασταθής περιοχή Διεργασίες Θέρμανση από το έδαφος Γρήγορη κατακόρυφη ανάμειξη λόγω κατακόρυφης μεταφοράς (ιδιαίτερα του υγρού αέρα) Απορρόφηση IR ακτινοβολίας (Η 2 Ο, CΟ 2, Ο 3 ) 32

9 ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ ΘΕΡΜΟΣΦΑΙΡΑ Θερμοκρασία Ισόθερμη βάση & κορυφή Αυξάνεται με το ύψος λόγω απορρόφησης UV από το όζον (αναστροφή) ΥΨΟΣ ΑΠΟ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ (km) ΜΕΣΟΣΦΑΙΡΑ ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ H ροή της UV αυξάνεται με το ύψος Χαρακτηριστικά Το ~99.7% ατμόσφαιρας βρίσκεται κάτω από τη στρατόπαυση Περιέχει το περισσότερο όζον της ατμόσφαιρας (Μέγιστο στα ~22 km) 20 Γενικά ήρεμη με εξαιρέσεις στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη 0 0 ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ (Κ) Πολύ ισχυροί άνεμοι Εμφανίζονται τα Μαργαρώδη νέφη και τα πολικά στρατοσφαιρικά νέφη Ευσταθής περιοχή Διεργασίες Απορρόφηση UV και γήινης (IR) ακτινοβολίας από το Ο 3 Το Ο 3 επανεκπέμπει την ακτινοβολία υπό μορφή θερμότητας και θερμαίνει την μέση και ανώτερη στρατόσφαιρα Αργή κατακόρυφη ανάμειξη 33

10 ΜΕΣΟΣΦΑΙΡΑ ΘΕΡΜΟΣΦΑΙΡΑ Θερμοκρασία Μονότονη μείωση με το ύψος Η πιο ψυχρή περιοχή της ατμόσφαιρας ΥΨΟΣ ΑΠΟ ΤΟ ΕΔΑΦΟΣ (km) ΜΕΣΟΣΦΑΙΡΑ ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ Χαρακτηριστικά Παραγωγή όζοντος από Φωτοδιάσπαση του Ο 2 (χαμηλή παραγωγή λόγω μικρής πυκνότητας) Νυχτερινά νέφη 20 Διεργασίες 0 0 ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ (Κ) Ψύξη με κατακόρυφη μεταφορά και με ακτινοβολία από CΟ 2 και Ο 3 Γρήγορη κατακόρυφη ανάμειξη 34

11 ΘΕΡΜΟΣΦΑΙΡΑ Θερμοκρασία Ισόθερμο στρώμα στη βάση της Μονότονη αύξηση με το ύψος στα άντρα στρώματα Πού υψηλές θερμοκρασίες και μεγάλη μεταβλητότητα (600 K K) Χαρακτηριστικά Μεγάλη αραίωση του αέρα (μεγάλες ελεύθερες διαδρομές των μορίων) Έλλειψη τριατομικών μορίων Ιονισμός ατόμων από κοσμική ακτινοβολία (ανάκλαση ραδιοκυμάτων) Ευσταθής περιοχή Διεργασίες Θέρμανση με απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας (λ<75 nm) από Ο και Ο 2 Φωτοδιάσπαση CO 2, Ν 2 και O 2 (Εξώθερμες αντιδράσεις) Η θερμοκρασία Τ δεν σχετίζεται με θερμική εκπομπή Δεν ισχύει ο νόμος του Boltmann στ 4 Η θερμοκρασία είναι μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων Ψύξη με αγωγή προς τα κάτω 35

12 36

13 ΜΑΓΝΗΤΌΣΦΑΙΡΑ Ύψος km (0 ακτίνες της Γης) Κίνηση φορτισμένων σωματίων λόγω του μαγνητικού πεδίου της γης 37

14 38

15 39