ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Ν. ΧΑΤΖΗΑΝΑΣΤΑΣΙΟΥ Φυσική της Ατμόσφαιρας (Β. Δ. Κατσούλης Ν. Χατζηαναστασίου) Ηλεκτρονικές Σημειώσεις (Ν. Χατζηαναστασίου)
ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟΜΕΡΟΣ (70%) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ (30%) Θεωρία - Φροντιστήρια Εργαστήρια (4-5) ΤελικήΕξέταση Προφορική-Πρακτική Εξέταση (15%) Ασκήσεις (15%)
Η ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Μελέτη της δομής, των ιδιοτήτων, των φυσικών διεργασιών και των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα μέσα στο αεριώδες περίβλημα του πλανήτη (δηλ. την ατμόσφαιρα) Στενή σχέση με διεργασίες της Λιθόσφαιρας και Υδρόσφαιρας Καθοριστικός ρόλος της ηλιακής ενέργειας (και των μετασχηματισμών της) ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ: χώρος κινήσεων αερίων μαζών και ποικίλων θερμοδυναμικών διεργασιών μέσατης συμβαίνουν διαρκείς ανταλλαγές θερμότητας-υγρασίας μεταβολές ατμοσφαιρικήςπίεσης, ανέμου, θερμοκρασίας, νεφών, υετού, καιρικώνδιαταραχών διάφορα οπτικά, ηλεκτρικά, ακουστικά, μαγνητικά κ.α. φαινόμενα Νόμοι της Φυσικής ατμοσφαιρικά φαινόμενα ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ-ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ-ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ-ΕΡΜΗΝΕΙΑΕΡΜΗΝΕΙΑ Δεδομένα από μετρήσεις έλεγχός τους??
Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΗΣ ΓΗΣ Λεπτό αέριο περίβλημα που περιβάλλει τη Γη (πάχους???) περίπου 500 km (μέση ακτίνα Γης 6371km)
ΣΤΟΧΟΙ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ Συλλογήαξιόπιστων δεδομένων που χαρακτηρίζουν την ατμόσφαιρα και τα φαινόμενά της και ποιοτική και ποσοτική περιγραφή τους Ανάλυσηπαρατηρήσεων-μετρήσεων ορθήερμηνεία των φαινομένων θεμελίωσηφυσικών νόμων που διέπουν την ανάπτυξη-εξέλιξή τους Ανάπτυξη-εξέλιξη μεθόδων πρόβλεψης ατμοσφαιρικών διεργασιών, βάσει των φυσικών νόμων Πιθανήχειραφέτηση και έλεγχος των φυσικών διεργασιών φαινομένων (π.χ. τροποποίηση βροχής, τροποποίηση καιρού -weather modificationέλεγχος του φαινομένου του θερμοκηπίου, -greenhouse effect -και της πλανητικής θέρμανσης,-global warming)
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 1 1. Θερμοκρασία αέρα κλίμακα Celsiust ( C) 2. Ατμοσφαιρική πίεση Κανονική F βασικά ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά της κατάστασης της ατμόσφαιρας κλίμακα Kelvin T (K) P = F S Τ (Κ) =(273.16 + t) C 273 (1 + αt) δύναμη υδροστατικής πίεσης μονάδα επιφάνειας (1 cm 2 ) σύστημα CGS bar (1bar=10 6 dynes/cm 2 ) βαρίδα κλίμακα Fahreneit ( F) C=(5/9)x( F-32) F=(9/5)x( C+32) συνήθης μονάδα mbar (1mbar=10-3 bar) χιλιοστοβαρίδα άλλη μονάδα mmhg (ύψος στήλης υδραργύρου σε βαρόμετρο) Εξaρτάταιαπό:i) θερμοκρασία υδραργύρου, ii) γεωγραφικό πλάτος φ και iii) ύψος από τη στάθμη της θάλασσας Προκειμένου να συγκρίνουμε τιμές πίεσης: συντελεστήςογκομετρικής διαστολής αερίων ( 0.0037) θερμοκρασίασε Celsius φ=45 Απαιτούνταιαναγωγές σε τυπικές τιμές θερμοκρασίας, γεωγρaφικούπλάτους και ύψους Τυπική τιμή πίεσης είναι το ύψος της στήλης υδραργυρικού βαρομέτρου των 760 mmhg με g o =980.6 cm/s 2 (g) στάθμη θάλασσας
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ 1-bis 1. Θερμοκρασία αέρα βασικά ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά της κατάστασης της ατμόσφαιρας Μετατροπή Θερμοκρασιών μεταξύ κλιμάκων Kelvin-Celsius-Fahrenheit
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 1 2. Ατμοσφαιρική πίεση? P = F S δύναμη υδροστατικής πίεσης μονάδα επιφάνειας (1 cm 2 ) Γιατί η ατμόσφαιρα της Γης δε συρρικνώνεται υπό την επίδραση του βάρους της??? ΥΔΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ (Δύναμη βάρους = Βαροβαθμίδα) δύναμηβαροβαθμίδας smaller pressure gradient force (upward) δύναμηβάρους larger
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 1 2. Ατμοσφαιρική πίεση Ηαρχή μέτρησης της ατμοσφαιρικής πίεσης με υδραργυρικό βαρόμετρο Εξάρτηση ύψους στήλης υδραργύρου από: i) θερμοκρασία υδραργύρου, ii) γεωγραφικό πλάτος (επιτάχυνση βαρύτητας g) iii) ύψος από τη στάθμη της θάλασσας (επιτάχυνση βαρύτητας g) Αναγωγές ύψους σε τυπικές τιμές θερμοκρασίας, γεωγρaφικούπλάτους και ύψουςαπό τη στάθμη της θάλασσας
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 2 Δεδομένου ότι ρ 0 ή ρ Hg (0 C)=13.596g/cm 3, για τη δύναμη F 0 που αντιστοιχεί στην κανονική πίεση των 760mmHg ισχύει: ΤΥΠΙΚΗ ΤΥΠΙΚΗ ΤΙΜΗ ΤΙΜΗ ΠΙΕΣΗΣ ΠΙΕΣΗΣ πυκνότηταυδραργύρου 1mbar=10 3 dynes/cm2 F 0 = 76 ρ 0 g 0 = 76 x 13.596 x 980.6 = 1,013,250 dynes/cm 2 = 1013.2 mb 760mmHg 1bar = 1000mb = 750.08mmHg Άρα, 1mmHg 1.333mb 4/3 mb 1mb 0.75mmHg 3/4 mmhg 1mb = 1hPa hectopascal 3. Ατμοσφαιρική υγρασία μέτροποσότητας υδρατμών στον ατμοσφαιρικό αέρα i) Μερική πίεση υδρατμών, e(σε mb ή mmhg) -(οι υδρατμοί είναι μέρος του μίγματος του ατμοσφ. αέρα) συνήθως ii) Απόλυτη υγρασία, α ποσότητα (μάζα) υδρατμών g σε μονάδα όγκου ατμοσφ.αέρα m 3 iii) Ειδική υγρασία, q πυκνότηταυδρατμών ποσότητα (μάζα) υδρατμών σε μονάδα μάζας ατμοσφ. αέρα g g ή g Kg καθαρός αριθμός
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ 2bis ΜΟΝΑΔΕΣΠΙΕΣΗΣ
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 3 iv) Αναλογία μίγματος, s μάζα υδρατμών μάζα ξηρού αέρα σε g g ή g Kg καθαρός αριθμός (σε δεδομένο όγκο υγρού αέρα) v) Σχετική υγρασία, f(σε %) μερική πίεση (τάση) υδρατμών, e, στον αέρα κορεσμένη τάση υδρατμών, e s, αέρα της ίδιας θερμοκρασίας f = (100%)e/e s (οριακή πίεση υδρατμών, για μια δεδομένη θερμοκρασία, σε κατάσταση ισορροπίας πάνω από καθαρό υγρό νερό επίπεδης επιφάνειας) vi) Κοροπλήρωμα, d d= e s -e (για δεδομένη θερμοκρασία) Magnus-Tetens σε C vi) Θερμοκρασία σημείου δρόσου, Τ d Ηθερμοκρασία στην οποία πρέπει να ψυχθεί ο αέρας υπό σταθερή πίεση, ώστε να καταστεί κορεσμένος σε υδρατμούς Οι διάφορες υγρομετρικές παράμετροι σχετίζονται μεταξύ τους
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 4 4. Ταχύτητα (ένταση) και κατεύθυνση ανέμου Αρχή μέτρησης γωνίας ανέμου Σημείο Παρατήρησης Άνεμος: διανυσματικό μέγεθος οριζόντιασυνιστώσα > κατακόρυφη συνιστώσα κατεύθυνση ως προς τα 8 ή 16 σημεία του ορίζοντα (0-360 ) Βορράς Δύση Νότος Μετρείται σε m/s ή Km/h ή σε Beaufort ή σε knots (1knot=1.852 Km/h) π.χ. Δυτικός άνεμος: Άνεμος 270º Ανατολή Περιγραφή Νηνεμία Ασθενής αέρας Ασθενής αύρα Ομαλή αύρα Μέτριααύρα Έντονη αύρα Ισχυρή αύρα Αριθμόςτηςκλίμακας Beaufort 0 1 2 3 4 5 6 Ταχύτητα (m/s) ή (Km/hr) 0-0.5 0.6-1.7 1.8-3.3 3.4-5.2 5.3-7.4 7.5-9.8 9.9-12.4 0-1 2-6 7-12 13-18 19-26 27-35 36-44 Μέτριαθύελλα 7 12.5-15.2 45-54 ΡΙΠΑΙΟΤΗΤΑΑΝΕΜΟΥ Έντονη θύελλα 8 15.3-18.2 55-65 Ισχυρή θύελλα 9 18.3-21.5 66-77 μεταβολέςκατεύθυνσης/ταχύτητας του ανέμου λόγω ακανόνιστων αναταρακτικώνκινήσεων Ολική θύελλα Λαίλαπα Τυφώνας 10 11 12 21.6-25.1 25.2-29.0 >29 78-90 91-104 >104
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 4 4. Ταχύτητα (ένταση) και κατεύθυνση ανέμου
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 4 5.. Νέφη ποσότητα, τύπος, ύψος, κατεύθυνση-ταχύτητα κίνησης Σωρειτόμορφα (cumuliform) Στρωματόμορφα (stratiform) Κυματόμορφα (undulatus) νέφη κατακόρυφης ανάπτυξης Υψηλάνέφη ΔιεθνέςΌνομα Cirrus Cirrocumulus Cirrostratus σεόγδοα ή % Μέσα(μεσαία) νέφη Χαμηλάνέφη ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Σύμβολο Α. ΑνώτεραΝέφη (Μεβάση σεύψοςπάνωαπό 6Km) Ci Cc Cs Β. ΜέσαΝέφη (Με βάσησεύψος από 2-6Km) 6 Km 2Km ΕλληνικόΌνομα θύσσανος θυσσανοσωρείτης θυσσανοστρώματα ανάλογαμε το ύψος της βάσης τους Altocumulus Altostratus Ac As Γ. Χαμηλά Νέφη (Μεβάση κάτωαπότα 2Km) Υψισωρείτες Υψιστρώματα ΑΤΛΑΝΤΑΣ ΑΤΛΑΝΤΑΣ ΝΕΦΩΝ ΝΕΦΩΝ Stratocumulus Sc Στρωματοσωρείτες Stratus St Στρώματα Nimbostratus Ns Μελανοστρώματα Δ. ΝέφηΚατακόρυφηςΑνάπτυξης Cumulus Cu Σωρείτες Cumulonimbus Cb Σωρειτομελανίες
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 4 5.. Νέφη ΑΤΛΑΝΤΑΣ ΝΕΦΩΝ
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 4 5.. Νέφη ΑΤΛΑΝΤΑΣ ΝΕΦΩΝ
ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ - 4 6. Υετός (βροχή, χαλάζι, χιόνι) ΚΑΘΕΜΟΡΦΗ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΠΟΥ ΠΕΦΤΕΙ ΚΑΙ ΦΘΑΝΕΙ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ 7. Ορατότητα Όργαναμέτρησης ατμοσφαιρικών παραμέτρων: θερμόμετρα βαρόμετρα υγρόμετρα ανεμόμετρα νεφελόμετρα υετόμετρα ορατόμετρα ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ ΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ