Zemlja in njeno ozračje Pojavi v ozračju se dogajajo na zelo različnih časovnih in prostorskih skalah Prostorska skala Pojav 1 cm Turbulenca, sunki vetra 1 m 1 km 10 km 100 km 1000 in več km Tornadi Poplave, nevihte Obalna cirkulacija Nevihtne linije, orkani Fronte, cikloni/anticikloni
Dimenzije gibanj v ozračju
Ozračje je zelo tanka ovojnica okoli Zemlje - 99% zraka je v spodnjih 30 km - Povprečni radij je 6370 km 6370 Pogled iz vesoljske ladje
Atmosferski procesi ustvarjajo čudovite motive za vesoljske posnetke, posebej če je ozračje vlažno
Ozračje je zelo tanka ovojnica okoli Zemlje Se pravi, debelina ozračja je 30 km / 6370 km = 0.5% radija zemlje Vprašanja: 1. Kako debelo bi bilo ozračje, če bi bila Zemlja nogmetna žoga? 2. Kaj zadržuje ozračje pri Zemlji?
Sestava ozračja Permanentni (stalni) plini Plin Simbol Volumens ki delež % Pomembnost Dušik N 2 78.08% biosfera Kisik O 2 21% Dihamo ga! Argon Ar 0.9% majhna Do približno 10 km višine so stalni med seboj dobro premešani (razmerje približno stalno) Masni delež=volumenski delež M i /M (M=molska masa, v povprečju na morskem nivoju okoli 29 kg/kmol; M i =molekulska masa)
Plini s spreminjajočim se deležem Sestava ozračja Plin Simbol Vol. % ( 10 6 =ppmv) Pomembnost Vodna para H 2 O 0-4 Povzroča vremenske pojave, toplotni transport, toplogredni plin Ogljikov dioksid (narašča) CO 2 0.038 Toplogredni plin, biosfera (fotosinteza) Metan (narašča) CH 4 0.00017 Toplogredni plin Dušikov oksid N 2 O 0.00003 Toplogredni plin, Ozon O 3 0.000004 Ozonski sloj (koristen) Delci (aerosol) 0.000001 Nastanek oblakov, energetska bilanca Zemlje, vulkanski izbruhi ppmv=volumski delež na milijon delov zraka
Toplogredni plini Ogljikov dioksid CO 2, Metan CH 4, Dušikov oksid N 2 O Njihove emisije so predstavljene v enotah GWP=global warming potential
Delež toplogrednih plinov narašča Ogljikov dioksid CO 2, Metan CH 4, Dušikov oksid N 2 O Samo v obdobju 1970-2004 so emisije GHG narasle za 70%
Vertikalna struktura ozračja Običajne meteorološke spremenljivke za opis statične atmosfere: ρ - gostota, - tlak, p - temperatura, T Začetna točka za opis statičnega ozračja je termična enačba stanja za idealni plin: pv = mrt Splošna plinska enačba za suh zrak p = ρrt
Vertikalna struktura ozračja Običajne meteorološke spremenljivke za opis statične atmosfere: ρ - gostota, - tlak, p - temperatura, T Začetna točka za opis statičnega ozračja je termična enačba stanja za idealni plin: pv = mrt Splošna plinska enačba za suh zrak p = ρrt
Vertikalni profil temperature V ozračju obstajajo sloji, v katerih se temperatura znižuje ali narašča z višino. - Troposfera - Stratosfera - Mezosfera - Termosfera - Ionosfera
Troposfera - Od tal do 10-12 km - T se zmanjšuje z višino, približno 6.5 o C na 1 km. - Nad troposfero se nadaljuje tropopauza, ki jo loči od stratosfere - Home za vreme, kako ga poznamo - Zgornja troposfera vsebuje vetrovne stržene (jet streams) - Višja poleti kot pozimi (povprečna višina ~ povprečni T) Višina (km) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 tropopauza vetrovni stržen -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 Temperatura ( o C)
Tropopauza kot pokrov Primer: oblak z obliko nakovala ( anvil cloud )
Stratosfera - Od tropopause do ~50 km višine - Vsebuje ozonski sloj, predvsem med 20-30 km višine - Temperatura narašča z višino: Ozon absorbira UV sevanje, ki ogreva stratosferske sloje zraka - Sloj inverzije = sloj, v katerem temperatura narašča z višino Višina (km) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 stratopauza ozonski sloj UV sevanje O 2 +O+toplota tropopauza vetrovni stržen -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 Temperatura ( o C)
Mezosfera - Med stratopauso in mezopauzo - Temperatura pada z višino Višina (km) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 stratopauza toplo 30 ozonski sloj 20 mrzlo tropopauza 10 vetrovni stržen toplo -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 Temperatura ( o C) mezopauza UV sevanje O 2 +O+toplota
Termosfera - Nad mezosfero - Temperatura ponovno narašča z višino zaradi direktne absorpcije sončnega sevanja povezane z procesoma fotoionizacije in fotodisociacije Višina (km) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 mrzlo Termosfera stratopauza toplo 30 ozonski sloj 20 mrzlo tropopauza 10 vetrovni stržen toplo -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 Temperatura ( o C) mezopauza UV sevanje O 2 +O+toplota
Porazdelitev glede na sestavo Homosfera: N 2 in O 2 sta enakomerno zmešana Heterosfera: N 2 in O 2 nista enakomerno zmešana Višina (km) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Termosfera Mezosfera Stratosfera tropopauza Troposfera -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 Temperatura ( o C) HETEROSFERA HOMOSFERA menopauza stratopauza
Ionosfera - Naelektren sloj v zgornji atmosferi - Vsebuje pomembne koncentracije ionov in elektronov - Pomembno za širenje radiovalov
Vertikalni profil gostote Gostota = masa / volumen (kg/m 3 ) Gostota zraka se zmanjšuje z višino. Vprašanje: Zakaj je več molekul zraka pri tleh kot na večjih višinah? Masa ozračja znaša okoli 5.3 x 10 18 kg.
Vertikalni profil tlaka Tlak= Sila / Površina Stolpec zraka površine 1 m 2 ki sega od tal do vrha ozračja. Teža = masa x težnostni pospešek stolpca znaša okoli 100 kn (ekvivalentno 10.3 ton pri tleh). Sledi, tlak na nivoju morja je sila/površina = 1013.25 hpa 1 m 1 m
Vertikalni profil tlaka Tlak zraka se zmanjšuje z višino, podobno kot gostota. Tlak stolpca, ki sega od tal do vrha ozračja, je na nivoju morja v povprečju 1013.25 hpa. 1 hpa = 1 mb
Standardna atmosfera po ICAO R = 287 J/kg g 0 =9.80665 m/s2 R Z = 6370,95 km T Γ z = 6.5 K km Konstanten od nivoja morja do ~10.8 km višine Morski nivo: p 0 = 1013.25 hpa, T 0 = 288.15 K, q 0 = 1.225 kg/m3