Η ατμόσφαιρα της γης www.geography4kids.com
Συνολική μάζα της ατμόσφαιρας Το 99 % της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί στα 40 κατώτερα km. Το 95 % της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί στα 20 κατώτερα km. Το 75 % της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί στα 10 κατώτερα km. Το 50 % της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας αντιστοιχεί στα 5 κατώτερα km.
Χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας Αποτελείται κυρίως από: Μίγμα αερίων (ξηρός αέρας) Άζωτο (78%) Οξυγόνο (21%) Όζον (<1%) CO2 Νερό (αέρια, υγρή, στερεή φάση) Στερεά ή υγρά σωματίδια (αερολύμματα ή aerosols)
Ατμόσφαιρα και θερμοκρασία Θερμόσφαιρα(μέχρι 400 km) Μεσόπαυση Μεσόσφαιρα(μέχρι 80-85 km) Στρατόπαυση Στρατόσφαιρα(μέχρι 45 km) Τροπόπαυση(!!!) Τροπόσφαιρα (12±4 km)
Τροπόπαυση και πιο κάτω Τροπόπαυση και πιο κάτω To κομμάτι που μας ενδιαφέρει στη Μετεωρολογία είναι τα κατώτερα 20-25 km. Στην τροπόπαυση η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. Το ύψος της μεταβάλλεται από τόπο σε τόπο. Πολική τροπόπαυση (7-8 km) και τροπική (14-16 km). Μέχρι εκεί έχουμε εμφάνιση του ‘καιρού’ αεροπλάνα κινούνται στην περιοχή αυτή.
Μεταβολή μετεωρολογικών παραμέτρων με το ύψος Θερμοκρασία Πυκνότητα Πίεση
Θερμοκρασία γ≈ -6 Κ/km κατακόρυφη θερμοβαθμίδαεκφράζει τον ρυθμό μείωσης θ/σίας του αέρα ανά μονάδα ύψους ΠΡΟΣΟΧΗ!!! Η θερμοκρασία δεν μειώνεται πάντα με το ύψος. Πολλές φορές γίνεται το αντίθετο (θερμοκρασιακή αναστροφή).
Οι αναστροφές αυτές είναι πολύ σημαντικές γιατί: από δυναμικής άποψης, είναι ευσταθείς εμποδίζουν τις ανοδικές κινήσεις δημιουργούν ένα «ταβάνι» που είναι υπεύθυνο για την αύξηση της ρύπανσης ή μόλυνσης των κατώτερων στρωμάτων
Μεταβολή μετεωρολογικών παραμέτρων με το ύψος Θερμοκρασία Πυκνότητα Πίεση
Πυκνότητα:
Θερμοκρασία και ατμοσφαιρική ευστάθεια-αστάθεια Έστω μια αέρια μάζα. Σύμφωνα με την αρχή του Αρχιμήδη, μπορούμε να υπολογίσουμε την άνωση που ασκείται σε αυτή. Τπερ, ρπερ Τ, ρ
Αν ο αέρας γύρω είναι λιγότερο πυκνός, τότε fb<0 Η δύναμη θα ισούται με την διαφορά ανάμεσα στο βάρος της μάζας και το βάρος μιας παρόμοιας μάζας από τον παρακείμενο αέρα. To fb είναι η δύναμη ανά μονάδα μάζας: δηλαδή διαφορά του βάρους ‘περ’-’μάζα’ προς τη μάζα. Αν ο αέρας γύρω είναι λιγότερο πυκνός, τότε fb<0 Αν ο αέρας γύρω είναι περισσότερο πυκνός, τότε fb>0
Aν αντικαταστήσουμε τη πυκνότητα από καταστατική εξίσωση:
Μεταβολή μετεωρολογικών παραμέτρων με το ύψος Θερμοκρασία Πυκνότητα Πίεση
Υδροστατική ισορροπία: Πίεση: Υδροστατική ισορροπία: σε μια κατακόρυφη στήλη αέρα, η διαφορά πίεσης ανάμεσα στο πάνω μέρος και στο κάτω μέρος, είναι τέτοια ώστε να εξισορροπεί το βάρος της στήλης Δύναμη λόγω διαφοράς πίεσης Z2 z Z1 Βάρος
Ερώτηση: Συνδυάζοντας την υδροστατική ισορροπία με την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων, να αποδείξετε ότι η ατμοσφαιρική πίεση μειώνεται εκθετικά με το ύψος, εφόσον η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. Hydrostatic equilibrium occurs when compression due to gravity is balanced by a pressure gradient which creates a pressure gradient force in the opposite direction. The balance of these two forces is known as the hydrostatic balance.
Μονάδες μέτρησης της πίεσης: Όλα τα σημεία στην επιφάνεια με την ίδια τιμή ατμοσφαιρικής πίεσης σχηματίζουν τα: Ισοβαρική καμπύλη Χάρτης ισοβαρών καμπύλων (ή χάρτης καιρού). Τα σημεία στην ελεύθερη ατμόσφαιρα με ίδια τιμή πίεσης σχηματίζουν τις: Ισοβαρικές επιφάνειες Χρησιμοποιούμε τους «χάρτες καιρού» για τη πρόγνωση του καιρού. Σημαντικότερες οι 1000mb(επιφάνεια), 850mb(~1500m) και 500mb(~5550m). Μονάδες μέτρησης της πίεσης: 1 mbar=10-3bar 1 atm=1013.25 mbar 1 bar=105 N∙m-2=105 Pa
Σημαντικές μορφές των χαρτών καιρού: Ύφεση ή Χαμηλό Βαρομετρικό (Χ) Αντικυκλώνας ή Υψηλό Βαρομετρικό (Υ) Σφήνα υψηλών πιέσεων (αντικυκλωνική προεξοχή σε σχήμα Λ περίπου) Σκάφη χαμηλών πιέσεων (υφεσιακή προεξοχή σε σχήμα V περίπου)
Υψομετρική διαφορά 2 ισοβαρικών επιφανειών: Δυο ισοβαρικές επιφάνειες θα απέχουν τόσο περισσότερο (κάθετα), όσο η θ/σια Τ του στρώματος μεταξύ τους αυξάνει.
ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΞΟΙΚΕΙΩΣΗΣ Υπολογίστε την πυκνότητα του ξηρού αέρα σε θ/σία 15 °C και πίεση 1000 mbar. Να βρείτε την θ/σία σε °C στο επίπεδο πίεσης των 500 mbar, όπου η πυκνότητα είναι 0.68 kg m-3. Σε μια ραδιοβόληση, η θ/σία του αέρα στα 900 και 800 mbar μετρήθηκε στα 10,0 και 6,5 °C. Να υπολογίσετε την πυκνότητα του αέρα σε αυτά τα επίπεδα πίεσης.
Η=RT/g είναι μια κλίμακα ύψους και δίνει το βάθος στο οποίο η ατμοσφαιρική πίεση πέφτει στο 1/e (περίπου 0.37) της τιμής της στην επιφάνεια. Να δείξετε ότι το Η έχει μονάδες μήκους (μέτρα). Να βρείτε μια κατάλληλη τιμή για την θ/σία στην μέση τροπόσφαιρα. (Η θ/σία στην τροπόσφαιρα μειώνεται με το ύψος με ρυθμό περίπου 6 Κ/km). Να εξάγετε την εξίσωση z=-H▪ln(p/p0) και να υπολογίσετε το βάθος της ατμόσφαιρας στο οποίο η πίεση πέφτει κατά μια τάξη μεγέθους (100 και 10 και 1 mbar).