Atmosfera, sastav i fizička svojstva Meteorologija i oceanografija – 2.n

Atmosfera, sastav i fizička svojstva 1. Podjela i sastav atmosfere, Troposfera 2. Toplinski procesi u atmosferi 3. Voda u atmosferi, zasićenost vodenom parom, točka rosišta 4. Vidljivost 5. Ponavljanje i provjeravanje

Sastav i gustoća zraka Dušik – 78% Kisik – 21% Argon – 1% Ugljik-dioksid – 0,03% Vodik – 0,001% Ozon – 0,000003% U troposferi do 4% vodene pare gustoća zraka masa svih plinova u jedinici obujma koliko je puta litra zraka lakša od istog obujma vode na +4°C razmjerna tlaku zraka obrnuto razmjerna temperaturi zraka vlažni zrak lakši od suhoga

Standardna atmosfera za φ = 45° tlak 1013,25 hPa temperatura 15°C gustoća zraka 1,225 kg/m³ ubrzanje sile teže 9,80665 m/s²

Zvukovne pojave u atmosferi pokazatelji: brzina širenja zvuka i jačina zvuka na zvučni val utječu: turbulencija, temperatura, lom, ogib, odbijanje, interferencija… brzina širenja zvuka u standardnoj atmosferi pri tlu 333 m/s opada s visinom raste niz vjetar, opada prema vjetru lom zvuka (temperatura, visina, vjetar) slabljenje zvuka – veće što je lom veći i izvor udaljeniji

Toplinski procesi u atmosferi (str.15) Toplina – prijelazni oblik energije koja zagrijava tijela Temperatura tijela – stupanj njegovog toplinskog stanja Toplina – džuli – J Temperatura – Kelvin/Celzius – 0 K = -273,15°C Specifična toplina – količina toplinske energije potrebna da se teperatura jednom gramu neke tvari povisi za 1°C – jedinica: J/kgK

Širenje topline Zračenjem – zagrijano tijelo pretvara toplinsku energiju u energiju zračenja – upijanjem te energije zagrijava se drugo tijelo Vođenjem topline – ovisi o sredini, veće što je viša temperaturna razlika Toplinska vodljivost – predana toplina izazvana vođenjem u plinova vrlo malena – u atmosferi potrebno malo energije vode 26, leda 95 puta veća od zraka turbulentnim strujanjem se vodljivost atmosfere povećava Glavni izvor topline je Sunce

Sunčevo zračenje na Zemlju stiže dvomilijarditi dio Sunčeve energije korpuskularna energija (ovisi o aktivnosti Sunca) sunčev vjetar, beznačajna energija elektromagnetskog zračenja Sunčevo zračenje mijenja se tokom dana i godine i zavisi od: udaljenosti Sunca upadnog kuta sunčevih zraka trajanja osunčanja (insolacija)

Solarna konstanta standardna mjera sunčeva zračenja tok (gustoća) sunčeva zračenja na gornjoj granici atmosfere u jednoj minuti na 1 cm² plohe okomite na Sunčeve zrake na srednjoj udaljenosti Sunca od zemlje 1371 J/m²min

Sunčev spektar područja zračenja: ultraljubičasto 7% vidljivo 46% infracrveno7toplinsko 47%

Valovi spektra

Utjecaj atmosfere na Sunčevo zračenje 30-40% vraća se kao odbijeno ili raspršeno u atmosferi u svemir 25-30% stiže do zemaljske površine 35-40% zadržava atmosfera (25% se raspršuje 10-15% se upija – grijanje) raspršivanje malo čestica u zraku – raspršuje se ljubičasto i plavo svjetlo pa je nebo plavo puno čestica u zraku – nebo bjelje

Utjecaj atmosfere na Sunčevo zračenje Kad ne bi bilo atmosfere ne bi bilo raspršenog zračenja ni svjetla u prostorima pod sjenom upijanje ovisi o vrsti i količini plinova mijenja temperaturu, kemijski sastav, električne osobine itd. izravno + raspršeno (difuzno) = globalo/ukupno zračenje

na satelitu su snijeg i oblaci bijeli! Albedo omjer odbijenog Sunčeva zračenja prema upadnom zračenju u postocima snijeg 70-90% oblaci 65-85% vodene površine 2-80% temperatura zemaljske površine mijenja se tijekom dana – mijenja se njeno zračenje, ali je neprekidno! na satelitu su snijeg i oblaci bijeli!

Zračenje zemaljske površine protuzračenje atmosfere atmosfera se grije upijanjem dijela zemaljskog zračenja – postaje izvorište zračenja energija zračenja atmosfere koja stigne na jedinicu zemaljske površine veće danju bilanca zračenja – razlika između zračenja zemaljske površine i protuzračenja atmosfere (pirradiometar) latentna toplina – oslobađa se pri kondenzaciji pare

Zagrijavanje Zemlje i atmosfere toplinska energija u gornjem sloju tla (aktivni sloj) prelazi u dublje slojeve tla ili vode te u slojeve zraka i tako ih zagrijava zagrijavanje troposfere od Sunca je beznačajno i uglavnom se ostvaruje kroz zemaljsku površinu kopno toplinska energija grije tlo, a nema trošenja na promjene agregatnog stanja neravno, mrko lakše se grije danju brže zagrijava, noću brže hlaid

Zagrijavanje/hlađenje voda/mora voda ima gotovo najveći specifični toplinski kapacitet glatka površina odbija sunčeve zrake toplina se prema dubini prenosi od čestice na česticu vertikalno strujanje vode stajačice – hlađenjem površinski sloj postaje gušći i spušta se prema dubini morska voda –toplina se prenosi miješanjem i strujanjem vode, dolazi do isparivanja  povećana slanost  teže čestice tonu sporo i slabo grije i hladi

Zagrijavanje/hlađenje zraka preko zemaljske površine – ovisi o stanju podloge! zagrijavanjem odozdo nastaju uzlazne i silazne struje  konvektivno strujanje – konvekcija: najjača na ekvatoru, nema je gdje je snijeg i led uzrok stvaranja oblaka turbulencija – vrtložno strujanje advekcija – vodoravno prenošenje topline između površinskih dijelova Zemlje

Fizikalna stanja atmosfere adijabatsko gibanje – ako se zrak pri dizanju širi, a pri spuštanju zbija bez razmjene topline s okolnim zrakom dizanje zraka – ekspanzija  hlađenje spuštanje zraka – kompresija  grijanje nema priljeva ili gubitka energije  adijabatsko ohlađivanje i zagrijavanje  adijabatski procesi adijabatsko dizanje  temperatura pada 1°/100m  adijabatski temperaturni gradijent za suhi zrak kad se para kondenzira je manje od 1° - mokroadijabatski gradijent adijabata – krivulja-kako će se s visinom mijenjati temperatura

Ravnotežna stanja atmosfere Stabilna ravnoteža – vertikalni temperaturni gradijent manji od adijabatskog Labilna ravnoteža – vertikalni temperaturni gradijent veći od adijabatskog Indiferentna ravnoteža – vertikalni temperaturni gradijent jednak adijabatskom

Temperaturne promjene dnevni raspon (amplituda) temperature – razlika najviše i najniže temperature u 24 sata godišnji raspon (amplituda) temperature – razlika najviše i najniže godišnje temperature temperaturni gradijent – razlika u temperaturi na jedinici dužine (vodoravno 111m, vertikalno 100m)

Dnevne i godišnje promjene površinske temperature tla Sunce zrači samo do zalaska, Zemljino neprekidno zračenje najjače oko 14 sati – najviše temperature prije izlaza temperature kopna najmanje s promjenom g.širine rasponi temperatura su manji, ljeti su veći, itd. maksimum potkraj srpnja – najniže u siječnju

Dnevne i godišnje promjene površinske temperature mora velika specifična toplina i miješanje mora teže se zagrijava i hladi nego kopno regulator topline – blaže promjene dnevne promjene nestaju na 25m dubine – najviša između 15- 16 sati max. temp. u kolovozu-rujnu, minimalna u veljači-ožujku

Dnevne i godišnje promjene površinske temperature zraka uvjetovane promjenama u podlozi (kopnu, vodi) dnevni rasponi – min. oko izlaza, max. oko 14 sati najveći na ekvatoru, iznad stepa i pustinja temp. zraka i površine mora se bitno ne razlikuju godišnji rasponi ovise o području (eq 1°C, pa do 20-ak°C prema polovima)

Izoterme (str. 28) Izoterme – krivulje koje spajaju sva mjesta s istom temperaturom hidroizoterme toplinski ekvator – izoterma s najvišom temp. – pomiče se prema polutki koja ima ljeto pol hladnoće – mala izoterma najmanje temp. Antarktik. najhladniji ocean – Atlantski (16,9°), Najtopliji Tihi (19,1°), Indijski oko 17° najmanji pad temperature po dubini u polarnim krajevima gustoća mora največa na +4°C

Vodena para u atmosferi isparivanje – prijelaz vode iz tekućeg stanja u plinovito ukapljivanje (kondenzacija) – prijelaz vode iz plinovitog u tekuće stanje sublimacija – prijelaz vodene pare u led (plinkruto) pri isparavanju se troši energija, pri kondenzaciji se oslobađa (latentna toplina) što je vlažnost zraka manja, isparavanje je veće i obrnuto

Apsolutna i relativna vlažnost zraka Apsolutna vlažnost – količina vodene pare u gramima koju sadrži 1 m³ zraka max količina pare koju može primiti zrak s padom temperature se smanjuje, a s porastom se povećava Specifična vlažnost – količina vodene pare u gramima u 1 kg zraka Relativna vlažnost (U) – odnos između trenutačno postojećeg tlaka vodene pare (e) i najvećeg tlaka vodene pare (E) pri istoj temperaturi zraka u postocima Manjak zasićenosti – koliko pare nedostaje zraku da bude zasićen u hPa  D=E-e

Apsolutna i relativna vlažnost zraka Rosište – temperatura zraka pri kojoj počinje kondenzacija vodene pare ako je rel.vlažnost 100% temperatura zraka odgovara rosištu rosište niže od temperature zraka važnost za brodska skladišta kad se hladi trup  kondenzacija ventilacija kada je temperatura zraka u unutrašnjosti viša od rosišta vanjskog zraka maksimum vlage ujutro i zimi, kod monsuna ljeti, u tropima

Vidljivost (str. 11) najveća vodoravna daljina do koje motritelj normalna vida neki predmet razabire toliko da ga može raspoznati pri normalnom danjem svjetlu ovisi o: prozirnosti/mutnoći zraka (kapljice, čvrste čestice, dim) (vodena para je prozirna i ne smeta!!!) osvijetljenosti (bolja od Sunca i prema Mjesecu) vodene kapljice u zraku – magla

Vidljivost povremeno iznimno dobra vidljivost i preko 100M procjena vidljivosti s broda ne dalekozorom! na osnovi okolnih objekata Wigandova sprava raspršivanje (scattering) infracrvenog spektra

Izvori http://www.nobel.ba http://www.windows2universe.org/ http://clasfaculty.ucdenver.edu/callen/1202/Climate/Radiatio nBal/NatRadBalance.html http://www.hko.gov.hk/