Meteorologia i Klimatologia Meteorologia - nauka geofizyczna; procesy w zewnętrznej części atmosfery. Klimatologia - nauka geograficzna. Pogoda - chwilowy fizyczny stan atmosfery w dany miejscu Klimat - przeciętny stan pogody w danym miejscu Pojęcie klimatu i jego pochodne Klimat powierzchni granicznej - określenie warunków dotyczące małych obiektów terenowych np. powierzchnia liścia. Mikroklimat jednostkowy - elementarne jednostki środowiska przyrodniczego („ekologiczne”) np. otoczenie większego głazu, korona drzewa warstwowy - nad jednolitym położeniem do 20 m wys. Topoklimat - elementarne jednostki geograficzne (nie są to jednostki samoistne) np. brzeg jeziora, polany w lesie Mezoklimat - określony wielkością samoistnych jednostek geograficznych (np. dolina, las) Makroklimat - region, subregion lub obszar podobnej kategorii (np. Nizina Mazowiecka) Geoklimat - dotyczący znacznej części kontynentu lub oceanu (np. Europa Środkowa) Klimat planetarny - cała lub znaczna część Ziemi (np. strefa umiarkowana, Ameryka Południowa) Skład i Budowa Atmosfery Skład powietrza: - składniki I - rzędne N2 78,1% O2 21% Ar 0,9% CO2 0,03% - składniki II - rzędowe - naziemne Me 18 ppm He 5 ppm Kr 1 ppm Xe 0,09 ppm CH4 1,5 ppm CO 0,1 ppm H2 0,5 ppm H2O 0,25 ppm - zmienne O3 do 10 ppm w stratosferze, 5-50 ppb w czystym powietrzu do 500 ppb w zanieczyszczonym (grunt) H2S 0,02 ppb (nad lądem) SO2 0,2 ppb (nad lądem) NH3 6 ppb (nad lądem) NO2 1 ppb (nad lądem) CH2 0-10 ppb ppm - część na milion ppb - część na miliard Główne składniki powietrza występują wszędzie, jednak wysoko (u góry) w wersji zjonizowanej. Pozostałe składniki są lekkie, więc u góry ... Stratosfera: Troposfera - dolna część stratosfery, znajdująca się ciągłym ruchu, duże zmiany pogody. Wraz ze wzrostem wysokości temperatura spada - pionowy gradient temperatur powietrza: na 100 m średnio 0,6^oC; w szczególnych przypadkach (w zależności od procesów zachodzących w atmosferze) 0,3^o C na 100 m Przy ziemi temperatura powietrza wynosi około 15^o C w górze -50^o C Przypadki szczególne: Nagrzana powierzchnia Ziemi powoduje ogrzanie powietrza, w wyniku czego powietrze zwiększy swoją objętość. Po ogrzaniu będzie się ono unosiło do góry, a wraz ze wzrostem wysokości temperatura będzie się obniżała - Proces Adiabatyczny. WYKŁAD VII

Powietrze ma pewną wilgotność. Poprzez ochładzanie następuje nasycenie parą wodną i skraplanie - Utajone ciepło kondensacji. Później powietrze będzie się wolniej ochładzało. Wyróżniamy dwa gradienty utajone: Suchoadiabatyczny - w powietrzu nienasyconym parą wodną będzie wynosił 1^oC na 100m Wilgotnoadiabatyczny - 0,5^oC na 100m Sytuacja odwrotna Wraz ze spadkiem wysokości następuje sprężanie powietrza i staje się ono coraz suchsze, dlatego chmury będą zanikały - zjawisko suchoadiabatycznego gradientu. Powietrze spływając ogrzewa się coraz szybciej. Nasz warstwa Troposfery ma około 10-12 km Wyróżnia się w niej trzy piętra ze specyficznymi chmurami: Niskie, średnie, wysokie. Tropopauza - warstwa przejściowa, temperatura się nie zmienia, -50 do -55^oC, wynosi około 1 km Stratosfera - temperatura zmienia się powoli, pod koniec szybciej i dochodzi do 0^oC . Warstwa ta kończy się około 50 km nad ziemią. Występuje w niej Ozonosfera, która przejmuje promieniowanie krótkofalowe (stąd też się nagrzewa) Stratopauza - warstwa przejściowa izotermiczna. Mezosfera - temperatura wzrasta wraz ze wzrostem wysokości od 0^oC do -80^oC (-90^oC), a warstwa to kończy się na 80-90 km nad ziemią. W Mezopauzie temperatura znowu wzrasta. Termosfera -sięga do 500 km nad ziemią, dużą jej część stanowi Jonosfera - zjonizowane powietrze, jony tworzą zgrupowania D,E,F Jonosfera w dzień jest bardziej aktywna i wówczas schodzi niżej, stanowi ochronę przed promieniowaniem słonecznym, odbija fale radiowe (w nocy lepszy odbiór radia - jonosfera wyżej), w tej strefie powstaje Zorza. Egzosfera - strefa przejściowa do przestrzeni kosmicznej około 2000 km nad ziemią. Na wysokości 20 000 km znajdują się jeszcze śladowe ilości gazów ziemskich. Magnetosfera - warstwa najbardziej zewnętrzna, która działa jak magnes. Promieniowanie Słoneczne Elektromagnetyczne - charakteryzuje się długością fali (λ) i częstotliwością (liczba drgań na sekundę) Proces promieniowania określają prawa: Kirchoffa - jeżeli ciało emituje przy danej temperaturze ciepło o danej długości fali, to absorbuje ono promieniowanie o tej samej długości fali przy tej samej temperaturze. Planca - każdej długości fali odpowiada określona zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego Wiena (czyt. Wina :) - maksimum promieniowania (energii) przypadające przy określonej fali jest odwrotnie proporcjonalne do temperatury emitera (im cieplejsze ciało, tym krótsze fale wysyła). Stefana-Bolzmana - cała zdolność do wysyłania promieniowania jest równa temperaturze do czwartej potęgi Charakterystykami energetycznymi promieniowania słonecznego są: Natężenie promieniowania - energia przenoszona w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni z jednostkowego kąta bryłowego. (ilość energii jaka pada na daną powierzchnią w danym czasie) [ 1 cal / cm^2 - min = 69,8 mW/cm^2] 4,2 J = cal [W/m^2 - J/m^2*s] Strumień promieniowania - ilość energii emitowana w jednostce czasu

przechodząca (otrzymana) przez jednostkę powierzchni (prostopadle do kierunku max promieniowana) Rozkład natężenia promieniowania słońca (około 6 tys. ^oC) Atmosfera pochłania częściowo promieniowanie słoneczne (w określonych długościach fali), wnie (dlatego wykres się załamuje). Stała słoneczna - natężenie promieniowania słonecznego na górnej granicy atmosfery bez wstrzymującego działania atmosfery (mierzone na powierzchnię prostopadłą do promieniowania).= 1,98 cal / cm^2 * min = 1380 W/m^2 Pochłanianie nieselektywne - pyły selektywne - np. ozon zatrzymuje tylko jeden rodzaj promieniowania Promieniowanie długofalowe zatrzymywane jest przez gazy - głównie CO2 , H2O (bierze udział w efekcie szklarniowym). Rozpraszanie - zależy od składu w atmosferze; gdy jest dużo cząstek małych, wówczas silniej są rozpraszane fale krótkie(czyli czyste powietrze). Natomiast gdy dużo jest dużych cząstek, to rozpraszane są fale długie (zanieczyszczone powietrze). Ekstynkcja (osłabienie) promieniowania masa optyczna atmosfery w drugim (2) przypadku promieniowanie prawie nie dociera od ALBEDa zależy nagrzewanie Wpływ promieniowania na roślinność ultrafioletowe - bez znaczenia na fotosyntezę, ma znaczenie morfogenetyczne światło - ma wpływ na wszystko podczerwone - nie ma wpływu na fotosyntezę (cieplne tak), umiarkowane znaczenie morfogenetyczne. Bilans promieniowania (zyski i straty) zysk : - promieniowanie bezpośrednie słońca promieniowanie atmosfery promieniowanie zwrotne długofalowe straty : - odbite promieniowanie promieniowanie własne powierzchni Ziemi Wynik bilansu w nocy jest ujemny. Powierzchnia czynna - to powierzchnia, na którą może padać promieniowanie, i która może ją pochłaniać np. trawnik stacji meteo, pierwsze piętro drzewostanu w lesie (runo już nie, bo promieniowanie albo wcale tam nie dociera, albo jest tak niewielkie, że nie ma znaczenia energetycznego). Bilans cieplny pewnego obszaru zestawienie przychodów i rozchodów na obszarze Elementy : Q - wymiana ciepła przez promieniowanie (przychody i rozchody) G - wymiana między powierzchnią czynną (terenu otwartego) w głąb gruntu A - wymiana ciepła między powierzchnią czynną a atmosferą E - energia zużywana w przemianach gazowych „G” - właściwości cieplne gleby przewodnictwo cieplne - ilość ciepła, która przepływa w jednostce czasu przez przekrój 1 cm^2 substancji o grubości 1 cm [cal /cm * s * ^0C] pojemność cieplna - objętościowa, wagowa ilość ciepła potrzebna, by podgrzać kostkę 1 grama o 1^0C

powietrza, więc jest dobrym izolatorem. Wilgotność gleby ( % ) „G” Termoizoplety - pokazują jak się zmienia temperatura wraz z głębokością. Zmiany temperatury z uwzględnieniem miesięcy w roku. G - energia cieplna przekazywana w głąb gleby Co należy zmierzyć by wyliczyć G ? - zmiana temperatury z głębokością Jak zmienia się temperatura z głębokością : prawo Fourniera niezależnie od typu gruntu okres wahań temperatury nie zmienia się z głębokością (trwa tyle samo godzin) amplituda temperatur gruntu z głębokością maleje amplituda na powierzchni 30^0C amplituda na 20 cm 5^0C amplituda poniżej 40 cm poniżej 1^0C terminy max i min opóźniają się z głębokością; przy każdych 10 cm w głąb - 3 h opóźnienia (dobowy tryb); o 1 miesiąc na 1 m (cykl roczny) na pewnej głębokości będzie stała temperatura na głębokości 1 m nie mamy wahań cyklu dobowego na głębokości około 19 m brak wahań cyklu rocznego „A” - Ciepło przekazywane do atmosfery Potrzebne : gęstość powietrza przy ziemi ciepło właściwe powietrza gradientowe pomiary temperatury na różnych wysokościach Przyczyny zmian temperatury powietrza Jak „A” dostanie się do atmosfery w bezpośredni sposób powietrze ogrzewa się bardzo słabo turbulencja (mieszanie) - główna przyczyna, która powoduje nagrzewanie ( przenikanie z dolnych warstw do góry; chaotyczny ruch, ponieważ ziemia w różnych miejscach ma różna temperaturę). E” - współczynnik. Dobowy przebieg temperatury powietrza Termograf na stacji min temperatura w godzinach wschodu słońca (jeszcze słońce nie zaczyna działać na grunt, ? energii jest najwięcej stracone) max w godzinę po południu występują w specyficznych sytuacjach ( w niżu - z sytuacjami frontowymi) Chłodny front - zmiana gwałtowna (10^0C)w 1/2h temperatura w dół Front ciepły - powoli wzrasta Strefa zwrotnikowa - największe amplitudy (Sahara, pustynie), w stronę równika maleje. Adwekcja - napływ różnych mas powietrza Pionowe zmiany temperatury - stratyfikacja pionowa temp (spadek wraz z wysokością) Przymrozkowy dzień - gdy występuje temp min mniejsza niż 0^0C przy temp maksymalnej wyższej od 0^0C ( w okresie wegetacyjnym) Przymrozki Przygruntowy - notowany na 5cm nad ziemią Gruntowy - ( 2m. nad ziemią ) podział według czasu Wczesny ( jesienią) Póżny ( wiosenne) Podział według genezy: Radjacyjny - przez wypromieniowanie ciepła z podłoża i przygruntowych warstw powietrza, ochładza się

Adwekcyjny - ( napływowy) - w Polsce wywołane przez powietrze arktyczne ( rzadko), występuje często w maju Adwekcyjno - radjacyjny - najczęściej występują razem, powyższe rzadko występują osobno ZMROZOWISKO - obszar predysponowany z większą częstotliwością występują przymrozki ( kotliny, doliny) tam gdzie spływa powietrze (w lesie to polany, z nad koron spływa - gniazda) Przymrozki można wyprognozować + gatunki roślin odporne na zimno, przykrywanie ich, wczesna orka zapobiega, nowożenie osłabia odporność na mróz. Roczny przebieg temperatury zależy od strefy geograficznej (im dalej na północ tym chłodniej )( im dalej na wschód tym większe różnice temp.) Oceanizm Kontynentalizm Układ temperatury na ziemi Z - zimny prąd obniża temp i opady I M - występują anomalia - ciepły prąd na krótko zmienia i powstają odnogi EMINIO . A L - temp strefowo poukładana, gdzienigdzie tylko prąd oddziaływuje A T - ma miejsce silne nagrzewanie się mas kontynentalnych ( Afryka, Ameryka). O Lipiec - najcieplejszy miesiąc, pod wpływem morskim, niekiedy też sierpień Styczeń - najchłodniejszy, luty nad morzem Pory klimatyczne - za wyróżnik brane są średnie temp doby 5 15 - progi termiczne pór roku . Im bardziej klimat morski, tym okresy przejściowe dłuższe. Poniżej 0^0C - Zima 0 - 5^0C - przedwiośnie lub jesień 5 - 15^0C - wiosna lub wczesna jesień powyżej 15^0C - lato 5^0c - od tego progu zaczyna się też okres wegetacyjny ( śr powyżej 5^0c) drzewa zaczynają wegetację od 9^0C koniec przy 5^0C czyli, wiosna lato, jesień Wpływ temperatur na roślinność - temp minimalne - wytrzymuje większość roślin (maksymalne -40^0C, ale sporadycznie ); - do -30^0C nie będzie większych uszkodzeń, ale -20^0C + wiatr jest to grożne - temp maksymalne -do 40^0C przy silnych mogą doprowadzić do obumarcia. - Amplitudy temperatury - niekorzystne są częste zmiany temperatury np. 55^0C jednego dnia może spowodować odpadnięcie kory. - Przymrozki jesienne - wczesne nie są dla naszych gatunków grożne ( dąb szypułkowy) - Przymrozki wiosenne póżne - grożniejsze ponieważ zaczyna się kiełkowanie i kwitnienie. Równowagi termiczne w atmosferze Tempo zmiany temp w powietrzu unoszącym się z temp otaczającego powietrza. Chwiejna 300-------7,0---------5,5 200-------8,0---------7,0 100-------9,0---------8,5 0-------10^0C-------10 unoszące w otoczeniu - Powstaje komin powierza a z nim para idzie do góry i tak powstają chmury (kłębiaste) -pionowy ruch powietrza Obojętna 300------7,0--------7,0 200------8,0--------8,0

---