Temperatura jest definiowana jako miara stanu energetycznego (cieplnego) danego ciała, przedstawiona w umownej skali termometrycznej. Określa ona stopień nagrzania danego ciała. Głównym źródłem promieniowania dla Ziemi jest Słońce. Temperatura powietrza w troposferze, a szczególnie w jej dolnej części, jest wynikiem wymiany ciepła z podłożem.
skala Reaumura – opracował ją Rene Antoine de Reaumur w 1730r.
o Skala 80-stopniowa, gdzie 0 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu), zaÅ› 80 to temperatura wrzenia wody.
o Skala ta była stosowana we Francji i w koloniach francuskich w XVIII i XIX wieku, obecnie nie jest już stosowana.
skala Fahrenheita – opracował ją Daniel Gabriel Fahrenheit w 1710r.
o Skala 180-stopniowa, gdzie 0 to temperatura zamarzania mieszaniny lodu i salmiaku (chlorku amonu); temperatura 32 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu); ok. 97,9F (36,6C) to temperatura ludzkiego ciała, natomiast 212 to temperatura wrzenia wody.
o Fahrenheit jest też konstruktorem termometru rtęciowego (1714), a skala Fahrenheita jest używana do dzisiaj w krajach anglosaskich.
skala Celsjusza – opracowana przez Andrzeja Celsjusza w 1736r.
Skala 100-stopniowa, gdzie 0 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu), zaś 100 to temperatura wrzenia wody przy ciśnieniu normalnym, czyli 1013 hPa (760 mm Hg).
o Jest to powszechnie stosowana skala temperatury na świecie, zatwierdzona przez WMO i SI, stosowana w meteorologii.
skala Kelwina – opracowana przez Williama Thompsona Kelwina w 1848r., tzw. bezwzględna skala temperatury.
o Skala, gdzie 0C jest to temperatura przy której zanika wszelki ruch cząsteczek elementarnych (– 273,16C), tzw. temperatura zera bezwzględnego; 273,16 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu), zaś 373,16 to temperatura wrzenia wody.
o Jest to skala stosowana głównie w naukach ścisłych (np. fizyka), zaś jeden stopień tej skali równy jest jednemu stopniowi w skali Celsjusza.
Przeliczanie skal (wzory)
toC = tK – 273o
tK = toC + 273
toC = 5/9 (toF – 32)
toF = 9/5 toC + 32
toC = toR 5/4
toR = toC 4/5
Termiczne pory roku są to okresy o pewnych ustalonych wartościach temperatury średniej dobowej. W Polsce wyróżnia się 6 pór roku o charakterystycznych przedziałach temperatury.
o przedwiośnie 0C < t 5C
o wiosna 5C < t 15C
o lato t > 15C
o jesień 5C < t 15C
o przedzimie 0C < t 5C
o zima t 0C
Promieniowanie – forma przekazywania energii w postaci fal elektromagnetycznych. Ilość energii dostarczanej w postaci promieniowania zależy od:
Temperatury ciała emitującego (zdolność emisyjna Słońca: E = dT4)
Odległości od ciała emitującego (ilość energii maleje wraz z kwadratem odległości)
Wyróżniamy:
- promieniowanie całkowite
- promieniowanie rozproszone
- promieniowanie bezpośrednie
Albedo – stosunek ilości promieniowania odbitego do padającego na daną powierzchnię w procentach. Dla Ziemi wynosi ono ok. 36%.
Usłonecznienie – jest to czas dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi. Wyróżnia się:
Usłonecznienie możliwe (potencjalne, maksymalne) – czas od wschodu do zachodu słońca; określa się je w godzinach
Usłonecznienie rzeczywiste – czas dopływu promieniowania bezpośredniego do powierzchni Ziemi, zwykle krótsze od możliwego, określa się je w godzinach
Usłonecznienie względne – stosunek usłonecznienia rzeczywistego do możliwego wyrażony w procentach
Czynniki wpływające na wartość usłonecznienia:
Długość dnia
Stopień zakrycia horyzontu
Zachmurzenie
Wilgotność powietrza – jest to zawartość pary wodnej w powietrzu. Obok właściwości termicznych – właściwości wilgotnościowe są jedną z głównych charakterystyk mas powietrznych.
Parowanie – jest to proces dostarczania pary wodnej do atmosfery. Proces ten polega na odrywaniu się cząsteczek wody od powierzchni wilgotnej wskutek ich energii kinetycznej (ogólnie: proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego do stanu gazowego).
Charakterystyki wilgotności powietrza:
Ciśnienie pary wodnej (prężność pary wodnej); e [mmHg, hPa] – ciśnienie, jakie wywiera zawarta w powietrzu para wodna na powierzchnię Ziemi i przedmioty na niej znajdujące się.
Maksymalne ciśnienie pary wodnej (maksymalna prężność pary wodnej); E [mmHg, hPa] – najwyższe ciśnienie pary wodnej nasyconej względem płaskiej powierzchni wody w danej temperaturze powietrza (zależność ta nie jest prostolinijna, lecz wykładnicza).
Wilgotność względna; f [%] – stosunek aktualnego ciśnienia pary wodnej do maksymalnego w danej temperaturze, wyrażony w procentach;
Niedosyt wilgotności powietrza; [mmHg, hPa] – różnica między maksymalnym a aktualnym ciśnieniem pary wodnej przy danej temperaturze powietrza. Wskazuje, ile pary wodnej brakuje do nasycenia powietrza w danej temperaturze.
Wilgotność bezwzględna; a [g/m3] – masa pary wodnej zawarta w jednostce objętości powietrza, czyli ile gramów pary wodnej znajduje się w 1 m3 powietrza, inaczej gęstość pary wodnej w powietrzu.
Wilgotność właściwa; q [g/kg] – masa pary wodnej zawarta w jednostce powietrza, czyli ile gramów pary wodnej znajduje się w 1 kg powietrza wilgotnego.
Temperatura punktu rosy; td [C] – temperatura, przy której zawarta w powietrzu para wodna staje się parą nasyconą; przy tej temperaturze aktualna prężność pary wodnej równa jest prężności maksymalnej.
Deficyt punktu rosy; D [C] – różnica pomiędzy temperaturą aktualną a temperaturą punktu rosy;
Stosunek zmieszania; x – stosunek gęstości pary wodnej do gęstości powietrza suchego;
Opad atmosferyczny to produkty kondensacji pary wodnej spadające z chmur i dochodzące do powierzchni Ziemi. Wyróżniamy następujące rodzaje opadów atmosferycznych:
o deszcz – opad kropel wody o średnicy ponad 0.5 mm lub mniejszych, jeśli padają rzadko
o mżawka – opad kropelek wody o średnicy poniżej 0.5 mm padających gęsto; mżawka pochodzi z ciągłej, gęstej, zwykle niskiej chmury Stratus, niekiedy dotykającej gruntu jako mgła
o śnieg – opad kryształków lodu tworzących często delikatne, rozgałęzione formy w postaci sześcioramiennych gwiazdek o średnicy 12 mm i więcej. Często łączą się one w większe skupiska (płatki)
o krupy śnieżne – opad białych nieprzezroczystych cząstek lodu, o kształcie stożkowatym lub zaokrąglonym i średnicy nawet 5 mm
o śnieg ziarnisty – opad bardzo drobnych nieprzezroczystych cząstek lodu o płaskim lub wydłużonym kształcie i średnicy zwykle mniejszej od 1mm, nie odbijają się od podłoża
o pył diamentowy (słupki lodowe) – opad bardzo drobnych kryształków lodu padających z chmury lub z bezchmurnego nieba, występują przeważnie przy pogodzie bezwietrznej, bezchmurnej i mroźnej.
o grad – opad przezroczystych cząstek lodowych, częściowo lub całkowicie nieprzezroczystych, o kształcie spłaszczonych kul, stożkowatych lub nieregularnych o średnicy przeważnie 5-20mm, opad gradu ma zawsze charakter przelotny, występuje zwykle podczas burzy z chmury Cb.
o krupy lodowe – opad przeświecających cząstek lodu o kształcie kulistym lub nieregularnym, rzadziej stożkowatym, ich średnica może przekraczać 5 mm, są twarde, gdy padają na twarde podłoże odbijają się.
o ziarna lodowe - opad przezroczystych cząstek lodu o kształcie kulistym lub nieregularnym, rzadziej stożkowatym, ich średnica jest mniejsza od 5 mm, są twarde od podłoża odbijają się, a ich uderzenia są słyszalne; ziarna lodowe mogą być częściowo ciekłe.
Osady atmosferyczne – są to produkty kondensacji pary wodnej osadzające się na powierzchni ziemi i przedmiotach na niej znajdujących się.
o Rosa – powstaje w wyniku skraplania się pary wodnej w warstwie powietrza, która bezpośrednio styka się z wychłodzonym podłożem; bardzo często pojawia się w półroczu ciepłym, kiedy po bardzo ciepłym dniu nagrzana powierzchnia ziemi traci podczas bezchmurnej nocy znaczną ilość ciepła w wyniku wypromieniowania. W warstwie atmosfery stykającej się z wychłodzonym podłożem następuje wzrost wilgotności względnej prowadzący do osiągnięcia stanu nasycenia.
o Szron – jest to osad w postaci kryształków lodu o różnorodnych kształtach i rozmiarach, sięgających nawet do kilku milimetrów, tworzący się na powierzchni gruntu, roślin itd. Powstaje w wyniku sublimacji pary wodnej zawartej w powietrzu stykającym się z wychłodzoną powierzchnią przy ujemnych temperaturach,
o Szadź – jest to srebrzystoszary nalot, w którym możemy odróżnić poszczególne kryształki lodu, występujący w różnych porach doby podczas mroźnej pogody, najczęściej powstaje na gałęziach drzew, przewodach telekomunikacyjnych, ogrodzeniach, itp. Pojawia się wtedy, gdy nad silnie wychłodzone podłoże napływa stosunkowo ciepłe i wilgotne powietrze powodujące powstanie mgły. Przechłodzone kropelki mgły, stykając się z oziębionymi przedmiotami zamarzają, tworząc kryształki lodu. Proces krystalizacji szczególnie silnie rozwija się po dowietrznej stronie przedmiotów. Najczęściej tworzy się warstwa osadu o miąższości od kilku milimetrów do kilku centymetrów.
o Gołoledź – na ogół przezroczysty i jednorodny osad lodu formujący się na powierzchni ziemi i innych przedmiotach na skutek zamarzania przechłodzonych kropelek mżawki lub deszczu przy kontakcie z silnie wychłodzonym podłożem (np. po okresie silnych mrozów)
Mgły – zawiesiny mikroskopijnych kropelek wody w powietrzu atmosferycznym, zmniejszająca widzialność poziomą do poniżej 1000m.
o Mgła adwekcyjna – powstaje w sytuacji, gdy ciepłe i wilgotne powietrze napływa nad wychłodzony ląd lub morze; wówczas powietrze ochładza się, zaś zawarta w nim para wodna zbliża się do nasycenia i następuje kondensacja
o Mgła radiacyjna – powstaje wtedy, gdy podłoże wypromieniowuje ciepło do atmosfery w czasie bezchmurnej i bezwietrznej nocy lub we wczesnych godzinach rannych
o Mgła lodowa – przy wystąpieniu bardzo niskich temperatur powietrza (rzędu – 20C) mgłę tworzą wyłącznie kryształki lodu.
o Mgły orograficzne (zboczowe) – powstają w wyniku adiabatycznego ochłodzenia powietrza podczas unoszenia się do góry po zboczach wzniesień terenowych
o Mgły z parowania – powstają nad otwartymi wodami (jeziorami, stawami, rzekami), jak również w czasie, lub po deszczu. Wywołane są parowaniem cieplejszej powierzchni wodnej i unoszeniem się pary wodnej oraz jej kondensacją w chłodniejszym powietrzu
o Mgły frontowe – powstają podczas mieszania się mas powietrznych o różnych właściwościach, w zależności od rodzaju frontu, właściwości termicznych i wilgotnościowych ścierających się ze sobą mas powietrznych. W szczególnych przypadkach może to być chmura stratus dochodząca do powierzchni ziemi.
Chmury wysokie:
Cirrus - chmury w kształcie oddzielnych białych delikatnych włókien bądź ławic lub wąskich pasm, o często jedwabistym połysku.
Cirrocumulus - cienka biała ławica, płat lub warstwa chmur bez cieni, złożona z bardzo małych członów w kształcie ziaren, zmarszczek itp., połączonych lub oddzielonych od siebie i ułożonych mniej lub bardziej regularnie.
Cirrostratus - przejrzysta biaława zasłona z chmur o włóknistym lub gładkim wyglądzie, pokrywająca niebo całkowicie lub częściowo i zwykle powodująca zjawisko halo.
Chmury średnie
Altostratus - płat lub warstwa chmur szarawych bądź niebieskawych o wyglądzie prążkowanym, włóknistym lub jednolitym, pokrywająca niebo całkowicie lub częściowo (Słońce widoczne jest jak przez matowe szkło, brak zjawiska halo).
Altocumulus - biaława bądź szarawa mgławica chmur, wykazująca na ogół cienie i złożona z płatów, walców, zaokrąglonych brył itp., połączonych ze sobą lub oddzielonych od siebie, niekiedy o wyglądzie częściowo włóknistym lub rozmytym.
Chmury niskie
Nimbostratus - szara warstwa chmur, często ciemna, o wyglądzie rozmytym wskutek ciągłego opadu deszczu lub śniegu, w większości przypadków dochodzące do ziemi. Chmura ta całkowicie przesłania Słońce, zaś poniżej niej występują niskie postrzępione chmury połączone lub od niej oddzielone.
Stratocumulus - szara lub biaława ławica, płat lub warstwa chmur, posiadająca prawie zawsze ciemne części, złożona z zaokrąglonych brył, walców itp., połączonych ze sobą lub oddzielonych od siebie i nie posiadających wyglądu włóknistego (z wyj. virga).
Stratus - na ogół szara warstwa chmur (rzadziej w postaci ławic) o dość jednolitej podstawie, mogąca dać opad mżawki, słupków lodowych lub śniegu ziarnistego; jeżeli słońce prześwieca przez chmurę, to jego zarys jest wyraźny.
Chmury pionowe
Cumulus - oddzielne, na ogół gęste chmury, o ostrych zarysach, rozwijające się w kierunku pionowym w kształcie pagórków, kopuł lub wież, których zwieńczenie przypomina kalafior; w górnej części przeważnie lśniąco białe, w dolnej - ciemne o mocno zarysowanej podstawie.
Cumulonimbus - potężna, gęsta chmura o dużej pionowej rozciągłości w kształcie góry lub wieży, o wierzchołku często spłaszczonym, gładkim i zazwyczaj prążkowanym lub włóknistym (przypomina kowadło lub pióropusz), zaś poniżej ciemnej podstawy niejednokrotnie występują niskie, postrzępione chmury i opady, niekiedy w postaci virga.
Ciśnienie atmosferyczne – jest to siła nacisku słupa powietrza o wysokości równej wysokości atmosfery i o powierzchni jednostkowej.
Ciśnienie jest to siła ciężaru przypadająca na jednostkę powierzchni
Ciśnienie normalne – jest to takie ciśnienie atmosferyczne, które równoważy słup rtęci o wysokości 760 mm przy temperaturze 0 C, na poziomie morza i na szerokości geograficznej 45 .
Jednostki:
mm Hg, hPa
1mm Hg = 1,33 hPa
1 hPa = 0,75 mm Hg
Wiatr jest to poziomy ruch powietrza spowodowany różnicą ciśnień.
Siła gradientu – jest to podstawowa siła wywołująca poziomy ruch powietrza o kierunku zgodnym z kierunkiem gradientu barycznego.
Poziomy gradient baryczny jest to wektor prostopadły do powierzchni izobarycznej zwrócony w kierunku niższych wartości ciśnienia. Określa on zmianę ciśnienia przypadającą na jednostkę odległości, w kierunku największego spadku ciśnienia (zwrot wektora gradientu określa kierunek, w którym ciśnienie maleje najszybciej).
Wielkość gradientu jest wprost proporcjonalna do różnicy ciśnienia między dwoma dowolnymi punktami na Ziemi (p1 – p2) i odwrotnie proporcjonalna do odległości (d) podzielonej przez średnią długość łuku południka odpowiadającą 1 (ok. 111,2 km).
Gdyby na powietrze oddziaływała tylko siła gradientu, to wiatr wiałby ze stałym przyspieszeniem (prędkość rosłaby w nieskończoność) w kierunku prostopadłym do izobar.
Siła Coriolisa – jest następstwem ruchu obrotowego Ziemi. Działanie jej stanowi dodatkowe przyspieszenie dla poruszającego się ciała, przyłożone prostopadle do wektora jego prędkości, co powoduje odchylenie wektora prędkości od wektora siły gradientu na półkuli północnej w prawo, a na południowej w lewo.
Siła odśrodkowa – oddziałuje na ciała poruszające się po torach krzywoliniowych. Siła ta skierowana jest wzdłuż promienia krzywizny w stronę wypukłości toru. Wielkość jej jest wprost proporcjonalna do kwadratu prędkości ruch ciała (V) a odwrotnie proporcjonalna do promieni krzywizny toru (r).
Siła tarcia wywiera wyraźny wpływ na poziomy ruch powietrza w przyziemnej warstwie troposfery o miąższości 500 – 1500 m, nazywanej warstwą tarcia. Jej miąższość zależy od rodzaju podłoża (większa nad lądami, mniejsza nad morzami) Siła tarcie przyczynia się do zmniejszenia prędkości, a także w pewnym stopniu do zmiany kierunku ruchu cząsteczek powietrza.
Cyrkulacja
Komórka Hadley’a – jest to komórka cyrkulacyjna pomiędzy równikiem a zwrotnikiem. W pobliżu równika ciepłe powietrze unosi się do góry i osiada na zwrotnikach, gdzie przy powierzchni Ziemi wraca w kierunku równika jako pasaty (kierunek NE na półkuli pn. i SE na półkuli pd.) zamykając tą komórkę cyrkulacyjną.
Komórka Ferrela – obejmuje szerokości od 30 do 60, gdzie powietrze wznosi się w pobliżu 60 i opada w okolicach zwrotników.
Komórka polarna – obejmuje obszar od 60 do 90; powietrze wznosi się w cieplejszych obszarach 60 i opada w okolicach biegunów.
Rodzaje wiatrów:
Pasat
Monsun
Bryza
Fen
Wiatr dolinny i wiatr górski
Fazy El Nino:
Faza normalna - to stan oceanu pośredni między La Niña i El Niño. Nie występują ekstremalne opady i susze. Zjawisko upwellingu zasila wody powierzchniowe u wybrzeży Ameryk w życiodajne substancje odżywcze.
Faza ciepła – El Niño - Podczas El Niño wiatry spychają wilgotne powietrze na wschód, odbierając życiodajne opady południowo-wschodniej Azji i Australii. Ustaje także zjawisko upwellingu.
Faza zimna – La Niña - podczas fazy La Niña pasaty wieją silniej niż zwykle. Wskutek tego większa ilość wilgoci dociera nad zachodni Pacyfik, powodując powodzie. Jednocześnie na wschodzie brakuje opadów deszczu.