Budowa pionowa: Wyróżniamy dwa kryteria podziału atmosfery:

Ze względu na skład chemiczny

Ze względu na gradient temperatury

Homosfera: jest to warstwa przyziemna (dolna część atmosfery) od 0 do ok. 100km (skład atmosfery jest jednorodny)

Heterosfera: gęstość jest bardzo mała: siła grawitacji jest coraz niższa

Powyżej 100km nie ma procesu mieszania się cząsteczek.

Cząsteczki te układają się tzw. jak w torcie, najpierw nakładają się najcięższe gazy, później lżejsze (hel, wodór).

Pasma pochłaniania tlenu i ozonu:

Hertzberga Schumana -

Ruhgego λ < 0,2 µm (mikrometra)

Hartleya: λ = 0,2 - 0,3 µm

Hugginsa: λ = około 0,3 µm

Termosfera: rośnie temp na skutek pochłaniania Temp rośnie wraz z wysokością, osiągając 1500^oC na wys ok. 400km, co wiąże się z pochłanianiem promieniowania słonecznego przez cząsteczkowy tlen i azot.

. W termosferze wyróżniamy jonosferę, czyli strefę silnie zjonizowanych gazów.

Jonosfera warstwa zjonizowanego gazu, składa się z 4 regionów:

Funkcje jonosfery: w jonosferze odbijane są fale radiowe, dzięki zjonizowanemu gazowi można podziwiać zorze polarne. Cała atmosfera wywiera na przedmioty nacisk: jest to ciśnienie atmosferyczne, jest to ogromna siła.

Promieniowanie: jest formą przekazywania energii bez udziału materii. Każde ciało o temp powyżej 0^oK promieniuje, tzn. emituje energię w postaci fali elektromagnetycznych poruszających się ze stałą prędkością równą prędkości światła

Promieniowanie elektromagnetyczne:

- gamma

- rentgenowskie

- ultrafioletowe

- widzialne

- podczerwone

- mikrofalowe

Promieniowanie: długość fal:

380 - 436 nm: fioletowy

436 - 495 nm: niebieski

495 - 566 nm: zielony

566 589 nm: żółty

589 - 627 nm: pomarańczowy

627 - 780 nm: czerwony

Prawa promieniowania:

Prawo Placka: określa widmo promieniowania, czyli rozkład energii w zależności od długości fal (częstotliwości).

Prawo Wiena: mówi, że im wyższa temp ciała, tym maksimum energii w widmie przesuwa się na krótsze fale.

Prawo Stefana-Boltzmana: mówi, że im wyższa temp ciała, tym wyższa całkowita energia emitowana przez to ciało.

Prawo Kirchoffa: zdolność absorpcyjna ciała jest równa zdolności emisyjnej.

Promieniowanie krótko i długo falowe:

Energia promieniowania ziemskiego jest mniejsza od promieniowania słonecznego

Promieniowanie słoneczne jest krótkofalowe - 99% energii emitowane jest w paśmie fal

o długości < 4000 nm.

Ziemia emituje promieniowanie długofalowe w zakresie 4 - 100 mikrometrów

Stała słoneczna wynosi 1368 W, w przebiegu rocznym zmienia się przez ruchy obrotowe Ziemi.

Stała słoneczna nie jest wielkością stałą, w wieloleciu zależy od temperatury słońca, w cyklu rocznym od odległości słońca od Ziemi, zmienia się o 3,5%.

Słońce emituje i absorbuje podobnie do ciała doskonale czarnego o danej temp.

Stałą słoneczną wyznacza się przez średnią odległość Ziemi od Słońca.

Prawo Railegha: współczynnik rozpraszania i natężenie rozpraszanego światła są odwrotnie proporcjonalne do czwartej potęgi długości fali światła.

Rozpraszanie Rayleigha: to rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach mniejszych od długości fali rozpraszanego światła. Rozpraszanie Raileigha na cząsteczkach atmosfery jest przyczyną błękitnego koloru nieba.

Rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach porównywalnych lub większych od długości fali świetlnej opisuje teoria Miego.

Na takich cząsteczkach światło jest rozpraszane równomiernie w każdym paśmie długości fal rozproszanej. Ta teoria wyjaśnia rozpraszanie zachodzące w chmurach.

Prawo Lamberta Bougera: jest to ekstynkcja promieniowania: promieniowanie słoneczne przechodząc przez atmosferę ziemską ulega ekstynkcji, czyli osłabieniu na skutek promieniowania i rozpraszania.

Ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi określa prawo Bougera:

I = Io p^m

Io: stała słoneczna

p: współczynnik przezroczystości atm.

m: masa optyczna atmosfery

Masa optyczna atmosfery: najkrótsza droga od Słońca do Ziemi jest przy kącie 90^o

Albedo: stosunek promieniowania odbitego do całkowitego promieniowania padającego na daną powierzchnię.

Im ciemniejszy kolor tym albedo jest mniejsze.

Średnie albedo ziemskie to 31%.

np. śnieg odbija ok. 80-95% promieniowania słonecznego

np. las odbija ok. 10-20%

trawa: 25-30%

ciemny asfalt: 5-10%

Albedo planetarne: ok. 30%, to jest średnie albedo promieniowania Ziemi.

Adiabatyczne zmiany temperatury:

Zmiany temperatury wynikające z gęstości, sprzężeniem powietrza

Przy sprzężeniu następuje wzrost temperatury

Wraz ze wzrostem temperatury maleje gęstość

Krzywa stanu:

Krzywa stratyfikacji:

Powietrze przy temperaturze - 20^oC zawiera mało pary wodnej.

Przy kondensacji zyskujemy ciepło. Przy temperaturze - 20^oC tracimy mniej ciepła.

Poziom kondensacji: miejsce, w którym adiabata sucha przechodzi w adiabatę wilgotną

Równowaga stała, chwiejna, obojętna:

Stała: ona i tak powraca na to samo miejsce

Chwiejna: wyprowadzona z równowagi, ona na to samo miejsce nigdy nie powróci

Obojętna: tam gdzie się cząsteczkę przestawi, tam zostanie

Typy stratyfikacji:

- bezwzględnie stała:

Y < Yw < Ya

y: gradient temperatury w atmosferze

y_w: gradient wilgotnoadiabatyczny

y_a: gradient suchoadiabatyczny

Stabilność dotyczy zarówno powietrza suchego jak i wilgotnego.

Krzywa stratyfikacji leży NA PRAWO od krzywej stanu.

- obojętna: gradient rzeczywisty jest dany z wilgotno adiabatycznym

Y = Ya: dla powietrza suchego

Y = Yw: dla powietrza wilgotnego

- bezwzględnie chwiejna:

Y > Ya > Yw

Chwiejność dotyczy zarówno powietrza suchego jak i wilgotnego

Krzywa stratyfikacji leży NA LEWO od krzywej stanu

- warunkowo chwiejna:

Yw < Y < Ya

Chwiejność pojawia się dla stanu nasycenia

Krzywa stratyfikacji leży POMIĘDZY adiabatą suchą i adiabatą wilgotną

- potencjalnie chwiejna:

Chwiejność kształtuje się po uniesieniu powietrza ponad poziom kondensacji

Krzywa stratyfikacji PRZECINA od prawej do lewej adiabatę wilgotną

- konwekcyjnie chwiejna:

Występuje przy stabilnej warstwie powietrza, która po podniesieniu na pewną wysokość osiąga stan chwiejności

WARUNEK: spadek wilgotności wraz z wysokością

- konwekcyjna stabilność:

Występuje w warstwie, w której wilgotność rośnie wraz z wysokością (warunek) i która po podniesieniu z chwiejnej przekształca się w stabilną

BEZWZGLĘDNIE STAŁA: Y_{4 C} < Yw_{6 C} < Ya_{10 C}

Stała dla powietrza suchego

Stała dla powietrza wilgotnego

RÓWNOWAGA BEZWZGLĘDNIE CHWIEJNA: Y_{11 C} > Ya_{10 C} > Yw_{6 C}

Chwiejna dla powietrza suchego

Chwiejna dla powietrza wilgotnego

WARUNKOWO CHWIEJNA: Yw_{6 C} < Y_{7 C} < Ya_{10 C}

Stała dla powietrza suchego

Chwiejna dla powietrza wilgotnego

POTENCJALNIE CHWIEJNA:

Hydrometeor: zjawisko występowania wody w atmosferze, np. mgła, mżawka, śnieg, grad, gołoledź.

Dzielimy je na:

a) opady,

b) osady,

c) inne (np. mgły)

Hydrometeory: rodzaje:

1 grupa: opady atmosferyczne:

- deszcze, deszcz marznący, mżawka,

mżawka marznąca, śnieg z deszczem, śnieg,

krupa śnieżna, śnieg ziarnisty, ziarna lodowe (deszcz lodowy), słupki lodowe (pył diamentowy), grad

2 grupa: osady atmosferyczne:

- rosa, rosa biała, szron, nalot ciekły, zamróz

Szadź, szreń, gołoledź

Inne hydrometeory:

- mgła, zamglenie, zamieć, zawieja

Deszcz: opad wody o kroplach o średnicy 0,5nm

Mżawka: opad kropel wody o średnicy mniejszej od 0,5nm, jest bardzo gęsta

Deszcz lub mżawka daje deszcz marznący

Deszcz marznący: jest to opad który po zetknięciu z powierzchnią zamarza

Deszcz lodowy (ziarna lodowe): krople lodu zamarzają w locie i na powierzchnię spadają w postaci lodu

Proces koagulacji:

Koagulacja: wychwytywanie mniejszych kropelek przez większe krople, przechwytuje mniejsze kropelki, żeby mógł dotrzeć do Ziemi.

Proces Bererona-Findeinsena: występuje w 90% opadów, w umiarkowanych szerokościach geograficznych, jest to bardzo wydajny proces.

Mżawka: opad występuje tylko z jednej chmury: chmura stratus (warstwowe). Wszystkie drobne opady są ze stratus.

Śnieg: występuje zimą, jest to opad kryształków lodu, np. mają wygląd gwiazdy. Te kształty zależą od temperatury.

Krupa śnieżna: jest większa niż śnieg ziarnisty, ma większą średnicę, mają wygląd ziarenek styropianu, kula gradowa to gradzina (cumulonimbus).

Śnieg ziarnisty: różnią się wielkością opadu

Grad: (chmura cumulonimbus): chmura burzowa, chmura o budowie pionowej, cechą charakterystyczną bryły lodowej jest naprzemienne warstwowanie, różnice temperatur są olbrzymie, prądy pionowe powietrza są silne, kryształek lodu powoli rośnie i spada w cieplejszą warstwę chmury i się nadtapia, im większy opad gradu tym większa turbulencja.

Rosa: osad kropelek wody, powstaje na skutek skraplania (kondensacja) pary wodnej, dochodzi do punktu rosy temperatura.

Rosa biała: osad zamarzniętych kropel wody, jeśli temperatura spadnie poniżej punktu rosy, powstaje najpierw przez kondensację a potem zamarzanie

Szron: powstaje przez resublimację, przechodzenie pary wodnej w lód przy powierzchni gruntu.

Przemiany:

- zamarzanie: woda zamienia się w lód

- topnienie: lód zamienia się w wodę

- parowanie: ciecz w parę wodną

- resublimacja: od gazu w stan ciekły

Szadź: tworzy się podczas mgły, nad wychłodzony grunt, dociera ciepła masa powietrza, jest to resublimacja, osadza się wszędzie, powstaje przez zamarzanie mgły

Zamróz: dawniej tworzyły się na oknach, zamarzające kropelki lub resublimująca para wodna, powstaje na skutek ochładzania, na wychłodzonym gruncie

Gołoledź: osad lodu tworzący się przy deszczu marznącym na powierzchni , ten deszcz zamienia się w lód, wtedy pokrywa wszystko, przedmioty, rośliny.

Mgła: występuje przy niskich partiach (widać przedmioty w odległości poniżej 1 km)

Zamglenie: ogranicza wilgotność (widać przedmioty w odległości 1 km), różni się od mgły gęstością, zamglenie jest mniej gęste

Mgła radiacyjna: mgła przygruntowa, na skutek silnego wypromieniowania z gruntu

Mgła adwekcyjna: wysoka mgła