Transcript Vertikalna podela atmosfere

Vertikalna podela
atmosfere
1-3
Vertikalna podela atmosfere
Prema promeni temperature i
karakterističnim procesima koji
se u njima odigravaju atmosfera je
podeljena na sledeće slojeve:
troposferu 8 – 18 km
(tropopauzu debljine 1 – 3 km)
 stratosferu do 50 km
(stratopauzu u sloju od 50 do 55 km)
 mezosferu 80 – 85 km
(mezopauzu)


termosferu .
Vertikalna podela atmosfere
Troposfera
• Dostiže visinu od 8 km na polovima,
9-11 km u umerenim širinama i 16-18
km na Ekvatoru
• Temperatura opada sa visinom u
troposferi 4 – 8 0C/km
• Najveći broj atmosferskih procesa se
odvija u troposferi. Karakterišu je
vertikalna, horizontalna, kosa i
vrtložna vazdušna strujanja.
• U tropopauzi se temperatura ne
menja ili sporo raste sa visinom.
Karakteristična je pojava inverzije
Vertikalna podela atmosfere
Stratosfera
• Dostiže visinu do 50 km
• Karakterišu je horizontalna
(advektivna) vazdušna strujanja, vrlo
malo mešanje, zanemarljive količine
vodene pare i dugo zadržavanje čestica
u atmosferi
• Temperatura se ne menja u prvih 30
km a zatim raste sa visinom usled
apsorpcije UV zračenja
• Ozon se formira u sloju od 20 – 60
km ali je koncentracija najveća na 22 –
25 km.
Vertikalna podela atmosfere
Mezosfera
• Sloj atmosfere od 50 km do 85 km
•
• Temperatura opada sa visinom usled
smanjenog zagrevanja od sunca i
povećanog izračivanja od strane CO2
• Vrh mezosfere je najhladniji deo
atmosfere. Temperatura pada na -100
oC.
• Završava se mezopauzom
Vertikalna podela atmosfere
Termosfera
• Sloj atmosfere od 85 km do 250
(500) km zavisno od aktivnosti Sunca
•
• Temperatura raste sa visinom usled
intenzivne apsopcije sunčevog
zračenja (kiseonik)
• Vazduh je izuzetno razređen (put
mešanja je oko 1 km)
• Temperatura dostiže u proseku 80
oC na 120 km visine.
• Temperaturu treba ovde doslovno
shvatiti kao srednju kinetičku energiju
molekula
Vertikalna podela atmosfere
Egzosfera
• Donja granica se nalazi na visini od
250 km, odnosno 500 km, zavisno od
aktivnosti Sunca
•
• Čine je samo najlakši gasovi i joni
pojedinih elemenata
• Čestice lako napuštaju ovaj sloj
• Najbliža je vakuumu
Sastav atmosfere
1-3
Sastav atmosfere
Atmosferski vazduh je fizička smeša stalnih
gasova, hemijskih jedinjenja i različitih čvrstih, tečnih
i gasovitih pridodataka.
Stalni sastojci atmosfere su
 Azot
 Kiseonik
 Ozon
 Argon
 Ugljen-dioksid
Medju stalnim sastojcima atmosfere najpromenljiviji
sadržaj u prostoru i vremenu ima vodena para.
Od neutralnih gasova u atmosferi su
najzustepljeniji ( Ne, Ar, Xc)
Gas
Volume
Nitrogen (N2)
780,840 ppmv (78.084%)
Oxygen (O2)
209,460 ppmv (20.946%)
Argon (Ar)
9,340 ppmv (0.9340%)
Carbon dioxide
(CO2)
390 ppmv (0.039%)
Neon (Ne)
18.18 ppmv (0.001818%)
Helium (He)
5.24 ppmv (0.000524%)
Methane (CH4)
1.79 ppmv (0.000179%)
Krypton (Kr)
1.14 ppmv (0.000114%)
Hydrogen (H2)
0.55 ppmv (0.000055%)
Nitrous oxide
(N2O)
0.3 ppmv (0.00003%)
Carbon
monoxide (CO)
0.1 ppmv (0.00001%)
Xenon (Xe)
0.09 ppmv (9 × 10−6%) (0.000009%)
Ozone (O3)
0.0 to 0.07 ppmv (0 to 7 × 10−6%)
Nitrogen dioxide
(NO2)
0.02 ppmv (2 × 10−6%) (0.000002%)
Iodine (I)
0.01 ppmv (1 × 10−6%) (0.000001%)
Ammonia (NH3)
trace
Not included in above dry atmosphere:
Water vapor
(H2O)
~0.40% over full atmosphere, typically 1%4% at surface
• U zapreminskom udelu u atmosferi najviše
učestvuju azot (78 %) i kiseonik (21 %).
• Aerosoli su čestice u čvrstom i tečnom stanju
koje lebde u vazduhu. To su rastvori čvrstih ili
tečnih koloidnih čestica u gasovitom rastvaraču.
Sastav atmosfere
 Troposferski ozon je jedna od komponenti
zagađenja vazduha i štetan za živi svet
Stratosferski ozon se fromira u fotohemijskim
reakcijama u atmosferi u sloju od 20 – 60 km
čak i u zagađenom vazduhu. Ovaj ozonski sloj
štiti Zemlju od štetnog dejstva UV zračenja

Gustina vazduha
1-3
Gustina vazduha
Gustina vazduha je brojno jednaka masi vazduha u 1 m3 vazduha.
Zavisi od temperature, pritiska i zapremine vazduha
pV= RT
Za m = 1 kg
p= rRT
Gustina vazduha opada sa visinom
ρ=ρ0 exp(-z/H)
Gustina vazduha
Standardna atmosfera:
pritisak na nivou mora
p0 = 101325 Pa
temperatura na nivou mora
T0 = 288.15 K
ubrzanje sile zemljine teže
g = 9.80665 m/s2
gradijent temperature
L = 6.5 K/km
univerzalna gasna konstanta
R = 8.31447 J/(mol·K)
Molarna masa suvog vazduha
M = 0.0289644 kg/mol
Izvori toplote za
Zemljinu površinu i
atmosferu
3-5
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Toplotni izvori iz unutrašnjosti Zemlje
Poluprečnik Zemlje je 6 500 km
Temperatura Zemlje raste sa dubinom
Geotermički stupanj iznosi 1 oC/35 m (verovatno do oko 400 m)
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Sunce kao izvor toplote
Sunce je zvezda. Gasovita lopta užarenih gasova uglavnom vodonika (75 %) i
helijuma (25 %)
Temperatura Sunca se menja od 5 100 000 oC u unutrašnjosti do 5800 oC na
površini.
Energija na Suncu nastaje procesom termonuklearne fuzije u jezgru Sunca.
Tom prilikom se 4 atoma H (deuterijum i tricijum) spajaju u atom He uz
oslobadjanje energije.
Fotosfera je vidlljivi deo Sunca u kome se generiše najveći deo
elektromagnetnog zračenja koje stiže do Zemlje. Sastoji se od hladnijih
(sunčeve pege temp. oko 4500 oC) i toplijih delova (fakule)
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Sunce kao izvor toplote
Srednje rastojanje Zemlje od Sunca iznosi 1.5108 km
Zračenje je prenošenje energije u vidu talasa pravolinijskim putem od izvora
Karakteristike: v(c), l, n
KT, DT
Sunčevo zračenje do Zemlje stiže u vidu elektromagnetnih talasa koji se
prostiru brzinom c. Sunčevo zračenje je kratkotalasno zračenje
Intenzitet zračenja. J/(m2s)=W/m2
Solarna konstanta 1368 W/m2
E=hn (h= 6,62 10-34 J s)
Primer 1
n= 3 106 s-1
E=?
n=c/l
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Spektar zračenja pokazuje raspodelu intenziteta zračenja po talasnim
dužinama
Spektar Sunčevog zračenja je
podeljen na
• ultraljubičasti (0,20 – 0,40 µm)
• vidljivi (0,40 – 0,75 µm)
• infracrveni (0,75 – 2,4 µm)
Maksimum zračenja u vidljivom delu spektra
500 (480) nm žuto – zelena boja
Fotosintetski aktivno zračenje: 380 – 710 nm
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje
Selektivna apsorpcija
Zraci odredjenih talasnih dužina bivaju
apsorbovani pri prolasku kroz atmosferu
Ako je atmosfera podeljena na N slojeva
koeficijenta transmisije q, i ako je intenzitet
sunčevog zračenja na gornjoj granici atmosfere S0
onda je intenzitet zračenja na tlu
S = S0q
N
Bugerov zakon
Ozon je sastojak atmosfere koji dobro apsorbuje i
KT i DT zračenje.
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje
Refleksija zračenja je odbijanje zračenja od (ravne) površine pod istim uglom
(u odnosu na normalu) pod kojim su dospeli na tu površinu
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Propustljivost vazduha za sunčevo zračenje
Difuzna refleksija
Javlja se kada zraci padaju na neravnu površinu.
Snop paralelnih zraka posle odbijanja od površine
nije više paralelan
(jer u svakoj tački neravne površine normala ima
drugačiji položaj pa je i drugačiji pravac zraka koji
se odbijaju pod određenim uglom u odnosu na nju)
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Nakon prolaska kroz atmosferu ...
Uticaj “visine” Sunca na jačinu zagrevanja
J2 = J1 sinα Lambertov zakon
(J2 – intenzitet zračenja koje pada pod uglom α; J1 – intenzitet zračenja kada zračenje pada normalno
na površinu)
Intenzitet zračenja tokom dana je najveći u podne kada je Sunce najviše iznad horizonta
Izvori toplote za Zemljinu površinu i atmosferu
Vrste KT zračenja na površini Zemlje
Direktno zračenje
Difuzno zračenje
Globalno zračenje. Kada je nebo u potpunosti prekriveno oblacima globalno zračenje
se svodi na difuzno. Kada je nebo potpuno vedro globalno zračenje čine i direktno i
difuzno zračenje
Raspodela globalnog zračenja na Zemlji (1983-1990).
Januar
3-5
Jul