Transcript 3b. Atmosfera, sastav i fizicka svojstva

1
Atmosfera, sastav i
fizička svojstva
METEOROLOGIJA I OCEANOGRAFIJA – 2.N
Atmosfera, sastav i fizička svojstva
2

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
3

Dušik – 78%

Kisik – 21%

Argon – 1%

Ugljik-dioksid – 0,03%

Vodik – 0,001%

Ozon – 0,000003%
 razmjerna

U troposferi do 4%
vodene pare
 obrnuto

gustoća zraka
 masa
svih plinova u jedinici
obujma
 koliko
je puta litra zraka
lakša od istog obujma vode
na +4°C
tlaku zraka
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
4
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
5
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
6
Širenje topline
7

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
sunčev
 energija

energija (ovisi o aktivnosti Sunca)
vjetar, beznačajna
elektromagnetskog zračenja
Sunčevo zračenje
 mijenja
se tokom dana i godine i zavisi od:
udaljenosti
upadnog
trajanja
Sunca
kuta sunčevih zraka
osunčanja (insolacija)
8
Solarna konstanta

9
standardna mjera sunčeva zračenja
 tok
u
(gustoća) sunčeva zračenja na gornjoj granici atmosfere
jednoj minuti
 na
1 cm² plohe okomite na Sunčeve zrake
 na
srednjoj udaljenosti Sunca od zemlje
 1371
J/m²min
Sunčev spektar

10
područja zračenja:
 ultraljubičasto
 vidljivo
7%
46%
 infracrveno7toplinsko
47%
Valovi spektra
11
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

12
Utjecaj atmosfere na Sunčevo
zračenje
13

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
Albedo
14

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
15
16
Zagrijavanje Zemlje i atmosfere
17

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,
 danju
mrko lakše se grije
brže zagrijava, noću brže hlaid
Zagrijavanje/hlađenje voda/mora
18

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
 uzrok
19
na ekvatoru, nema je gdje je snijeg i led
stvaranja oblaka

turbulencija – vrtložno strujanje

advekcija – vodoravno prenošenje topline između površinskih
dijelova Zemlje
Fizikalna stanja atmosfere







20
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
21

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
22

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
23

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
24

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 1516 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)
25
Izoterme (str. 28)
26

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
27
Apsolutna i relativna vlažnost zraka





28
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

29
Rosište – temperatura zraka pri kojoj počinje kondenzacija
vodene pare
 ako
je rel.vlažnost 100% temperatura zraka odgovara rosištu
 rosište
niže od temperature zraka
 važnost
kad
za brodska skladišta
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)
30

najveća vodoravna daljina do koje motritelj normalna vida
neki predmet razabire toliko da ga može raspoznati pri
normalnom danjem svjetlu

ovisi o:
 prozirnosti/mutnoći
 (vodena
para je prozirna i ne smeta!!!)
 osvijetljenosti
 vodene
zraka (kapljice, čvrste čestice, dim)
(bolja od Sunca i prema Mjesecu)
kapljice u zraku – magla
Vidljivost
31

povremeno iznimno dobra
vidljivost i preko 100M

procjena vidljivosti s broda
 ne
dalekozorom!
 na
osnovi okolnih objekata
 Wigandova
sprava
raspršivanje
(scattering)
infracrvenog spektra
Izvori
32

http://www.nobel.ba

http://www.windows2universe.org/

http://clasfaculty.ucdenver.edu/callen/1202/Climate/Radiatio
nBal/NatRadBalance.html

http://www.hko.gov.hk/