Atmosfera, sastav i fizička svojstva

1. Atmosfera, sastav i fizička svojstva Meteorologija i oceanografija – 2.n

2. Atmosfera, sastav i fizička svojstva • 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

3. Sastav i gustoća zraka • Dušik – 78% • Kisik – 21% • Argon – 1% • Ugljik-dioksid – 0,03% • Vodik – 0,001% • Ozon – 0,000003% • U troposferi do 4% vodene pare • gustoća zraka • masa svih plinova u jedinici obujma • koliko je puta litra zraka lakša od istog obujma vode na +4°C • razmjerna tlaku zraka • obrnuto razmjerna temperaturi zraka • vlažni zrak lakši od suhoga

4. 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

5. 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

6. 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

7. Širenje topline • 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

8. Sunčevo zračenje • na Zemlju stiže dvomilijarditi dio Sunčeve energije • korpuskularna energija (ovisi o aktivnosti Sunca) • sunčev vjetar, beznačajna • energija elektromagnetskog zračenja • Sunčevo zračenje • mijenja se tokom dana i godine i zavisi od: • udaljenosti Sunca • upadnog kuta sunčevih zraka • trajanja osunčanja (insolacija)

9. Solarna konstanta • standardna mjera sunčeva zračenja • tok (gustoća) sunčeva zračenja na gornjoj granici atmosfere • u jednoj minuti • na 1 cm² plohe okomite na Sunčeve zrake • na srednjoj udaljenosti Sunca od zemlje • 1371 J/m²min

10. Sunčev spektar • područja zračenja: • ultraljubičasto 7% • vidljivo 46% • infracrveno7toplinsko 47%

11. Valovi spektra

12. 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

13. Utjecaj atmosfere na Sunčevo zračenje • 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

14. Albedo • 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!

15. 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

17. Zagrijavanje Zemlje i atmosfere • 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, mrko lakše se grije • danju brže zagrijava, noću brže hlaid

18. Zagrijavanje/hlađenje voda/mora • 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

19. Zagrijavanje/hlađenje zraka • preko zemaljske površine – ovisi o stanju podloge! • zagrijavanjem odozdo nastaju uzlazne i silazne struje  konvektivno strujanje – konvekcija: • najjača na ekvatoru, nema je gdje je snijeg i led • uzrok stvaranja oblaka • turbulencija – vrtložno strujanje • advekcija – vodoravno prenošenje topline između površinskih dijelova Zemlje

20. Fizikalna stanja atmosfere • 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

21. Ravnotežna stanja atmosfere • Stabilna ravnoteža – vertikalni temperaturni gradijent manji od adijabatskog • Labilna ravnoteža – vertikalni temperaturni gradijent veći od adijabatskog • Indiferentna ravnoteža – vertikalni temperaturni gradijent jednak adijabatskom

22. Temperaturne promjene • 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)

23. Dnevne i godišnje promjene površinske temperature tla • 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

24. Dnevne i godišnje promjene površinske temperature mora • 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 15-16 sati • max. temp. u kolovozu-rujnu, minimalna u veljači-ožujku

25. 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)

26. Izoterme (str. 28) • 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

27. 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

28. Apsolutna i relativna vlažnost zraka • 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

29. Apsolutna i relativna vlažnost zraka • Rosište – temperatura zraka pri kojoj počinje kondenzacija vodene pare • ako je rel.vlažnost 100% temperatura zraka odgovara rosištu • rosište niže od temperature zraka • važnost za brodska skladišta • kad 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

30. Vidljivost (str. 11) • najveća vodoravna daljina do koje motritelj normalna vida neki predmet razabire toliko da ga može raspoznati pri normalnom danjem svjetlu • ovisi o: • prozirnosti/mutnoći zraka (kapljice, čvrste čestice, dim) • (vodena para je prozirna i ne smeta!!!) • osvijetljenosti (bolja od Sunca i prema Mjesecu) • vodene kapljice u zraku – magla

31. Vidljivost • povremeno iznimno dobra vidljivost i preko 100M • procjena vidljivosti s broda • ne dalekozorom! • na osnovi okolnih objekata • Wigandova sprava • raspršivanje (scattering) infracrvenog spektra

32. Izvori • http://www.nobel.ba • http://www.windows2universe.org/ • http://clasfaculty.ucdenver.edu/callen/1202/Climate/RadiationBal/NatRadBalance.html • http://www.hko.gov.hk/