Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00071 008302 20965872 na godz. na dobę w sumie
Atlas chmur i pogody - ebook/pdf
Atlas chmur i pogody - ebook/pdf
Autor: Liczba stron: 193
Wydawca: Wydawnictwo SBM Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-8059-442-5 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> poradniki >> zdrowie
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

Prezentowany atlas zawiera najważniejsze informacje dotyczące chmur – ich genezy, zjawisk im towarzyszących, a także wiadomości związane ze zjawiskami optycznymi oraz elektrycznymi występującymi w atmosferze. To doskonały przewodnik dla osób chcących zgłębić tajniki prognozowania pogody.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

PIOTR PIOTROWSKI KOMPENDIUM WIEDZY O ZJAWISKACH ATMOSFERYCZNYCH ATLAS CHMUR I POGODY tekst: dr Piotr Piotrowski Redakcja: Monika Wróbel korekta: Dominika Konior Projekt i opracowanie graficzne: Jacek Bronowski projekt okładki: Paweł Panczakiewicz Opracowanie okładki: Jacek Bronowski Zdjęcia na okładce: Front (od góry, od lewej): © Marzena, Michał i Jacek Bronowscy / www.foto-baza.pl (2 zdjęcia), © Patryk Kosmider | Shutterstock.com, © Marzena, Michał i Jacek Bronowscy / www.foto-baza.pl, © Datskevich Aleh | Shutterstock.com, © Korionov | Shutterstock.com (główne i grzbiet); tył: © Peter Wollinga | Shutterstock.com. Wydanie I © Copyright for text, cover and layout SBM sp. z o.o. Warszawa 2017 Wydawnictwo SBM Sp. z o.o. ul. Sułkowskiego 2/2 01-602 Warszawa ISBN 978-83-8059-442-5 Spis treści Wprowadzenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Pomiary i obserwacje meteorologiczne . . . 6 Skład i budowa atmosfery ziemskiej . . . . . 10 Chmury . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Burze i elektryczność w atmosferze . . . . . 88 Hydrometeory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Litometeory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Zjawiska optyczne w atmosferze . . . . . . 148 Prognozowanie pogody . . . . . . . . . . . . . 166 Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Indeks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Wprowadzenie Aktualny stan atmosfery, który możemy zaobser- wować, patrząc w niebo, lub też odczuć bezpo- średnio na własnej skórze, np. podczas silnego wiatru, upałów, mrozu, można w pewnym uprosz- czeniu zdefiniować jako pogodę. Wiele zjawisk pogodowych wywołuje w  nas skrajne odczucia. Burze i towarzyszące im wyładowania atmosfe- ryczne lub gęste chmury mogą budzić z  jednej strony zachwyt i podziw dla sił natury, a z drugiej – strach i panikę. Opady śniegu są dla jednych irytujące, bo zmuszają do odśnieżenia chodnika, dla innych to powód do radości, bo umożliwia wyjazd na narty czy ulepienie bałwana. Szron bywa utrapieniem, gdy trzeba zeskrobywać go z szyb samochodu, ale pokryte nim drzewa i krza- ki, skrzące się w promieniach porannego słońca, zachwycają. Różnorodny koloryt nieba podczas wschodu i  zachodu słońca, mgły ścielące się nad łąką, poranna rosa, przedzierające się przez chmury promienie słoneczne, błyskawice, grzmo- ty były i są natchnieniem dla artystów – malarzy, rzeźbiarzy, fotografów, poetów, a  to z  powodu naturalnego piękna, ulotności i niepowtarzalno- ści tych zjawisk. Do tych cudów należą przede wszystkim rozpościerające się nad naszymi gło- wami chmury, bezustannie zmieniające kształt i barwę. Oddziałują one nawet na nasze samopo- czucie – kiedy niebo jest całkowicie zaciągnięte chmurami, jesteśmy zmęczeni i wpadamy w me- lancholię, z kolei leniwie płynące po błękicie nie- ba białe obłoczki wprawiają nas w dobry humor. Pogoda bywa kapryśna i  nieprzewidywalna, a jej przejawy w formie groźnych zjawisk atmos- ferycznych destrukcyjne. Kaprysy pogody są czę- sto powodem spektakularnych zjawisk, takich jak potężne chmury burzowe, błyskawice, grzmoty, trąby powietrzne, wielobarwne tęcze, zamiecie i zawieje śnieżne. Wiele z nich niestety powoduje duże zniszczenia oraz straty materialne, a nawet zagraża życiu. Ich prognozowanie bywa trudne, ponieważ część gwałtownych zjawisk atmosfe- rycznych ma charakter lokalny. Ważną rolę od- Wyładowania atmosferyczne podczas burzy 4 WPROWADZENIE grywają służby meteorologiczne, które wydają ostrzeżenia przed groźnymi zjawiskami pogo- dowymi, dzięki czemu można ograniczyć straty i chronić ludzkie życie. Nie bez powodu modlono się do bogów o deszcz podczas suszy lub o sło- neczną pogodę w czasie powodzi. Wiele zjawisk od zawsze budziło grozę i strach. Gwałtowna pogoda i wahania klimatyczne de- cydowały nieraz o historii ludzkości. Przykładem są dobrze prosperujące cywilizacje rozwinięte kulturowo, które upadły w ich wyniku. Najznako- mitsi wodzowie historii, jak szwedzki król Karol XII czy Napoleon, ponieśli największe klęski w walce z... pogodą. Wielka armada hiszpańska zo- stała unicestwiona przede wszystkim przez silne sztormy, a nie siłę ognia wrogich statków. Choć rozwój techniki komputerowej i  me- tod pomiarowych jest obecnie zaawansowany, serie pomiarowe coraz dłuższe i  możliwe jest zbieranie danych w  niemal całej atmosferze, nadal nie da się przewidzieć pogody z  dużym wyprzedzeniem. Mimo znacznej wiedzy me- teorologicznej, naukowcy nie potrafią znaleźć odpowiedzi na wiele pytań. Nadal dyskusyjna jest np. rola chmur w kształtowaniu się warun- ków klimatycznych – z jednej strony zwiększają efekt cieplarniany, zatrzymując promieniowanie Impresja, wschód słońca Claude’a Moneta (1872) długofalowe Ziemi, z drugiej osłabiają promie- niowanie słoneczne, powodując słabsze ogrze- wanie powierzchni Ziemi. Prezentowana książka ma służyć poszerzeniu wiedzy na temat zjawisk atmosferycznych, ze szczególnym uwzględnieniem tematyki chmur. Jej lektura zachęci czytelnika do zwiększenia zainteresowania meteorologią i  synoptyką oraz do podjęcia próby rozpoznawania chmur, uważ- niejszego śledzenia zjawisk atmosferycznych, a nawet samodzielnego prognozowania pogody. Chmury są wskaźnikiem zmian zachodzących w atmosferze i dzięki temu to dobry prognostyk przyszłej pogody. Warto więc czasami skierować wzrok ku górze i spróbować odczytać, co niebo ma nam do powiedzenia. i Zasady pisowni zastosowane do opisu chmur w niniejszej publikacji oparte są na Międzynarodowym atlasie chmur wydanym przez Państwowy Instytut Hydrologiczno- -Meteorologiczny w 1959 roku w charakterze instrukcji i podręcznika dla służb meteorolo- gicznych zalecanego przez Światową Orga- nizację Meteorologiczną do rozpoznawania i opisu chmur. Zastosowana pisownia ma charakter języka technicznego i różni się od zalecanej przez Radę Języka Polskiego. 5 Pomiary i obserwacje meteorologiczne Pogoda od zarania ludzkości odgrywała istotną rolę w codziennym życiu człowieka. Jej obserwa- cja niejednokrotnie przyczyniała się do podjęcia istotnych decyzji. Istnieją np. hipotezy, że przyby- cie pierwszych ludzi do Australii było poprzedzo- ne obserwacjami widnokręgu, nad którym wi- dziano chmury charakterystyczne dla obszarów lądowych lub też dymy z pożarów wywołanych wyładowaniami atmosferycznymi. Praktyczne zastosowanie miały też obserwacje rocznych cykli zmian powiązanych z  wędrówkami zwie- rząt, na które polowali prehistoryczni myśliwi. Jednym z  najłatwiejszych do określenia para- metrów meteorologicznych jest kierunek wiatru, który można wyznaczyć np. na podstawie kie- runku nachylania się roślin. Umiejętność jego określania była z  pewnością wykorzystywana przez ludzi pierwotnych do podchodzenia zwie- rząt podczas polowania. Pojawianie się chmur burzowych na niebie było natomiast sygnałem do szukania schronienia. Cykliczne zmiany wa- runków opadowych decydowały o  miejscu po- wstawania pierwszych starożytnych cywilizacji. W większości przypadków osadnictwo rozwijało się w dolinach wielkich rzek, przeważnie w gór- nym ich biegu. Zakładanie stałych osad i pierw- szych miast było możliwe dzięki nabyciu umie- jętności uprawy roli i hodowli zwierząt. Wszelkie zaburzenia pogody mogły jednak powodować redukcję plonów lub ich zniszczenie, co w skraj- nych przypadkach prowadziło do klęski głodu. Powtarzające się na określonym obszarze przez wiele lat zmiany warunków pogodowych mia- ły charakter wahań, a  w  dłuższej perspektywie zmian klimatycznych. Wraz z przechodzeniem na osiadły tryb życia ludzie coraz więcej uwagi po- święcali pogodzie, gdyż od niej w głównej mie- rze zależała obfitość plonów decydująca o życiu lub śmierci. Wiedzę o pogodzie zdobywano dzię- ki obserwacjom zjawisk atmosferycznych. Praktyczna informacja o  wiatrach i  prądach morskich była niezbędna do żeglugi. Aby bez- piecznie podróżować, żeglarze musieli rozpo- znawać chmury sygnalizujące pogorszenie po- gody, wykorzystywać sprzyjające żegludze prądy morskie i  wiatry oraz dostosowywać terminy Drzewo sztandarowe – skutek długoletniego oddziaływania wiatru 6 POMIARY I OBSERWACJE METEOROLOGICZNE i Klimat mógł odgrywać istotną rolę w ewolucji człowieka. Jedna z hipotez za- kłada, że rozejście się dwóch linii ewolu- cyjnych: hominidów i  małp człekokształt- nych było efektem ochłodzenia i osuszenia klimatu. Skutkiem tego typu zmian były ekspansja obszarów trawiastych w miejsce lasów i zmuszenie małp człekokształtnych do używania kończyn dolnych do prze- mieszczania się. Ze wzrostem temperatury podłoża wiąże się natomiast zmniejszenie owłosienia ciała, którego pozbawiony był już w dużym stopniu homo erectus. rejsów do warunków pogodowych. W wielu nad- brzeżnych miastach greckich w  miejscach pu- blicznych stały kolumny z kamiennymi płytami, na których wyryte były informacje o  aktualnej pogodzie – parapegmamy. Dzięki zachowanym do naszych czasów ta- bliczkom glinianym z  Mezopotamii wiemy, że próbowano prognozować pogodę na podstawie Wieża wiatrów w Atenach obserwacji nieba i ciał niebieskich. Wiedzę o kli- macie, zdobytą dzięki dalekim podróżom oraz umiejętności wnikliwej obserwacji przyrody, przekazał grecki historyk Herodot. Aspekt bio- meteorologiczny mają spostrzeżenia Hipokra- tesa dotyczące korzystnego wpływu powietrza górskiego i morskiego na stan zdrowia. Prekursor współczesnej medycyny próbował logicznie tłu- maczyć takie zjawiska jak mgła, chmury i deszcz, opisywał również jakość powietrza na obsza- rach miejskich w zależności od kierunku wiatru. Ważnym dla meteorologii dziełem, które opisu- je w sposób kompleksowy ówczesną wiedzę na temat atmosfery i występujących w niej zjawisk, jest opracowanie Arystotelesa pt. Meteorologica. Autor opisał m.in. obieg wody w przyrodzie, cha- rakterystyczne cechy wiatrów wiejących z czte- rech głównych kierunków i  ośmiu pośrednich. Kontynuatorem jego badań był Teofrast z  Ere- sos, który opublikował traktat meteorologiczny O oznakach deszczu, wiatru, burzy i dobrej pogody. 7 POMIARY I OBSERWACJE METEOROLOGICZNE Około 50 r. p.n.e. wzniesiono w Atenach we- dług projektu Andronikosa z Kyrros ośmiokątną wieżę, która pełniła funkcję wiatrowskazu. Na każdej ze ścian wyrzeźbiono wizerunki ośmiu głównych greckich bogów wiatru. Pierwszą siecią stacji meteorologicznych prowadzącą pomiary i obserwacje według jed- nolitych zasad była florentyńska sieć meteoro- logiczna działająca od 1654 do 1667 r. i obej- mująca 11 stacji, w  tym jedną w  Warszawie. Większy zasięg miała mannheimska sieć mete- orologiczna utworzona w 1781 r. – jej 39 stacji znajdowało się nie tylko na obszarze Europy, ale nawet na Grenlandii. Funkcjonowanie sieci było możliwe dzięki wynalezieniu przyrządów mierzących parametry powietrza, takie jak tem- peratura, wilgotność czy ciśnienie atmosferycz- ne. Wiele z nich opatentowano w XIX w., m.in. psychrometr Augusta (do pomiaru wilgotności powietrza), pyrheliometr Ångströma (do po- miaru promieniowania słonecznego), baro- graf (do pomiaru ciśnienia atmosferycznego), deszczomierz Hellmanna (do pomiaru sumy opadu atmosferycznego). Dokonano też wie- lu istotnych odkryć na polu fizyki, które były impulsem do dalszego rozwoju badań mete- XIX-wieczna rycina przedstawiająca barometr Deszczomierz Hellmanna 8 POMIARY I OBSERWACJE METEOROLOGICZNE orologicznych. Odkryto m.in. promieniowanie podczerwone i  ultrafioletowe, wyjaśniono bu- dowę cząsteczki gazu, sformułowano równania hydrostatyki, prawa termodynamiki. Opracowa- no klasyfikację chmur i układów ciśnienia, mo- del ogólnej cyrkulacji atmosferycznej, opisano warunki niezbędne do kondensacji pary wod- nej, zbadano skład powietrza. XIX w. to rów- nież okres lawinowego rozwoju państwowych sieci meteorologicznych. Istotnym krokiem na drodze postępu meteorologii były opracowa- nia w  formie map danych meteorologicznych zebranych przez stacje. Pierwszą prognozę pogody w formie tabeli dla wybranych miast w  Stanach Zjednoczonych opublikowano 1 sierpnia 1861 r. w czasopiśmie „The Times”, a  pierwsza międzynarodowa konferencja me- teorologiczna odbyła się w 1853 r. w Brukseli. W 1873 r. w Wiedniu została powołana do ży- cia Międzynarodowa Organizacja Meteorolo- giczna, przemianowana w 1950 r. na Światową Organizację Meteorologiczną (WMO). Szybki rozwój nauki i  techniki w  XX  w., szczególnie po II wojnie światowej, umożliwił poszerzenie wiedzy o atmosferze. Pojawiły się nowe techni- ki badawcze, zaczęto zbierać dane meteorolo- giczne za pomocą m.in. balonowych radiosond, samolotów, sond rakietowych oraz satelitów meteorologicznych. Wysokogórskie Obserwatorium Meteorologiczne na Śnieżce Pierwsze państwowe sieci meteorologiczne na ziemiach polskich działały od początku XIX w. Dopiero po odzyskaniu niepodległości w 1919 r. powołano do życia dwie niezależne służby: me- teorologiczną i hydrologiczną. W 1973 r. połą- czono Państwowy Instytut Hydrologiczno-Me- teorologiczny z  Instytutem Gospodarki Wodnej i tak powstał Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW), który pod tą nazwą funkcjonuje do dziś. IMGW współpracuje ściśle z WMO, wy- mieniając się danymi, doświadczeniem i współ- pracując w ramach rozwoju nowoczesnych tech- nik pomiarowo-obserwacyjnych oraz zaawanso- wanych technik komputerowych służących roz- wojowi prognoz meteorologicznych. Widok na Ziemię z kosmosu 9 Skład i budowa atmosfery ziemskiej Dzięki sile grawitacji Ziemia utrzymuje stałą powłokę, która jest mieszaniną różnych gazów, zwaną powietrzem. Gazy atmosferyczne od- grywają ważną rolę w licznych procesach na- turalnych i chronią nas przed szkodliwym pro- mieniowaniem słonecznym oraz materią z ko- smosu. Tworzą także spektakularne zjawiska optyczne w  formie barwnych zórz polarnych w wyższych szerokościach geograficznych. Skład atmosfery ziemskiej Niektóre składniki atmosfery nie ulegają więk- szym zmianom ilościowym i są ze sobą dobrze wymieszane w  dolnej części atmosfery, mniej więcej do wysokości 85–100 km. Warstwę tę określa się jako homosferę. Zmianie ulega w niej jedynie zawartość pary wodnej, dwutlen- ku węgla, ozonu i aerozoli. Powyżej homosfery znajduje się warstwa zwana heterosferą, której skład nie jest jednorodny i  zmienia się wraz z wysokością. W powietrzu oprócz gazów znaj- dują się też cząstki stałe i krople cieczy, które określa się jako aerozole atmosferyczne. Ich ilość wraz ze wzrostem wysokości maleje. Peł- nią one ważną funkcję w procesie tworzenia się chmur i mgieł oraz wpływają na ilość dociera- jącej do powierzchni Ziemi energii słonecznej. Głównymi stałymi składnikami homosfery są azot (78,09 ) i  tlen (20,95 ), pozostałe to argon, hel, krypton, ksenon, neon, wodór. Większość składników atmosfery jest pocho- dzenia naturalnego, lecz dostaje się do niej coraz więcej elementów wynikających z dzia- łalności człowieka, np. dwutlenek węgla, dwu- tlenek siarki, podtlenek azotu, benzen, freony. 10 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ i Pierwsze informacje o warunkach me- teorologicznych i  składzie chemicznym po- wietrza ponad powierzchnią Ziemi uzyskano dzięki lotom balonowym. Pierwsze pomiary temperatury na wysokości około kilome- tra nad ziemią wykonał Jacques Charles w 1783 r. Kolejne odkrycia związane z lotami balonowymi pozwoliły określić skład powie- trza w troposferze i odkryć stratosferę. Azot Azot od początku istnienia atmosfery ziemskiej stanowił jej główny składnik. Odgrywa ważną rolę w życiu roślin, szczególnie w fazie wzrostu – jest przez nie pochłaniany i przetwarzany na białko. W  normalnych warunkach nie jest tok- syczny dla organizmu ludzkiego, jednak wzrost ciśnienia azotu do 1 MPa powoduje chorobę kesonową, która prowadzi do tworzenia się zatorów z  pęcherzyków azotu w  drobnych na- czyniach krwionośnych. Azot jest składnikiem podtlenku azotu (N2O) przyczyniającego się do wzrostu efektu cieplarnianego i  powstawania dziury ozonowej. Tlenki azotu uczestniczą po- nadto w  reakcjach chemicznych, których efek- tem jest powstanie ozonu troposferycznego będącego składnikiem smogu. Niektóre z tlen- ków azotu reagują z parą wodną, tworząc kwas Rycina balonu Jacques’a Charlesa (1784) 11 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ i Pierwszymi znanymi organizmami, któ- re dostarczały do atmosfery tlen w większych ilościach, były sinice – samożywne jedno- lub wielokomórkowe organizmy. Uważane są za bakterie (cyjanobakterie) mające zdolność do wytwarzania związków organicznych w  pro- cesie fotosyntezy dzięki chlorofilowi, który posiadają. Czasami sinice mogą być niebez- pieczne, szczególnie podczas masowego na- mnażania się w  wodzie, ze względu na wy- dzielane przez nie toksyny. Sinice są bardzo odporne na skrajne warunki środowiskowe; doskonale znoszą długotrwałe susze, wysoką temperaturę i silnie kwasowe podłoże – dzięki temu mogły przetrwać w ekstremalnych wa- runkach przeszło 3,5 mld lat. których metabolizm bazuje na tlenie, a co za tym idzie zwiększenie jego ilości w powietrzu. Bardzo ważnym skutkiem redukcji promienio- wania ultrafioletowego była kolonizacja przez organizmy żywe obszarów lądowych. azotowy, który może opadać z deszczem na po- wierzchnię Ziemi, przyczyniając się do zakwa- szenia gleby i wód. Głównymi źródłami tlenków azotu w atmosferze NO i NOX są gleby uprawne, gleby pochodzenia naturalnego, nawozy mine- ralne i naturalne, wyładowania atmosferyczne, spalanie biomasy i paliw kopalnych. Azot jest dla nas bardzo istotny, ponieważ oddychanie czystym tlenem przez dłuższy czas jest dla orga- nizmu ludzkiego niebezpieczne (może prowa- dzić m.in. do zmian nowotworowych), a  azot jest jego rozcieńczalnikiem. Tlen W  składzie pierwotnej atmosfery praktycznie nie było tlenu. W nikłej ilości powstawał tyl- ko w  reakcjach chemicznych o  charakterze nieożywionym. W  większej ilości zaczął się pojawiać w  powietrzu, dopiero gdy na Zie- mi pojawiły się organizmy żywe, które potra- fiły wytwarzać tlen w  procesie fotosyntezy. Z czasem ilość tlenu w atmosferze powoli zaczę- ła wzrastać. Większe ilości pojawiły się w atmos- ferze około 2,5–2,1 mld lat temu. Zawar- tość tlenu w powietrzu w porównaniu z  dzisiejszą była wówczas zniko- ma i  sięgała zaledwie ułamka procentu. Część dostarczanego przez rośliny tlenu prze- mieściła się ku wyższym warstwom atmosfery i na skutek oddziaływania promieniowania słonecz- nego przekształciła się w tlen atomowy i ozon stratosferyczny. Powsta- ła warstwa ozonu wraz z atomami tlenu i azotu pochłania szkodliwe dla organizmów żywych promie- niowanie ultrafioletowe. War- stwa ozonowa umożliwiła przy- śpieszenie rozwoju organizmów, Zawartość ozonu w atmosferze nad półkulą południową w jednostkach Dobsona (16.09.2013). Wyraźnie widoczna dziura ozonowa nad Antarktydą 12 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ Analiza pęcherzyków powietrza z rdzeni lo- dowych wykazała, że poziom tlenu w  ciągu ostatnich 800 tys. lat spadł o 0,7 . Nie jest to duży spadek, ale budzi pewien niepokój, po- nieważ jest stały. Przypuszcza się, że powolny ubytek tlenu jest efektem naturalnego utlenia- nia skał oraz zużycia tlenu w procesie spalania paliw kopalnych. Argon Argon jest gazem szlachetnym, bezwonnym i  bezbarwnym. Jego stosunkowo duży udział w  składzie atmosfery wynika z  tego, że jest bierny chemicznie i nie ma żadnego znaczenia biologicznego. Niewielkie ilości argonu po- wstają stale na Ziemi w wyniku przemian pro- mieniotwórczych. Para wodna Para wodna charakteryzuje się znaczną zmien- nością, jeśli chodzi o zawartość w powietrzu. Jej ilość zmienia się zgodnie z  cyklem parowania i opadów. W zależności od cech termiczno-wil- gotnościowych napływających mas powietrza ulega gwałtownemu wzrostowi lub spadkowi. Udział pary wodnej w powietrzu może dochodzić do 4 w wilgotnej strefie przyrównikowej, naj- mniej – ułamki dziesiętne procentu – jest jej nad gorącymi i lodowymi pustyniami. Charaktery- styczny jest szybszy niż w przypadku pozostałych Para wodna przedostaje się do atmosfery m.in. w wyniku parowania wód powierzchniowych składników powietrza ubytek wraz z wysokością; śladowe ilości obserwuje się jeszcze na wysoko- ści około 90 km. Para wodna przedostaje się do atmosfery w wyniku parowania wód powierzch- niowych, wilgotnego gruntu, pokrywy śnieżnej i  lodowej oraz wydzielania przez rośliny pary wodnej, dlatego jej największą zawartość notuje się w przypowierzchniowej warstwie atmosfery. Pewna ilość pochodzi też z parowania kropelek chmur, mgieł, opadów deszczu oraz sublimacji kryształków lodu znajdujących się w powietrzu. Para wodna jest gazem cieplarnianym, któ- ry odpowiada za temperaturę powietrza przy powierzchni Ziemi. Szacuje się, że może od- powiadać maksymalnie za około 60 efektu cieplarnianego. i Efekt cieplarniany to zjawisko pod- wyższenia temperatury planety powodo- wane obecnością w  atmosferze ziemskiej takich gazów jak para wodna, dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu, ozon, freony i  halony. Gazy te pochłaniają część promieniowania długofalowego po- wierzchni planety i  częściowo emitują je z powrotem ku powierzchni Ziemi, powo- dując jej ogrzanie. Podłoże jest głównym źródłem ciepła dla atmosfery, więc tempe- ratura powietrza wzrasta. Gdyby nie było efektu cieplarnianego, temperatura po- wietrza na Ziemi spadłaby o około 33°C. 13 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ i Dwutlenek węgla w  większej ilości jest szkodliwy dla człowieka, a  przy stęże- niu powyżej 30 powoduje natychmiastową śmierć. W  naturalnych warunkach wyższe stężenia pierwiastka powstają w  wyniku działalności wulkanicznej lub utleniania i fer- mentacji związków organicznych. W  latach 80. XX w. w pobliżu jezior Monoun oraz Nyos w Kamerunie doszło do tragicznych katastrof ekologicznych – z  dna zbiorników uwolniły się duże ilości dwutlenku węgla, który roz- przestrzenił się w pobliskich dolinach. W ob- rębie jeziora Nyos zginęło około 1746 osób i tysiące zwierząt. Oba jeziora mają pocho- dzenie wulkaniczne. Przy ich dnie doszło do silnego nasycenia wody dwutlenkiem węgla pochodzącym z  wnętrza skorupy ziemskiej i jego uwolnienia wywołanego prawdopo- dobnie wstrząsem sejsmicznym. rach lądowych dwutlenek węgla jest usuwany z powietrza w procesach wietrzenia niektórych skał, np. bazaltów. Jest to gaz cieplarniany, który przyczynia się do obserwowanego wzrostu globalnej tempe- ratury powietrza. Zawartość dwutlenku węgla w powietrzu wzrosła od 1832 r. o około 41 . Dwutlenek węgla Zawartość dwutlenku węgla w powietrzu jest zmienna, przeciętnie wynosi 0,004 objętości powietrza. Jest to gaz bezbarwny, bezwonny, niepalny, około półtora raza cięższy od po- wietrza i dobrze rozpuszczający się w wodzie. Głównym źródłem dwutlenku w  atmosferze są: rozkład materii organicznej w warunkach tlenowych przez grzyby i bakterie, oddychanie organizmów żywych, emisja wulkaniczna, pa- rowanie dwutlenku węgla z powierzchni wody, spalanie paliw kopalnych i materii organicznej, produkcja cementu. Dwutlenek węgla jest usu- wany z atmosfery w różnorodnych naturalnych procesach. Zawarty w nim węgiel jest istotnym składnikiem materii organicznej, pobierany z powietrza przez rośliny żyjące w wodzie i na lądzie. Oszacowano, że w Polsce lasy mogą za- absorbować około 40 mln t CO2, niestety jed- nak nie są w stanie pochłonąć całej jego ilo- ści emitowanej ze źródeł antropogenicznych, czyli pochodzących z  działalności człowieka. Ze względu na swoje właściwości fizyczne łatwo rozpuszcza się w  znacznych ilościach w chłodnych wodach oceanicznych. Na obsza- Dymy nad przemysłowym miastem 14 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ Metan Zawartość metanu w  atmosferze jest niewiel- ka, wzrosła jednak przeszło dwukrotnie w ciągu ostatnich dwustu lat. Metan jest potencjalnie niebezpieczny, ponieważ jest gazem łatwopal- nym. Ma też wpływ na efekt cieplarniany. Jego zwiększone stężenie w  powietrzu występuje często na obszarach podmokłych, ponieważ powstaje przez rozkład roślinnych szczątków w warunkach beztlenowych, jest też emitowany przez wulkany i potrafią go wytwarzać termity. W  ostatnich latach zwiększone ilości metanu wydostają się z topniejącej wskutek ocieplenia wiecznej zmarzliny. Duże ilości metanu są rów- nież uwięzione na dnie oceanów w formie kry- stalicznej substancji zwanej klatratem metanu. Szacuje się, że jego pokłady zawierają trzy tysią- ce razy więcej metanu niż jest go w atmosferze ziemskiej. Ich potencjalny rozpad na większą skalę mógłby spowodować globalną katastrofę klimatyczną. Metan przedostaje się do powie- trza również w  wyniku działalności rolniczej człowieka (obornik, pola ryżowe), z  wysypisk śmieci i spalania biomasy. Aerozole Aerozole atmosferyczne mogą być pochodze- nia naturalnego i sztucznego. Główne aerozole naturalne to kryształki soli morskiej, drobne cząstki gleby i zwietrzałych skał, pyły z poża- rów lasów, pyły wulkaniczne, mikroorganizmy, pyłki roślinne. Bardzo duża ilość cząstek aero- zolu występuje na obszarach silnie zurbanizo- wanych, pochodzą głównie z procesów spala- nia, wywiewania przez wiatr drobnych cząstek ze składowisk odpadów przemysłowych, dróg, budów. Część z nich bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie i wchodzi w reakcje prowadzące do powstawania smogu. Szczególnie niebez- pieczne dla zdrowia są aerozole zawierające metale ciężkie (ołów, arsen, kadm, rtęć, nikiel). Wnikają one do gleby poprzez wypłukiwane z powietrza podczas opadów atmosferycznych, a  następnie mogą być pochłaniane przez ko- rzenie roślin. Część aerozoli pochodzi z kosmo- su – są to pozostałości procesu spalania i roz- drabniania meteorów w atmosferze. 15 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ Warstwy atmosfery ziemskiej Ze względu na oddziaływanie podłoża na at- mosferę rozróżnia się warstwę swobodną, w  której interakcja ta nie zachodzi, oraz gra- niczną. Warstwa graniczna sięga od powierzch- ni Ziemi do wysokości około kilometra. Dopływ energii słonecznej i wypromieniowywanie cie- pła przez podłoże wpływają na temperaturę powietrza tego obszaru. Silnemu nagrzewaniu się podłoża i powietrza sprzyja m.in. zabudo- wa wielkomiejska. W  obrębie atmosferycznej warstwy granicznej występuje jeszcze warstwa przypowierzchniowa (przyziemna) o  zasięgu około 50–100 m nad podłożem, w której wa- runki wietrzne, termiczne i  wilgotnościowe znacząco zmieniają się w krótkim czasie. Kategoryzacja warstw atmosfery ziem- skiej powstała w  wyniku zaobserwowanej zmiany temperatury powietrza wraz z  wyso- kością. Warstwa bezpośrednio przylegająca do powierzchni Ziemi to troposfera, nad nią znajdują się kolejno: stratosfera, mezosfera, termosfera i  egzosfera. Poszczególne war- stwy oddzielone są od siebie około jedno-, dwukilometrowymi obszarami przejściowymi. W obrębie stratosfery wyróżnia się dodatkowo ozonosferę, a w obrębie egzosfery – jonosferę. Troposfera Pierwszy człon nazwy troposfery wywodzi się z  greckiego słowa tropos, czyli zwrot, ob- rót. Warstwa ta cechuje się dużą zmiennością czasowo-przestrzenną poszczególnych para- km 700 500 300 200 100 80 60 40 30 20 10 0 a r e f s o m r e T a r e f s o n o J a r e f s o z e M a r e f s o t a r t S a r e f s o p o r T 16 Schemat budowy pionowej atmosfery ziemskiej Przewaga jonów ujemnych Wykres temperatury Zorze polarne Przewaga jonów dodatnich Warstwa ozonowa Mezopauza Stratopauza Tropopauza Chmury -50 0 100 200 300 c 400 SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ Zdecydowana większość chmur tworzy się w troposferze i Pierwsze naukowe informacje o  prą- dach strumieniowych zostały opublikowane w  1926  r. przez japońskiego meteorologa Wasabura Ooishiego. W czasie II wojny świa- towej dowództwo armii japońskiej postano- wiło wykorzystać tę wiedzę do ataków balo- nowych na Stany Zjednoczone. Wypuszczono ponad dziewięć tysięcy balonów wodorowych z podwieszonymi bombami, jednak tylko nie- liczne dotarły nad Amerykę Północną. Spa- dały zazwyczaj na obszary słabo zaludnione, nie wyrządzając większych szkód. Obecnie prądy strumieniowe są wykorzystywane przez lotnictwo do skrócenia czasu przelotu i zmniej- szenia zużycia paliwa. W troposferze znajduje się około 4/5 masy at- mosfery i większość wody w atmosferze – około 99 . Zachodzą w niej nieustanne zmiany stanu fazowego wody, które wpływają na obieg wody w  przyrodzie. Najwięcej pary wodnej znajduje się w przypowierzchniowej warstwie troposfery, wraz z wysokością jej ilość maleje. metrów meteorologicznych (temperatury po- wietrza, prędkości i  kierunku wiatru, ciśnienia atmosferycznego, wilgotności powietrza) oraz zjawisk atmosferycznych (np. mgły, opadów atmosferycznych, osadów atmosferycznych, trąb powietrznych). Chwilowy stan atmosfery w danym miejscu określony na podstawie pa- rametrów meteorologicznych i  występujących w atmosferze w danym momencie zjawisk de- finiuje pojęcie pogody. To właśnie w troposfe- rze zachodzą najistotniejsze procesy fizyczne kształtujące pogodę, a w dłuższej perspektywie – klimat. Wysokość tropopauzy, czyli górnej granicy troposfery, nie jest stała i zmienia się w zależ- ności od szerokości geograficznej oraz pory roku (w  ciepłej połowie roku jest większa niż w  chłodnej). W  badaniach klimatycznych do- tyczących ocieplenia klimatu na kuli ziemskiej wysokość tropopauzy jest wykorzystywana jako wskaźnik ocieplenia troposfery. Im wyżej znaj- duje się tropopauza, tym temperatura powietrza w troposferze jest wyższa. Japońska bomba balonowa nad Kalifornią w 1945 r. 17 Temperatura powietrza maleje z wysokością przeciętnie o około 0,65°C na każde 100 m wy- sokości. Spadek ten nieco zwiększa się w górnej części troposfery do około 0,7–0,8°C na 100 m. Najniższą temperaturę powietrza notuje się nad równikiem na granicy z tropopauzą – od -80 do -70°C. Istotnymi źródłami ciepła dla troposfery są procesy zmiany stanu fazowego pary wodnej. Efektem procesu jej kondensacji jest powstanie chmur i mgieł oraz dostarczenie dodatkowej ilo- ści ciepła troposferze. Wraz z  wysokością zmniejsza się w  tropos- ferze ciśnienie atmosferyczne. Zmiana ta naj- szybciej przebiega w jej dolnej części. W górnej części troposfery występują wiatry, tzw. prądy strumieniowe, których prędkość przekracza 300, a nawet 400 km na godzinę. Największe prędkości osiągają w porze zimowej – wystę- pują wtedy najsilniejsze kontrasty termiczne pomiędzy masami powietrza. Przepływ powie- SKŁAD I BUDOWA ATMOSFERY ZIEMSKIEJ trza w  prądach strumieniowych skierowany jest z zachodu na wschód. Na obu półkulach występują dwa główne prądy strumieniowe, polarny (większy) i podzwrotnikowy (mniejszy). Mogą one tworzyć zafalowania wokół całego globu o  mniejszej lub większej amplitudzie. Stopień zafalowania ma wpływ na kierunek przemieszczania się mas powietrza oraz lokali- zację układów barycznych. Prądy strumieniowe nie zawsze tworzą zamknięty krąg wokół Zie- mi. W  przypadku zmniejszania się prędkości przepływu powietrza na niektórych obszarach prąd strumieniowy występuje w  formie poje- dynczych przerywanych pasm. W  tropopauzie temperatura nie spada wraz z wysokością, czasami może nieznacznie wzra- stać. Skutkiem takiego rozkładu pionowego temperatury powietrza jest hamowanie ruchów pionowych. Widocz nym na niebie tego prze- jawem jest spłaszczona górna część chmury Cumu lonimbus, która z racji swojego wyglądu jest nazywana kowadłem. Chmura Cumulonimbus z charakterystycznym kowadłem 18
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Atlas chmur i pogody
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: