Efekt cieplarniany i atmosfera Ziemi – budowa, warstwy, cyrkulacja i klimat

Efekt cieplarniany to zjawisko polegające na zatrzymywaniu ciepła w atmosferze Ziemi przez gazy cieplarniane. Dzięki temu temperatura na Ziemi jest odpowiednia do życia.

Znaczenie atmosfery

• Warunkuje istnienie życia na Ziemi.
• Chroni przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym.
• Chroni przed meteoroidami.
• Chroni przed nadmiernym wypromieniowaniem ciepła.
• Wpływa na procesy kształtujące krajobraz.

Warstwy atmosfery

Troposfera sięga do ok. 8 km przy biegunach i ponad 16 km w strefie międzyzwrotnikowej. Jej górna granica zależy od temperatury powietrza i ruchu obrotowego Ziemi. W tej warstwie zachodzą zjawiska pogodowe – powstają chmury, opady i odbywa się krążenie wody. Wraz z wysokością spada temperatura (ok. 0,6°C/100 m) i ciśnienie (ok. 11,5 hPa/100 m).

Stratosfera ma słabe pionowe ruchy powietrza. W jej dolnej części (do ok. 35 km) temperatura wynosi ok. –60°C, a wyżej rośnie do ok. 0°C dzięki pochłanianiu promieniowania UV przez ozon. Warstwa ozonowa znajduje się na wysokości 15–50 km, a największe stężenie ozonu jest na 20–35 km.

Magnetosfera – obszar wokół Ziemi chroniony polem magnetycznym przed wiatrem słonecznym.

Zorza polarna – zjawisko świetlne zachodzące w górnych warstwach atmosfery.

Promieniowanie słoneczne

Promieniowanie bezpośrednie, gdy światło słoneczne pada bezpośrednio na powierzchnię terenu, oraz promieniowanie rozproszone, gdy światło słoneczne zmienia kierunek na cząsteczkach aerozoli, gazów lub na kropelkach wody.

Czynniki wpływające na temperaturę

• Szerokość geograficzna – im bliżej równika, tym wyższa temperatura.
• Wysokość n.p.m. – im wyżej, tym chłodniej (ok. 0,6°C na 100 m).
• Rzeźba terenu – góry i nachylenie stoków wpływają na ilość słońca i temperaturę.
• Prądy morskie – ciepłe ocieplają wybrzeża, zimne je ochładzają.
• Pokrycie terenu – różne powierzchnie różnie nagrzewają się i oddają ciepło.
• Cyrkulacja atmosferyczna – przemieszczanie mas powietrza przenosi ciepło lub chłód.
• Odległość od mórz i oceanów – przy wodzie temperatury są łagodniejsze, w głębi lądu większe różnice.

Zmiany temperatury powietrza wraz z wysokością

• Gradient termiczny – spadek temperatury powietrza wraz ze wzrostem wysokości.
• Gradient suchoadiabatyczny – spadek temperatury w unoszącym się suchym powietrzu (ok. 1°C na 100 m).
• Gradient wilgotnoadiabatyczny – spadek temperatury w unoszącym się wilgotnym powietrzu, wolniejszy niż w suchym (ok. 0,5–0,6°C na 100 m).

Czym jest ciśnienie atmosferyczne?

Ciśnienie atmosferyczne (baryczne) – siła, z jaką powietrze naciska na powierzchnię Ziemi. Mierzy się je w hektopaskalach (hPa). Za normalną wartość ciśnienia atmosferycznego przyjmuje się 1013,25 hPa.

Niż baryczny (cyklon) – układ zamkniętych izobar, w którym ciśnienie atmosferyczne maleje w kierunku środka. W centrum układu wartość ciśnienia jest najniższa. Ciepłe powietrze unosi się i ochładza, pojawiają się chmury i mogą wystąpić opady. Siła nacisku słupa powietrza się zmniejsza, powstaje obszar obniżonego ciśnienia.

Wyż baryczny (antycyklon) – układ zamkniętych izobar, w którym ciśnienie atmosferyczne wzrasta w kierunku środka. Najwyższą wartość osiąga w centrum układu. Chłodne powietrze opada i się ogrzewa, brak zachmurzenia i opadów. Siła nacisku słupa powietrza się zwiększa, powstaje obszar podwyższonego ciśnienia.

Globalna cyrkulacja atmosfery

• Komórka polarna rozciąga się od około 60° szerokości geograficznej do bieguna.
• Komórka Ferrela tworzy się w przybliżeniu między 30° a 60° szerokości geograficznej.
• Komórka Hadleya występuje między równikiem a zwrotnikami.

Cyrkulacja powietrza w strefie międzyzwrotnikowej:

Najwięcej energii słonecznej dociera w okolice równika, gdzie powstaje niż i obfite opady zenitalne. Nad zwrotnikami tworzą się suche i gorące wyże. Wiatry stałe – pasaty – wieją ku równikowi i przez siłę Coriolisa są odchylane: na półkuli północnej z północnego wschodu, a na południowej z południowego wschodu.

• Monsun letni – wiatr wiejący z oceanu na ląd, przynosi wilgotne powietrze i obfite opady.
• Monsun zimowy – wiatr wiejący z lądu na ocean, przynosi suche powietrze i małe opady.

Czynniki wpływające na rozkład opadów

• cyrkulacja atmosferyczna
• wysokość nad poziomem morza
• ukształtowanie powierzchni
• odległość od mórz i oceanów
• prądy morskie
• pokrycie terenu

Powstawanie opadów atmosferycznych

• Opad orograficzny – powstaje w wyniku podnoszenia się, ochładzania i skraplania powietrza nad wzniesieniami.
• Opad konwekcyjny – w wyniku ogrzewania danego obszaru następuje parowanie powietrza i powstaje tzw. konwekcja wznosząca (pionowy ruch powietrza do góry). Wznoszące się powietrze ochładza się i skrapla. Opady tego typu nazywamy deszczami zenitalnymi, występują niemal codziennie na równiku.
• Opad frontalny – występuje na granicy powietrza ciepłego i zimnego, zwanej frontem atmosferycznym.

Rozmieszczenie opadów na kuli ziemskiej

• cyrkulacja atmosferyczna
• rzeźba terenu
• odległość od morza i oceanu
• prądy morskie
• pokrycie terenu

Fronty atmosferyczne

• Front chłodny – tworzy się wtedy, gdy chłodne masy powietrza napływają nad teren, gdzie powietrze jest cieplejsze.
• Front ciepły – tworzy się wtedy, gdy ciepłe masy powietrza napływają nad teren, gdzie powietrze jest chłodniejsze.
• Front zokludowany – powstaje, gdy przemieszczający się szybciej front chłodny dogoni front ciepły.

Elementy pogody

• temperatura powietrza
• ciśnienie atmosferyczne
• wiatr
• wilgotność powietrza
• zachmurzenie
• opady i osady atmosferyczne

Synoptyka

Dział meteorologii zajmujący się badaniem i prognozowaniem pogody na podstawie obserwacji atmosfery.

Mapa synoptyczna – mapa pogody, na której przedstawia się m.in. ciśnienie, fronty atmosferyczne, wyże i niże oraz kierunki wiatrów.

Klimat

Klimat to układ warunków pogodowych o typowej zmienności w ciągu roku.

Rola czynników klimatycznych niemeteorologicznych

• Szerokość geograficzna – wpływa na ilość energii słonecznej docierającej do Ziemi.
• Rozmieszczenie lądów i mórz – morza łagodzą klimat, a lądy powodują większe różnice temperatur.
• Prądy morskie – ciepłe ocieplają klimat, a zimne go ochładzają.
• Wysokość nad poziomem morza – im wyżej, tym niższa temperatura.

Główne strefy klimatyczne

• równikowa
• zwrotnikowa
• podzwrotnikowa
• umiarkowana – morski, przejściowy, kontynentalny
• okołobiegunowa