1

Atmosfera, sastav i fizička svojstvaMETEOROLOGIJA I OCEANOGRAFIJA – 2.N

2Atmosfera, 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

3Sastav 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

4Standardna atmosfera za φ = 45°

tlak 1013,25 hPa temperatura 15°C gustoća zraka 1,225 kg/m³ ubrzanje sile teže 9,80665 m/s²

5Zvukovne 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

6Toplinski 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

7Širenje 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 vođenjemu plinova vrlo malena – u atmosferi potrebno malo energije vode 26, leda 95 puta veća od zrakaturbulentnim strujanjem se vodljivost atmosfere povećava

Glavni izvor topline je Sunce

8Sunčevo 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 Suncaupadnog kuta sunčevih zrakatrajanja osunčanja (insolacija)

9Solarna 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

10Sunčev spektar

područja zračenja: ultraljubičasto 7% vidljivo 46% infracrveno7toplinsko 47%

11Valovi spektra

12Utjecaj 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

13Utjecaj 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

14Albedo

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!

15Zračenje 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

16

17Zagrijavanje 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

18Zagrijavanje/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

19Zagrijavanje/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

20Fizikalna 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

21Ravnotežna 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

22Temperaturne 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)

23Dnevne 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

24Dnevne 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

25Dnevne 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)

26Izoterme (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

27Vodena 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 (plinkruto)

pri isparavanju se troši energija, pri kondenzaciji se oslobađa (latentna toplina)

što je vlažnost zraka manja, isparavanje je veće i obrnuto

28Apsolutna 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

29Apsolutna 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 kondenzacijaventilacija kada je temperatura zraka u unutrašnjosti

viša od rosišta vanjskog zraka maksimum vlage ujutro i zimi, kod monsuna ljeti, u tropima

30Vidljivost (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

31Vidljivost

povremeno iznimno dobra vidljivost i preko 100M

procjena vidljivosti s broda ne dalekozorom! na osnovi okolnih objekata Wigandova sprava

raspršivanje (scattering) infracrvenog spektra

32Izvori

http://www.nobel.ba http://www.windows2universe.org/ http://

clasfaculty.ucdenver.edu/callen/1202/Climate/RadiationBal/NatRadBalance.html

http://www.hko.gov.hk/