ELEMENTY GEOFIZYKI. Atmosfera W. D. ebski

Transkrypt

1 ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera W. D ebski debski@igf.edu.pl

2 Plan wykładu z geofizyki - (Atmosfera) 1. Fizyka atmosfery: struktura atmosfery skład chemiczny atmosfery meteorologia - chmury atmosfera a kosmos (zorze polarne) fale elektromagnetyczne atmosfera a klimat ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 1

3 Atmosfera Ziemi Atmosfera to cienka otoczka gazowa otaczajaca Ziemie. Cecha atmosfery jest nieustanna zmienność w czasie i przestrzeni jej parametrów fizycznych. Zjawiska i procesy wystepujace w atmosferze dokonuja sie pod wpływem promieniowania słonecznego oraz charakteru powierzchni Ziemi. (IMGW) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 2

4 Atmosfera Ziemi ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 3

5 Atmosfera Ziemi - własności grubość atmosfery: masa atmosfery: skład chemiczny: 100 km (R z = 6370 km) 10 5 t azot 78% tlen 21 % argon 1% CO % H 2 O 0-4 % (poziom morza) Skład atmosfery (cz eści stałej) nie zmienia si e do wysokości około 80 km. ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 4

6 Atmosfera Ziemi - struktura ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 5

7 Budowa atmosfery ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 6

8 Budowa atmosfery ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 7

9 Równowaga hydrostatyczna ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 8

10 Równowaga hydrostatyczna ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 9

11 Równowaga hydrostatyczna ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 10

12 Chmury - rodzaje ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 11

13 Chmury - tworzenie konwekcja adwekcja rzeźba terenu Front atmosferyczny - strefa kontaktu różnych mas powietrza ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 12

14 Chmury (konwekcja) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 13

15 Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 14

16 Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 15

17 Gazy i areosole Miejsce pomiaru Koncentracja (czasteczek / cm3) (IMGW) średnia minimalna maksymalna Ocean Lad: do 2 km n.p.m ,5-1 km n.p.m obszar wiejski miasto duże miasto ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 16

18 Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 17

19 Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 18

20 Powstawanie ozonu ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 19

21 Dziura ozonowa ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 20

22 Dziura ozonowa ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 21

23 Ozon - COG Belsk ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 22

24 Jonosfera ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 23

25 Zorze polarne ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 24

26 Obserwacje satelitarne (POES) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 25

27 Promieniowanie kosmiczne ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 26

28 Fale EM w atmosferze ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 27

29 Fale EM w atmosferze - podstawy E B t = 0 H = j + D t D = 4πρ + j B = 0 B = µ( r, t) H D = ɛ( r, t) E ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 28

30 Przybliżenie - front falowy ( T ( T ( T ) 2 = 1 ) 2 + ) 2 + x y z V 2 ( r) T - czas propagacji frontu falowego V - pr edkość fal EM (V = 1/ ɛµ ) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 29

31 Propagacja fal - symulacje ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 30

32 Przybliżenie - promienie ( 1 ) ( 1 ) d d x = ds v( x) ds v( x) s - odległość wzdłóż promienia V - pr edkość fal ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 31

33 Propagacja fal - promienie (II) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 32

34 Dyfrakcja (I) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 33

35 Dyfrakcja (II) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 34

36 Dyfrakcja (Front Falowy) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 35

37 Dyfrakcja (promienie) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 36

38 Odbicie fal (Front Falowy) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 37

39 Odbicie fal (Promienie) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 38

40 Fale EM w atmosferze ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 39

41 Fale EM w atmosferze - pochłanianie ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 40

42 Wyładowania elektryczne ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 41

43 Globalny obwód elektryczny Przewodnictwo elektryczne: Ω 1 cm 1 (poziom Ziemi) Gestość pradu piomowego: A/m 2 Nat eżenie pola elektrycznego: V/m Różnica potencjałów 0-50 km: V ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 42

44 Dlaczego niebo jest... niebieskie Kolor nieba wyznaczony jest przez widmo światła słonecznego rozproszonego na składnikach (gazach i areozolach) atmosfery. Gdyby promieniowanie to nie ulegało rozpraszeniu, to niebo byłoby czarne i w dzień moglibyśmy ogladać gwiazdy, bowiem fale elektromagnetyczne nie interferuja ze soba i w każdej chwili oprócz światła słonecznego dociera do nas światło od wszystkich gwiazd bed acych ponad horyzontem. W dzień nie widzimy gwiazd bo intensywność ich świecenia jest mniejsza niż intensywność rozproszonego światła rozproszonego. Rozpraszanie światła słonecznego na czastkach gazu opisuje wzrór Rayleigha. ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 43

45 Dlaczego niebo jest... niebieskie Założenia: rozproszanie na małych obiektach ( d << λ). Rozpraszanie nastepuje w wyniku pobudzenia do drgań czastki naładowanej, która w efekcie wypromieniowuje fale EM (jak antena dipolowa) z intensywnościa zależna od kierunku wzgledem dipola. Intensywność światła rozproszonego na kulistym dyfraktorze: I = I 0 (1 + cos 2 θ) 2R 2 ( 2π λ ) 4 ( n 2 ) 2 ( ) 6 1 d n ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 44

46 Obieg wody i klimat ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 45

47 Bilans energetyczny ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 46

48 Bilans energetyczny ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 47

49 Zmiany temperatury ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 48

50 Temperatura - rekonstrukcja ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 49

51 Koniec ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 50