ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera W. D ebski debski@igf.edu.pl
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
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
Atmosfera Ziemi ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 3
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 2 0.03 % 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
Atmosfera Ziemi - struktura ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 5
Budowa atmosfery ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 6
Budowa atmosfery ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 7
Równowaga hydrostatyczna ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 8
Równowaga hydrostatyczna ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 9
Równowaga hydrostatyczna ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 10
Chmury - rodzaje ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 11
Chmury - tworzenie konwekcja adwekcja rzeźba terenu Front atmosferyczny - strefa kontaktu różnych mas powietrza ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 12
Chmury (konwekcja) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 13
Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 14
Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 15
Gazy i areosole Miejsce pomiaru Koncentracja (czasteczek / cm3) (IMGW) średnia minimalna maksymalna Ocean 940 2 39 800 Lad: do 2 km n.p.m. 950 6 27 000 0,5-1 km n.p.m. 6 000 30 155 000 obszar wiejski 9 500 180 336 000 miasto 34 300 620 400 000 duże miasto 147 000 500 4 000 000 ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 16
Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 17
Gazy i areosole ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 18
Powstawanie ozonu ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 19
Dziura ozonowa ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 20
Dziura ozonowa ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 21
Ozon - COG Belsk ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 22
Jonosfera ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 23
Zorze polarne ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 24
Obserwacje satelitarne (POES) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 25
Promieniowanie kosmiczne ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 26
Fale EM w atmosferze ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 27
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
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
Propagacja fal - symulacje ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 30
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
Propagacja fal - promienie (II) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 32
Dyfrakcja (I) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 33
Dyfrakcja (II) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 34
Dyfrakcja (Front Falowy) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 35
Dyfrakcja (promienie) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 36
Odbicie fal (Front Falowy) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 37
Odbicie fal (Promienie) ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 38
Fale EM w atmosferze ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 39
Fale EM w atmosferze - pochłanianie ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 40
Wyładowania elektryczne ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 41
Globalny obwód elektryczny Przewodnictwo elektryczne: 10 16 Ω 1 cm 1 (poziom Ziemi) Gestość pradu piomowego: 10 12 A/m 2 Nat eżenie pola elektrycznego: 100 150 V/m Różnica potencjałów 0-50 km: 400000V ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 42
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
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 2 + 2 2 ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 44
Obieg wody i klimat ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 45
Bilans energetyczny ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 46
Bilans energetyczny ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 47
Zmiany temperatury ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 48
Temperatura - rekonstrukcja ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 49
Koniec ELEMENTY GEOFIZYKI Atmosfera- 50