Stratificarea verticala a atmosferei - TROPOSFERA

Stratificarea verticala a atmosferei - TROPOSFERA            

In decursul ultimilor 80 de ani, numeroase au fost incercarile cercetatorilor de a surprinde cat mai exact modul de structurare a invelisului aerian de la suprafata terestra pana la limita sa superioara.

– Pana in 1951 se adunasera multe variante dar nu se realizase o punere de acord care sa tinda catre o singura solutie. De aceea O.M.M.-ul a supus discutiei forurilor sale stiintifice superioare si apoi a impus ca o unica solutie de referinta in domeniu: stratificarea atmosferei dupa criteriul termic valabila si astazi.

In literatura stiintifica se mentin insa si denumiri ale altor tipuri de stratificari decat cea termica; ele trebuie integrate de noi acesteia din urma (in cadrul seminariilor si sedintelor de lucrari practice, studentii au posibilitatea de a se informa si de a face comparatii si asimilari in problema).

Conform normelor OMM, atmosfera terestra are urmatoarele subdiviziuni sau etaje sau straturi, care au fost departajate dupa criteriul variatiei temperaturii aerului cu inaltimea (Fig. 1):

Fig. 1. Prezentarea schematica a straturilor care alcatuiesc atmosfera

1– Troposfera este situata intre suprafata terestra si inaltimea medie de 11km (care in realitate poate fi de 18 km la Ecuator si 8-9 la poli – Fig.2); ea este limitata superior, de catre tropopauza.

2 – Stratosfera este situata intre inaltimile medii de 11 km si 32 km; ea este limitata de tropopauza in baza si de stratopauza la partea superioara; inaltimile reale intre care se desfasoara sunt foarte diferite latitudinal si temporal fata de cele mediate.

3 – Mezosfera este situata intre inaltimile medii, de 32 km si 80 km; ea este limitata de catre stratopauza in baza si de catre mezopauza la partea superioara.

4 – Termosfera este situata intre inaltimile medii de 80, 100 km si 1000 km, ea este limitata de catre mezopauza in baza si de catre termopauza la partea superioara.

5 – Exosfera este calculata a fi situata la inaltimi mai mari de 1000 km si mergand pana la zeci de mii km, depinzand de autor.

Figura nr.3 reda schematic succesiunea celor 5 straturi termice diferite ale atmosferei, separate de “pauzele” corespunzatoare in mersul temperaturii care fac mai usoara insasi delimitarea lor (tropopauza, strato, mezo si termopauza) avand in vedere ca citirea se face de jos in sus, deci de la suprafata Terrei spre Cosmos.

Fig. 3 Succesiunea schematica a celor 5 etaje termice ale atmosferei. (Nu s-a respectat raportul dimensional intre corpul planetar si invelisul atmosferic pentru a se putea exprima sugestiv grosimea fiecarui strat atmosferic)

In figura 3 se poate urmari mersul temperaturii cu inaltimea, pana la nivelul de 1000km.

Subdiviziunile atmosferei stabilite dupa criteriul termic pot fi caracterizate astfel:

TROPOSFERA este stratul din baza atmosferei, cel care adera strans la suprafata planetara si care, desi este cel mai subtire (avand numai 11km ca inaltime medie) concentreaza cea mai mare parte a masei atmosferice. Aici au loc cele mai importante fenomene si procese meteorologice („tropos” insemnand in limba greaca, agitat, turbulent).

– In troposfera se afla cantonata aproape intreaga masa a vaporilor de apa intalniti in atmosfera (peste 90%).

– Grosimea reala a troposferei este foarte diferita la Ecuator, la latitudini temperate sau la poli si anume: la Ecuator grosimea troposferei este de 16–18 km; la paralela 45° nord si sud grosimea troposferei este de 10–12 km; la Poli poate fi de numai 6–8 km (fig 2).

– Explicatia grosimii diferite a troposferei, pe langa efectul fortei centrifuge, care ii impune si forma de elipsoid de rotatie, mai consta in incalzirea latitudinal diferentiata a aerului troposferic la nivelul suprafetei terestre, functie de care ii variaza densitatea pe coloana. Aceasta diferentiere favorizeaza miscari termoconvective intense la Ecuator si aproape nule la Poli.

Presiunea aerului descreste la fel de rapid o data cu cresterea altitudinii astfel ca la nivelul de 10 km in atmosfera ea este de 4 ori mai mica decat cea masurata la nivelul marii in oricare punct geografic al globului.

Trasaturile de baza ale troposferei sunt:

a) scaderea clara si rapida a temperaturii aerului cu inaltimea si implicit scaderea densitatii acestuia in acelasi sens.

b) miscarea neincetata a particulelor de aer in cadrul stratului.

a) Scaderea temperaturii in strat, cu altitudinea: se face in medie cu 6,4°C/km, gradient considerat cvasiconstant. Din aceasta cauza la limita superioara a troposferei (Fig.14), deci in imediata vecinatate a tropopauzei: deasupra braului ecuatorial se pot atinge -70°C, in timp ce deasupra Romaniei (situata la paralela 45° latitudine nordica) se ating numai –55 -60°C, iar deasupra Polului Nord se ating -45° -50°C (deci cu 20° 25°C mai mult decat deasupra Ecuatorului).

Iarna sunt cazuri concrete in care, deasupra Siberiei Centrale, la nivelul solului datorita supraracirii lui radiative, se inregistreaza -70°C in timp ce la limita superioara a troposferei, deci aproape de tropopauza, numai -45°C sau -50°C (iarna, in context anticiclonic).

b) Miscarea neincetata a particulelor de aer in cadrul stratului

Aerul atmosferic este mereu in miscare atat in plan vertical cat si in plan orizontal. Este vorba de miscari proprii dirijate de legi fizice. Ele sunt cauzate de incalzirea diferentiata a aerului, prin intermediul suprafetei planetare, incalzire foarte consistenta in spatiul intertropical si ca si inexistenta la Poli.

Devierile de traiectorii sau variatiile de intensitate care apar sunt induse troposferei de miscarile planetei drept corp cosmic in cadrul sistemului solar (rotatie si revolutie – detalii in capitolul 3) . Din aceste doua cauze, troposfera prezinta un mecanism activ de circulatie a aerului la scara planetara cu turbioane ciclonice si anticiclonice in conjugare latitudinala si longitudinala care favorizeaza schimburi de masa de energie si de impuls intre Ecutor si Poli, cu efecte tipice sau atipice, in timp si spatiu, intre aceste doua extremitati termice terestre.

– Miscarile termoconvective ascendente si descendente, care reprezinta miscarile in plan vertical ale particulelor incalzite in mod diferentiat de catre suprafata terestra peste care s-au aflat, constituie, de asemenea, parte componenta a circulatiei generale a aerului troposferic.

– In troposfera se pot distinge urmatoarele trei substraturi cu insusiri specifice:

1) Substratul limita planetar sau de “frecare”, cu o grosime cuprinsa intre 1si 3 km, este cel in care are loc un schimb activ de caldura, de vapori de apa, etc. intre Pamant si atmosfera. In acest substrat se genereaza centrii barici si fronturile atmosferice si au loc toate fenomenele asociate acestora. Aici se mai distinge asa numitul strat atmosferic adiacent (adiacent la suprafata subiacenta) adica, partea inferioara a ceea ce inseamna stratul limita planetar, stratul adiacent are o grosime de numai 50 - 100 m. In aceasta pelicula de aer gradientul vertical de temperatura si de umiditate precum si viteza vantului sunt deosebit de mari, iar in cadrul sau, pe primii 2m incepand de la sol, gradientul termic este cel mai puternic din toata troposfera (ex. vara temperatura pe sol poate fi de 68°C, la inaltimea de 0,50 m poate fi de 50°C, iar la 2 m distanta de sol, in adapostul meteorologic poate fi de 38°C sau de 35⁰C). Din aceste considerente, substratul sol - 2 m inaltime se mai numeste si “substratul microclimatic”.

2) Substratul mijlociu sau troposfera libera intre 3-6 km; nu este influentat decat in mica masura de miscarile turbulente din substratul precedent; in acest substrat domina advectia, adica deplasarea particulelor de aer in plan orizontal. Si tot aici formatiunile noroase se dezvolta.

3) Substratul numit troposfera inalta  este identificata la inaltimi de peste 6 km si pana la tropopauza; in acest substrat temperatura aerului este negativa, vaporii de apa sunt in cantitati reduse si se intalnesc numai nori formati din cristale de gheata (norii cirrus sau partea inalta a norilor cumulonimbus).

Sintetizand acum, se poate spune ca: principalele particularitati ale structurilor sistemice ale troposferei se materializeaza prin:

– Abateri de la caracteristicile unui invelis omogen datorat gravitatiei impuse de urmatoarele “interventii” energetice:

* impactul fluxurilor de energie care prin distributia inegala a temperaturii pe verticala si orizontala genereaza deformari ale peliculei troposferice prin ingrosari in zonele calde tropical-ecuatoriale si subtieri in zonele polare;

* interferenta cu forta centrifuga care determina dilatari ecuatoriale si aglomerari ale maselor de aer in zonele tropicale, urmare a raporturilor contradictorii puternice dintre forta gravitationala si forta centrifuga;

* interferenta cu energia rotatiei Pamantului “responsabila” de deviatiile fluxurilor de aer catre dreapta in emisfera nordica si catre stanga in emisfera sudica;

* incarcatura mare de ioni, “carausii” energiei electrice in straturile inferioare troposferice, stimulatoarea schimburilor locale cu suprafata geografica ceea ce perturba astfel “decantarea” peliculara gravitationala.

– Contraste intre structura “fatadei” superioare a troposferei si a celei inferioare reprezentate de:

talvegul depresionar ecuatorial marginit de dorsale tropicale (cu presiune ridicata) si “efilari” ale densitatii catre poli (ca in fig. 4) structura caracteristica “fatadei” superioare.

densitatea si presiunea aerului sunt mai ridicate in zonele polare diminuand pe masura apropierii de ecuator in cazul “fatadei” inferioare a troposferei, (in general vorbind, pentru ca exista exceptii in evolutia concreta a centrilor barici).