Meteorologia nn.pdf

Meteorologia

Meteorologia jest nauką zajmującą się badaniem zjawisk i procesów fizycznych

zachodzących w atmosferze. Aby szybowiec mógł latać wyżej i dalej niż mu na to pozwala

jego lot ślizgowy, musi napotkać prądy wznoszące, które są jak gdyby jego silnikiem.

Czym są prądy wznoszące, jakie są ich odmiany, kiedy występują i jakie są możliwości ich

wykorzystania - tego między innymi uczy nas meteorologia. Bez znajomości meteorologii

nie można marzyć o sukcesach w szybownictwie. Ba, nawet uzyskanie przeciętnego

poziomu pilota wyczynowego nie jest możliwe bez znajomości czynników kształtujących

pogodę i praw rządzących jej zmianami.

l. Atmosfera

Zjawiska i procesy fizyczne, którymi zajmuje się meteorologia, zachodzą w atmosferze.

Atmosfera jest to warstwa gazów otaczająca kulę ziemską, przy czym zwykliśmy ją dzielić

na następujące części:

• troposferę, sięgającą do wysokości około 11 km,

• stratosferę, sięgającą do około 80 km,

• termosferę (zwaną również jonosferą) sięgającą do około 800 km

• egzosferę występującą powyżej 800 km.

Te części atmosfery nie są od siebie wyraźnie oddzielone, a ich wysokość zależy od

miejsca nad kulą ziemską i od pory roku. Dla przykładu: nad równikiem troposfera sięga

do wysokości około 16 000 m, zaś nad biegunami tylko do około 8000 m.

W naszych dalszych rozważaniach będą nas interesowały przede wszystkim fizyczne

własności troposfery, a to: jej temperatura, ciśnienie i wilgotność powietrza.

Czynniki te wpływają w zasadniczy sposób na ruch powietrza i na tworzenie się chmur. Dla

szybownictwa ruch powietrza ma wielkie znaczenie nie tylko jako wiatr, ale przede

wszystkim jako prądy pionowe. Zachmurzenie pozwala pilotowi naocznie ocenić, czy i z

jakimi prądami pionowymi się spotka. Zanim do tego dojdziemy omówimy pokrótce

wymienione czynniki meteorologiczne.

a. Temperatura

Temperatura powietrza w troposferze stopniowo maleje do około -56°C (średnio około

0,6°C na każde 100 m wysokości). Na większych wysokościach utrzymuje stałą

wielkość, aby następnie po przejściowym wzroście i spadku nadal wzrastać. Temperatura

ulega zmianom wskutek dopływu energii cieplnej do atmosfery dzięki promieniowaniu

słonecznemu i wskutek jej odpływu poprzez wypromieniowanie ziemi.W troposferze

dochodzi często do sytuacji, że temperatura wzrasta wraz z wysokością –zjawisko to

nazywamy inwersją , bądź też jest stała na przestrzeni pewnej wysokości –jest to

izotermia .Oba zjawiska mają determinujący wpływ na powstawanie i zasięg pradów

wznoszacych.

b. Ciśnienie

Ciśnienie atmosferyczne maleje z wysokością. Jego przebieg ilustruje rysunek l. Dla nas

większe jednak znaczenie ma poziomy rozkład ciśnienia, który powoduje powstawanie i

zanikanie wyżów i niżów barometrycznych, tj. "układów barometrycznych kształtujących

pogodę".

c. Wilgotność

Wilgotność powietrza zależy od ilości pary wodnej zawartej w jednostce objętości

powietrza. Zwykle posługujemy się dwoma określeniami:

• wilgotność bezwzględna, tj. ciśnienie pary wodnej przy danej temperaturze

powietrza (podane w jednostkach ciśnienia) lub ilość pary na jednostkę objętości

powietrza (w g/m3);

• wilgotność względna, tj. stosunek ciśnienia pary wodnej zawartej w powietrzu

przy danej temperaturze do tego ciśnienia, które wywierałaby ilość pary wodnej

nasycająca powietrze przy tej samej temperaturze.

2. Ruch powietrza

Skoro znamy już fizyczne własności atmosfery ziemskiej (powietrza), zastanówmy się nad

tym, co powoduje jego ruch. Otóż przyczyną powstawania poziomego ruchu powietrza jest

nierównomierny rozkład ciśnień (w poziomie). Ten nierównomierny rozkład ciśnień

powstaje w wyniku nierównomiernego nagrzewania się powierzchni ziemi (powietrze

nagrzane jako lżejsze - wznosi się, powietrze zimne - jako cięższe - opada ).

Oczywiście inaczej nagrzewa się ziemia w okolicach równika, a inaczej w pobliżu

biegunów. Również niejednakowo nagrzewa się ląd i woda. Gdy więc powstanie różnica

temperatur, a więc i różnica ciśnień (w poziomie), cząstki powietrza będą dążyć do

przemieszczania się od obszaru podwyższonego ciśnienia ku obszarom niższego ciśnienia.

Niestety, zagadnienie to nie przedstawia się aż tak prosto, jak mogłoby się na pierwszy

rzut oka wydawać. Ponieważ powietrze porusza się względem obracającej się Ziemi, więc

obrót Ziemi wpływa na ruch powietrza pod postacią siły odchylającej (siły Coriolisa),

przy czym odchylenie od pierwotnego kierunku ruchu następuje w prawo na

półkuli północnej, w lewo zaś na półkuli południowej.

To jednak jeszcze nie wszystko. Tarcie powietrza o powierzchnię ziemi powoduje dalsze

zmiany kierunku ruchu powietrza. W ostatecznym wyniku wiatry w rejonach obniżonego

ciśnienia, tzw. niżach, wieją przeciwnie do ruchu wskazówek zegara z odchyleniem w

lewo, tj. ku środkowi niżu. W rejonach podwyższonego ciśnienia, tzw. wyżach, wiatry wieją

zgodnie z ruchem wskazówek zegara z odchyleniem również w lewo, tj. na zewnątrz

układu (rys. 2 i 3) Na półkuli południowej kierunki wiatrów w niżu i wyżu barometrycznym

są odwrotne, lecz odchylenia nadal pozostają ku środkowi niżu i od środka wyżu.

Teraz, gdy już wiemy co powoduje ruch powietrza i jak on powstaje, rozpatrzmy to

zagadnienie dla całej kuli ziemskiej, biorąc pod uwagę, że strefa równika jest pod

względem nagrzewania silnie uprzywilejowana, natomiast okolice biegunów mają stały

niedobór ciepła. Naturalną konsekwencją tego byłoby stale unoszenie się rozgrzanego

powietrza nad równikiem i stałe opadanie powietrza nad biegunami. Oczywiście uniesione

nad równikiem ciepłe powietrze przemieszczałoby się górą ku biegunom, aby po

ochłodzeniu i opadnięciu w rejonie biegunów wracać na małej wysokości ku równikowi

stopniowo się ogrzewając.

Niestety, ten obraz krążenia powietrza nad powierzchnią Ziemi z dwóch zasadniczych

przyczyn ulega poważnym komplikacjom. Pierwszą z tych przyczyn jest obrót Ziemi, drugą

niejednorodność jej powierzchni. Rozpatrzmy je kolejno.

Unoszące się nad równikiem ciepłe powietrze skierowuje się na większych wysokościach

ku północy. Wskutek odchylającego wpływu obrotu Ziemi (na naszej półkuli w prawo)

kierunek tego powietrza stopniowo się zmienia na zachodni (tj. z zachodu - a więc ku

zachodowi). Całkowita zmiana kierunku ruchu powietrza z południowego na zachodni

następuje w okolicy 30 równoleżnika. Warto tu zwrócić uwagę, że obwód Ziemi wzdłuż 30

równoleżnika jest o przeszło 10% mniejszy niż wokół równika, co powoduje w omawianym

przypadku skupienie powietrza, podwyższenie ciśnienia, prąd opadający, a w wyniku -

powrót powietrza na małych wysokościach ku równikowi. Powracające powietrze znów

podlega odchyleniu w prawo, więc jego początkowy północny kierunek (z północy ku

południowi) ulega zmianie na wschodni (ze wschodu na zachód). I tak zamyka się

pierwszy ze stałych obwodów krążącego powietrza (patrz rys. 4).

Drugi podobny obwód powstaje pomiędzy pasem wysokiego ciśnienia w okolicy 30

równoleżnika oraz pasem niskiego ciśnienia w okolicy 60 równoleżnika. W oparciu o

podane wyżej zasady rozkład zasadniczych kierunków wiatrów przedstawia się tu

następująco: dołem wieją wiatry o przeważających kierunkach południowo-zachodnich (z

południowego zachodu), górą natomiast przeważają kierunki północno-wschodnie.

I wreszcie trzecia strefa - w pobliżu bieguna - charakteryzuje się podwyższonym

ciśnieniem, a więc prądami opadającymi nad biegunem i wstępującymi (wznoszącymi) w

obszarze niższego ciśnienia w okolicach 60 równoleżnika.

W wyniku ogólnej cyrkulacji w atmosferze masy powietrza pozostają przez dłuższy czas w

rejonach podwyższonego ciśnienia nad jednym i tym samym obszarem oraz nabierają

jednakowych cech fizycznych. W rezultacie, zależnie od geograficznego położenia tych

obszarów, następuje podział mas powietrza na: masy powietrza zwrotnikowego zalegające

obszar pomiędzy równikiem i 30 równoleżnikiem, masy powietrza arktycznego zalegające

nad biegunami oraz masy powietrza polarnego zalegające obszar pośredni.

Pozostaje jeszcze do omówienia wpływ niejednorodności powierzchni Ziemi, który pozwala

masom powietrza zalegającym te obszary geograficzne na przyjmowanie określonych cech

fizycznych różniących poszczególne masy między sobą.

Niejednorodność powierzchni Ziemi polega na podziale na kontynenty i oceany, których

powierzchnie niejednakowo się nagrzewają. Każda więc z wymienionych wyżej mas

powietrza może dodatkowo zostać nazwana morską lub kontynentalną, zależnie od tego

nad jakim podłożem zalega. I tak dochodzimy do podziału mas powietrza w naszym

układzie europejskim na (patrz również rys. 15):

• powietrze arktyczno-morskie (PAm), kształtujące się między Grenlandią i

Szpibergen;

• powietrze arktyczno-kontynentalne (PAk), kształtujące się na północnych obszarach

Europy w okolicach Morza Barentsa;

• powietrze polarno-morskie (PPm), kształtujące się nad Północnym Atlantykiem;

• powietrze polarno-kontynentalne (PPk), kształtujące się nad obszarami Syberii;

• powietrze zwrotnikowo-morskie (PZm), kształtujące się w rejonie Azorów;

• powietrze zwrotnikowo-kontynentalne (PZk), kształtujące się nad obszarami

Bliskiego Wschodu.

3. Fronty atmosferyczne

Pozostaje jeszcze do omówienia sprawa bardzo ważna w meteorologii. Chodzi mianowicie

o istnienie warstw powstających na granicach dwóch różnych mas powietrza. Warstwę

taką nazywamy powierzchnią frontową lub w skrócie frontem. Zetknięcie się mas

powietrza o różnych własnościach fizycznych powoduje wskutek wzajemnego

oddziaływania powstawanie chmur, a raczej układów chmur charakterystycznych dla

poszczególnych rodzajów frontów.

Fronty mogą być rozmaite. Ich charakter i nazwa zależą od tego, które z mas powietrza je

kształtują, a także od tego czy napływające powietrze jest cieplejsze, czy też chłodniejsze

od powietrza zalegającego w miejscu nadejścia frontu. Tak więc w oparciu o geograficzną

klasyfikację mas powietrza front powstały na granicy powietrza arktycznego i polarnego

nosi nazwę frontu arktycznego; zaś front powstały na granicy powietrza polarnego i

zwrotnikowego nosi nazwę frontu polarnego.

Jeżeli front przemieszcza się od powietrza cieplejszego ku chłodniejszemu, to nosi on

wówczas nazwę frontu ciepłego. Inaczej można powiedzieć, że jest to taki front, w

którym powietrze ciepłe napływa w kierunku powietrza chłodniejszego. Ciepłe powietrze

odznaczające się przy tym mniejszą gęstością wślizguje się nad powietrze chłodne tworząc

powierzchnię frontu. To nachylenie jest bardzo małe, gdyż wyraża się wielkością 0,5 do

1%. Wskutek tak małego nachylenia pionowa składowa prędkości wślizgującego powietrza

jest znikoma, co decyduje o warstwowym charakterze chmur towarzyszących frontowi

ciepłemu. Oczywiście tak małe pionowe prędkości powietrza oraz towarzyszące im chmury

warstwowe są niesprzyjające dla szybownictwa.

Zupełnie inaczej przedstawia się sytuacja, gdy napływa chłodne powietrze, tzn. gdy front

przemieszcza się w kierunku od chłodnego powietrza ku powietrzu cieplejszemu. Chłodne

powietrze jako gęstsze wciska się pod powietrze cieplejsze, a podczas dość szybkiego

przemieszczania się (wskutek zahamowania w wyniku tarcia o powierzchnię Ziemi)

powierzchnia frontu uwypukla się.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: