Fizica atmosferei

1. STRUCTURA ŞI COMPOZIŢIA ATMOSFEREI

Fizica atmosferei este acea parte a fizicii care se ocupă cu studiul structurii şi compoziţiei

atmosferei terestre şi a fenomenelor fizice şi proceselor din atmosferă (mişcarea şi circulaţia

maselor de aer, transformări de stare ale apei, propagarea undelor de diferite tipuri, etc.). În cadrul

fizicii atmosferei există mai multe capitole, în care se studiază diferite aspecte ale fizicii

atmosferei: statica, termodinamica, dinamica, electricitatea şi optica atmosferică, meteorologia şi

aeronomia (ultima este ştiinţa ce se ocupă cu studiul atmosferei înalte şi medii). Fizica atmosferei

este strâns legată de celelalte ştiinţe care studiază Pământul (geofizica, geodezia, chimia proceselor

terestre şi a celor atmosferice). Dezvoltarea ei s-a datorat iniţial, în mare parte, necesităţii de a

cunoaşte şi de a prevedea vremea, ce se defineşte ca fiind starea atmosferei la un moment dat.

Metodele experimentale de studiu a atmosferei folosesc tehnici de la cele mai simple (giruete,

pluviometre) până la cele mai complicate (sateliţi, radiolocaţie). Ca orice studiu, fizica atmosferei

are o finalitate şi anume rezolvarea unor probleme practice legate de activitatea umană, cum ar fi:

înţelegerea, dirijarea şi controlul unora din fenomenele atmosferice pentru a le folosi în scopuri

practice, previziunea fenomenelor meteorologice globale (seceta, inundaţii, riscuri de întrerupere a

telecomunicaţiilor) sau locale (ceaţa, grindina), amplasarea unor obiective civile astfel încât să

reducă la maxim impactul negativ al acestora asupra mediului înconjurător.

1.1 STRUCTURA ATMOSFEREI

Datorită variabilităţii mari a temperaturii, compoziţiei, dinamicii atmosferei, există mai

multe criterii de clasificare a structurii sale.

Un prim criteriu, cel mai folosit, este modul de variaţie a temperaturii cu altitudinea. Se

defineşte gradientul vertical de temperatură ca fiind variaţia temperaturii pe unitatea de înălţime:

dz

Γ = − dT. (1.1)

In funcţie de valorile lui γ, atmosfera se împarte în câteva straturi orizontale, fiecare dintre

ele caracterizate de o anumită variaţie a temperaturii cu înălţimea. Acestea sunt (fig.1.1):

- troposfera, cuprinsă între 0 şi 10 (poli) –18 (ecuator) km

- stratosfera, cuprinsă între 12-15 şi 45-55 km

- mezosfera, cuprinsă între aproximativ 50 şi 80-85 km

- termosfera, cuprinsă între 80 şi 800 km

2

- exosfera, la altitudine mai mare decât 800 km.

Un alt criteriu de divizare a atmosferei este omogenitatea acesteia. Atmosfera este omogenă

sub aproximativ 100 km, zonă numită homosferă, şi heterogenă la altitudini mai mari, strat care se

numeşte heterosferă. Aici densitatea mică a aerului duce la fracţionalitatea constituenţilor gazoşi.

1.1.1 Caracteristicile straturilor atmosferice

Troposfera este cea mai joasă pătură a atmosferei şi vine în contact direct cu suprafaţa

Pământului. Temperatura scade treptat, de la o medie de 10° C până spre valori de -50°C.

Gradientul temperaturii este aproximativ 6 – 7° C/km. În troposferă se găseşte cea mai mare parte

a vaporilor de apă. Aici se formează norii, precipitaţiile, ceaţa.

Temperatura (K)

Troposfera

Stratosfera

Mezosfera

Termosfera

Stratopauza

Tropopauza

Altitudinea (km)

Mezopauza

Fig. 1.1 Variaţia temperaturii în atmosferă şi primele patru straturi atmosferice.

Exosfera se află la altitudini mult mai mari iar temperaturile sunt, de asemenea,

mult în afara scalei alese.

La rândul ei, troposfera se împarte în:

- stratul inferior (0-2 km) sau stratul limită planetar, în care are loc mişcarea

turbulentă a aerului, schimburile active de căldură, transformările importante de

fază.

- stratul mijlociu (2-7 km) în care umiditatea scade mult astfel încât masele noroase

ce se formează aici aduc precipitaţii slabe

3

- stratul superior (7-12 km) în care umiditatea este şi mai scăzută, temperatura este

deja mult sub 0° C şi norii sunt formaţi numai din gheaţă şi nu aduc precipitaţii.

Zona de tranziţie dintre troposferă şi stratul superior se numeşte tropopauză, unde

temperatura este constantă, aproximativ -50°C.