meteorología de las ozonas

Meteorología del Ozono
La troposfera y la estratosfera son las dos capas más bajas de la atmósfera. La troposfera es la capa próxima a la superficie de la Tierra. En promedio, se extiende 11 km hasta la cima de la troposfera, que se llama tropopausa.

En la troposfera, la temperatura generalmente disminuye con la altitud. La razón es que los gases de la troposfera absorben muy poco de la radiación solar entrante. En cambio, el suelo absorbe esta radiación y luego calienta el aire troposférico por conducción y convección. Dado que este calentamiento es más efectivo cerca del suelo, la temperatura en la troposfera disminuye gradualmente con el aumento de la altitud hasta que se alcanza la tropopausa. Este es el comienzo de la estratosfera. En la estratosfera, la temperatura permanece isotérmica hasta unos 20 km. Entonces sucede algo extraño the la temperatura en realidad comienza a aumentar con la altitud. De una temperatura de aproximadamente -56,5 C a 20 km, aumenta a -2,5 C a 50 km.

La razón de esta fluctuación de temperatura es que el ozono absorbe la radiación uvb en la atmósfera inferior. Sin embargo, más alto en la atmósfera, el oxígeno diatómico normal absorbe la radiación uvc. Una vez que se absorbe, se vuelve a irradiar a diferentes longitudes de onda, calentando así la estratosfera. En la parte superior de la estratosfera (a unos 50 km, la estratopausa), la temperatura comienza a disminuir de nuevo a medida que aumenta la altitud. Por encima de la estratopausa, en la mesosfera, la termosfera y la exosfera se absorben rayos gamma y rayos X dañinos. Carta: Carta de Ozono Atmosférico de la NASA.

La circulación de la atmósfera es muy compleja y tiene muchos factores causales. La cantidad de radiación solar que llega al suelo varía debido a la latitud, la época del año y la cubierta de nubes. Las capacidades de calor específicas para diferentes materiales de superficie varían mucho.

Además, la fuerza de Coriolis, que resulta de la rotación de la Tierra, influye en el movimiento del aire. El efecto neto de estos factores es el transporte de ozono de los trópicos, donde se forma la mayor parte del ozono, a las latitudes medias y altas. Por supuesto, debido a las variaciones alrededor de la Tierra, el movimiento del ozono no es uniforme, y en una latitud dada, habrá variaciones en las concentraciones.

Dado que el ozono se produce y transporta en la estratosfera, se necesita cierta comprensión de la estructura y la circulación de la estratosfera. La circulación meridional, o la circulación a lo largo de líneas de longitud, muestra aire estratosférico ascendente en los trópicos, que desciende en latitudes medias y altas. El ozono es transportado por este flujo.

Derecha: Transporte de ozono representado por una línea azul curva. Ubicación de la corriente DE CHORRO indicada por J. «Figura 12.5» de Una Introducción a la Meteorología Dinámica. Tercera edición (por el Dr. James Holton, 1992. vol. 48 en International Geophysics Series, pág. 412.)

Otra característica importante de la estratosfera es la piscina fría de aire que se forma en latitudes altas durante el invierno. Este aire frío se centra en la estratosfera inferior a unos 25 km. Durante el Hemisferio Sur, el aire invernal puede alcanzar temperaturas más frías que-90C cerca del Polo Sur. En el hemisferio norte, las temperaturas más bajas alcanzan alrededor de-65 ° C. Datos de temperatura de CLAES

Como resultado, se forma una zona de fuertes vientos del oeste (o vórtice) que rodea cada polo. Debido a que el contraste de temperatura es mayor en las cercanías del Polo Sur, el vórtice que se forma allí durante el invierno del Hemisferio Sur es considerablemente más fuerte que el vórtice que se forma durante el invierno del Hemisferio Norte.

Una consecuencia de las temperaturas muy frías de la estratosfera cerca del Polo Sur es la formación de dos tipos de nubes estratosféricas polares (PSC). Uno consiste en hielo de agua pura. Aunque el aire contiene muy poca humedad, a temperaturas muy bajas incluso estas pequeñas cantidades pueden producir nubes que contienen cristales de hielo a través del proceso de sublimación (deposición). El otro tipo más común está compuesto por una forma hidratada de ácido nítrico (HNO3): las moléculas de ácido nítrico se unen a moléculas de agua. Las reacciones en estas nubes convierten formas estables de cloro en Cl2, que se disocia fácilmente bajo la influencia de la luz solar y destruye el ozono. Estas reacciones también eliminan el HNO3 gaseoso. El resultado es la destrucción casi total del ozono en la estratosfera inferior a altitudes de unos 14 a 19 km. En condiciones de luz solar, el HNO3 sufre fotólisis y libera NO2. El NO2 reacciona entonces con el ClO, eliminándolo de las reacciones con el ozono.

Debido a las temperaturas muy frías requeridas para la formación de CPS, la probabilidad máxima de ocurrencia en el hemisferio Norte es de solo alrededor del 10% a principios de febrero. En el Hemisferio Sur, son una ocurrencia anual, aunque su extensión espacial y duración temporal varían.

Esta figura muestra dónde se pueden esperar las PSC. Con frecuencia, las posiciones verticales en la atmósfera son referenciadas por la presión atmosférica. Los hectopascales son las unidades normales utilizadas. La mayor incidencia se produce a una presión de 68 hPa (hectopascales) y una altitud de poco menos de 19 km. La presión más baja mostrada es de 14 hPa, unos 29 km.