otsonien meteorologia

otsonin Meteorologia
troposfääri ja stratosfääri ovat ilmakehän kaksi alinta kerrosta. Troposfääri on maanpinnan vieressä oleva kerros. Se ulottuu keskimäärin 11 km troposfäärin huipulle, jota kutsutaan tropopaussiksi.

troposfäärissä lämpötila yleensä laskee korkeuden mukana. Syynä on se, että troposfäärin kaasut absorboivat hyvin vähän saapuvaa auringon säteilyä. Sen sijaan maa absorboi tätä säteilyä ja lämmittää sitten troposfäärin ilmaa johtumalla ja konvektiolla. Koska tämä lämmitys on tehokkainta lähellä maanpintaa, lämpötila troposfäärissä laskee vähitellen korkeuden kasvaessa, kunnes tropopaussi saavutetaan. Tämä on stratosfäärin alku. Stratosfäärissä lämpötila pysyy isotermisenä noin 20 kilometriin saakka. Sitten tapahtuu jotain outoa:lämpötila alkaa itse asiassa nousta korkeuden myötä. Noin -56,5 C: n lämpötilasta 20 kilometrin kohdalla se nousee -2,5 C: hen 50 kilometrin kohdalla.

syynä lämpötilan vaihteluun on se, että otsoni absorboi UVB-säteilyä alailmakehässä. Korkeammalla ilmakehässä normaali diatominen happi kuitenkin absorboi uvc-säteilyä. Kun se on imeytynyt, se säteilee uudelleen eri aallonpituuksilla, mikä lämmittää stratosfääriä. Stratosfäärin huipulla (noin 50 km, stratopaussi) lämpötila alkaa taas laskea korkeuden kasvaessa. Stratopaussin yläpuolella mesosfäärissä, termosfäärissä ja eksosfäärissä absorboituvat haitalliset gammasäteet ja röntgensäteet. Kaavio: Nasan ilmakehän Otsonikaavio.

ilmakehän kierto on hyvin monimutkainen ja sillä on monia aiheuttavia tekijöitä. Maahan saapuvan auringon säteilyn määrä vaihtelee leveysasteen, vuodenajan ja pilvisyyden mukaan. Eri pintamateriaalien ominaislämpökapasiteetit vaihtelevat suuresti.

lisäksi maan pyörimisliikkeestä johtuva Coriolisvoima vaikuttaa ilman liikkeeseen. Näiden tekijöiden nettovaikutus on otsonin kulkeutuminen tropiikista, missä otsonia muodostuu eniten, keski-ja ylemmille leveysasteille. Eri puolilla maapalloa esiintyvien vaihtelujen vuoksi otsonin liike ei tietenkään ole yhdenmukaista, ja tietyllä leveysasteella pitoisuudet vaihtelevat.

koska otsonia syntyy ja kulkeutuu stratosfäärissä, tarvitaan jonkinlaista ymmärrystä stratosfäärin rakenteesta ja kiertokulusta. Meridionaalisessa kiertoliikkeessä eli kiertoliikkeessä pituuspiirejä pitkin näkyy tropiikissa nousevaa stratosfääristä ilmaa, joka laskeutuu keskimmäisille ja korkeammille leveysasteille. Tämä virtaus kuljettaa otsonia.

oikealla: otsonin Kuljetus kaarevan sinisen viivan kuvaamana. J. ”Kuva 12.5”: n osoittama Jetstream-sijainti dynaamisen meteorologian johdannosta. Kolmas painos (tohtori James Holton, 1992. vol. 48, the International Geophysics Series, s. 412.)

toinen stratosfäärin tärkeä piirre on kylmä ilmalammikko, joka muodostuu korkeille leveysasteille talven aikana. Kylmä ilma on keskittynyt alempaan stratosfääriin noin 25 kilometrin korkeuteen. Eteläisellä pallonpuoliskolla talvi-ilma voi nousta etelänavan lähellä jopa-90C: tä kylmempiin lämpötiloihin. Pohjoisella pallonpuoliskolla alimmat lämpötilat ovat noin-65C. CLAESIN lämpötilatiedot

tämän seurauksena jokaista napaa ympäröi voimakkaiden länsituulten vyöhyke (tai pyörre). Koska lämpötilakontrasti on suurin etelänavan läheisyydessä, sinne eteläisen pallonpuoliskon talven aikana muodostuva pyörre on huomattavasti voimakkaampi kuin pohjoisen pallonpuoliskon talven aikana muodostuva pyörre.

yksi seuraus stratosfäärin hyvin kylmistä lämpötiloista etelänavan lähellä on kahdenlaisten polaaristen stratosfääripilvien (PSC) muodostuminen. Yksi koostuu puhtaasta vesijäästä. Vaikka ilma sisältää hyvin vähän kosteutta, hyvin alhaisissa lämpötiloissa jopa nämä pienet määrät voivat sublimaatioprosessin (laskeuman) kautta tuottaa jääkiteitä sisältäviä pilviä. Toinen ja yleisempi tyyppi koostuu typpihapon hydratoidusta muodosta (HNO3): typpihappomolekyylit ovat kiinnittyneet vesimolekyyleihin. Reaktiot näissä pilvissä muuttavat kloorin vakaita muotoja cl2: ksi, joka helposti hajoaa auringonvalon vaikutuksesta ja tuhoaa otsonia. Nämä reaktiot poistavat myös kaasumaista HNO3: a. Seurauksena on otsonin lähes täydellinen tuhoutuminen stratosfäärin alajuoksulla noin 14-19 kilometrin korkeudessa. Auringon valaisemissa olosuhteissa HNO3 käy fotolyysissä ja vapauttaa NO2: ta. Tämän jälkeen NO2 reagoi ClO: n kanssa poistaen sen reaktioista otsonin kanssa.

PSC: n muodostumiseen tarvittavien erittäin kylmien lämpötilojen vuoksi esiintymisen huipputodennäköisyys pohjoisella pallonpuoliskolla on helmikuun alussa vain noin 10%. Eteläisellä pallonpuoliskolla niitä esiintyy vuosittain, joskin niiden maantieteellinen laajuus ja ajallinen kesto vaihtelevat.

tämä luku osoittaa, missä PSC: t ovat odotettavissa. Usein ilmakehän pystysuuntaisiin paikkoihin viitataan ilmanpaineen avulla. Hehtopascaalit ovat normaaleja yksikköjä. Suurin esiintymä on 68 hPa: n (hehtopascals) paineessa ja hieman alle 19 km: n korkeudessa. Alin esitetty paine on 14 hPa eli noin 29 km.