meteorologia degli ozoni

Meteorologia dell’Ozono
La troposfera e la stratosfera sono i due strati più bassi dell’atmosfera. La troposfera è lo strato vicino alla superficie terrestre. In media, si estende per 11 km fino alla cima della troposfera che è chiamata tropopausa.

Nella troposfera, la temperatura generalmente diminuisce con l’altitudine. Il motivo è che i gas della troposfera assorbono molto poco della radiazione solare in arrivo. Invece, il terreno assorbe questa radiazione e quindi riscalda l’aria troposferica per conduzione e convezione. Poiché questo riscaldamento è più efficace vicino al suolo, la temperatura nella troposfera diminuisce gradualmente con l’aumentare dell’altitudine fino al raggiungimento della tropopausa. Questo è l’inizio della stratosfera. Nella stratosfera, la temperatura rimane isotermica fino a circa 20 km. Poi succede una cosa strana actually la temperatura in realtà inizia ad aumentare con l’altitudine. Da una temperatura di circa -56,5 C a 20 km, aumenta a -2,5 C a 50 km.

La ragione di questa fluttuazione di temperatura è che l’ozono assorbe la radiazione uvb nell’atmosfera inferiore. Più in alto nell’atmosfera, tuttavia, l’ossigeno biatomico normale assorbe la radiazione uvc. Una volta assorbito, viene reradiato a diverse lunghezze d’onda, riscaldando così la stratosfera. Nella parte superiore della stratosfera (circa 50 km, la stratopausa), la temperatura inizia a diminuire di nuovo all’aumentare dell’altitudine. Sopra la stratopausa, nella mesosfera, nella termosfera e nell’esosfera vengono assorbiti raggi gamma e raggi X dannosi. Grafico: NASA Atmospheric Ozone Chart.

La circolazione dell’atmosfera è molto complessa e ha molti fattori causali. La quantità di radiazione solare che raggiunge il suolo varia a causa della latitudine, del periodo dell’anno e della copertura nuvolosa. Le capacità termiche specifiche per diversi materiali superficiali variano notevolmente.

Inoltre, la forza di Coriolis, che deriva dalla rotazione della Terra, influenza il movimento dell’aria. L’effetto netto di questi fattori è il trasporto dell’ozono dai tropici, dove si forma la maggior parte dell’ozono, alle latitudini medie e superiori. Naturalmente, a causa delle variazioni intorno alla Terra, il movimento dell’ozono non è uniforme, e ad una data latitudine, ci saranno variazioni nelle concentrazioni.

Poiché l’ozono viene prodotto e trasportato nella stratosfera, è necessaria una certa comprensione della struttura e della circolazione della stratosfera. La circolazione meridionale, o la circolazione lungo le linee di longitudine, mostra aria stratosferica in aumento nei tropici, che scende a latitudini medie e superiori. L’ozono viene trasportato da questo flusso.

A destra: Trasporto dell’ozono rappresentato da una linea blu curva. JETSTREAM posizione indicata da J. “Figura 12.5” da Un’introduzione alla meteorologia dinamica. Terza edizione (dal Dr. James Holton, 1992. vol. 48 nella serie internazionale di Geofisica, pagina 412.)

Un’altra caratteristica importante della stratosfera è la pozza d’aria fredda che si forma alle alte latitudini durante l’inverno. Questa aria fredda è centrata nella stratosfera inferiore a circa 25 km. Durante l’emisfero australe l’aria invernale può raggiungere temperature più fredde di-90C vicino al Polo Sud. Nell’emisfero settentrionale, le temperature più basse raggiungono circa-65C. CLAES Dati di temperatura

Di conseguenza, una zona di forti venti occidentali (o vortici) forma e circonda ogni polo. Poiché il contrasto di temperatura è maggiore nelle vicinanze del Polo Sud, il vortice che si forma lì durante l’inverno dell’emisfero australe è considerevolmente più forte del vortice che si forma durante l’inverno dell’emisfero settentrionale.

Una conseguenza delle temperature molto fredde della stratosfera vicino al Polo Sud è la formazione di due tipi di nubi stratosferiche polari (PSC). Uno è costituito da ghiaccio d’acqua pura. Sebbene l’aria contenga pochissima umidità, a temperature molto basse anche queste piccole quantità possono produrre nuvole contenenti cristalli di ghiaccio attraverso il processo di sublimazione (deposizione). L’altro tipo e più comune è composto da una forma idratata di acido nitrico( HNO3): le molecole di acido nitrico sono attaccate alle molecole d’acqua. Le reazioni in queste nuvole convertono forme stabili di cloro in Cl2che si dissocia facilmente sotto l’influenza della luce solare e distrugge l’ozono. Queste reazioni rimuovono anche l’HNO3 gassoso. Il risultato è la distruzione quasi totale dell’ozono all’interno della stratosfera inferiore ad altitudini di circa 14-19 km. In condizioni di luce solare, HNO3 subisce fotolisi e rilascia NO2. Il NO2 reagisce quindi con ClO, rimuovendolo dalle reazioni con l’ozono.

A causa delle temperature molto fredde richieste per la formazione di PSC, la probabilità di picco di occorrenza nell’emisfero settentrionale è solo del 10% circa all’inizio di febbraio. Nell’emisfero australe, sono un evento annuale, anche se la loro estensione spaziale e la durata temporale variano.

Questa figura mostra dove ci si può aspettare i PSC. Spesso, le posizioni verticali nell’atmosfera sono referenziate dalla pressione atmosferica. Gli ettopascal sono le normali unità utilizzate. Il più grande evento è ad una pressione di 68 hPa (hectopascal) e un’altitudine di poco inferiore a 19 km. La pressione più bassa mostrata è 14 hPa, circa 29 km.