meteorologie van ozon

meteorologie van ozon
de troposfeer en de stratosfeer zijn de twee laagste lagen van de atmosfeer. De troposfeer is de laag naast het aardoppervlak. Gemiddeld strekt het zich 11 km uit tot aan de top van de troposfeer die de tropopauze wordt genoemd.

in de troposfeer neemt de temperatuur over het algemeen af met de hoogte. De reden is dat de gassen van de troposfeer zeer weinig van de inkomende zonnestraling absorberen. In plaats daarvan absorbeert de grond deze straling en verwarmt vervolgens de troposferische lucht door geleiding en convectie. Omdat deze verwarming het meest effectief is in de buurt van de grond, neemt de temperatuur in de troposfeer geleidelijk af met toenemende hoogte totdat de tropopauze is bereikt. Dit is het begin van de stratosfeer. In de stratosfeer blijft de temperatuur Isotherm tot ongeveer 20 km. Dan gebeurt er iets vreemds–de temperatuur begint te stijgen met de hoogte. Van een temperatuur van ongeveer -56,5 C op 20 km, stijgt het naar -2,5 C op 50 km.

de reden voor deze temperatuurschommeling is dat ozon de UVB-straling in de lagere atmosfeer absorbeert. Hoger in de atmosfeer absorbeert normale diatomaire zuurstof de UVC-straling. Zodra het geabsorbeerd is, wordt het opnieuw gedistribueerd op verschillende golflengten, waardoor de stratosfeer wordt verwarmd. Aan de top van de stratosfeer (ongeveer 50 km, de stratopauze), begint de temperatuur weer te dalen naarmate de hoogte toeneemt. Boven de stratopauze worden in de mesosfeer, thermosfeer en exosfeer schadelijke gammastralen en röntgenstralen geabsorbeerd. Chart: NASA Atmospheric ozon Chart.

de circulatie van de atmosfeer is zeer complex en heeft vele oorzakelijke factoren. De hoeveelheid zonnestraling die de grond bereikt varieert vanwege de breedtegraad, de tijd van het jaar en de bewolking. Specifieke warmtecapaciteiten voor verschillende oppervlaktematerialen variëren sterk.

bovendien beïnvloedt de Corioliskracht, die het gevolg is van de rotatie van de aarde, de beweging van de lucht. Het netto-effect van deze factoren is het transport van ozon uit de tropen, waar de meeste ozon wordt gevormd, naar de Midden-en hogere breedtegraden. Natuurlijk, vanwege variaties rond de aarde, is de ozonbeweging niet uniform, en op een bepaalde breedtegraad, zullen er variaties in concentraties zijn.

aangezien ozon in de stratosfeer wordt geproduceerd en getransporteerd, is enig begrip van de structuur en circulatie van de stratosfeer nodig. De meridionale circulatie, of de circulatie langs lengtegraden, toont stijgende stratosferische lucht in de tropen, die afdaalt op middelste en hogere breedtegraden. Ozon wordt door deze stroming getransporteerd.

rechts: ozon-transport afgebeeld met een gebogen blauwe lijn. JETSTREAM locatie aangegeven door J. “figuur 12.5” uit een inleiding tot dynamische meteorologie. Derde editie (door Dr. James Holton, 1992. vol. 48 In The International Geophysics Series, pagina 412.)

een ander belangrijk kenmerk van de stratosfeer is de koude pool van lucht die zich tijdens de winter op grote breedtegraden vormt. Deze koude lucht is gecentreerd in de lagere stratosfeer op ongeveer 25 km. Tijdens het zuidelijk halfrond kan de lucht temperaturen bereiken die lager zijn dan-90C nabij de Zuidpool. Op het noordelijk halfrond bereiken de laagste temperaturen ongeveer-65 ° C. CLAES temperatuurgegevens

als gevolg hiervan vormt zich een zone van sterke westenwind (of vortex) die elke pool omringt. Omdat het temperatuurcontrast het grootst is in de buurt van de Zuidpool, is de vortex die zich daar tijdens de winter van het zuidelijk halfrond vormt aanzienlijk sterker dan de vortex die zich tijdens de winter van het noordelijk halfrond vormt.

een gevolg van de zeer koude temperaturen van de stratosfeer nabij de Zuidpool is de vorming van twee soorten polaire stratosferische wolken (PSC). Een bestaat uit zuiver waterijs. Hoewel de lucht zeer weinig vocht bevat, kunnen zelfs deze kleine hoeveelheden bij zeer lage temperaturen ijskristalhoudende wolken produceren door het proces van sublimatie (depositie). Het andere en meer voorkomende type is samengesteld uit een gehydrateerde vorm van salpeterzuur (HNO3): de salpeterzuurmoleculen zijn verbonden met watermoleculen. Reacties in deze wolken zetten stabiele vormen van chloor om in Cl2, die gemakkelijk loskomt onder invloed van zonlicht en ozon vernietigt. Deze reacties verwijderen ook gasvormige HNO3. Het resultaat is een bijna totale vernietiging van ozon in de lagere stratosfeer op een hoogte van ongeveer 14 tot 19 km. Onder zonovergoten omstandigheden ondergaat HNO3 fotolyse en geeft NO2 vrij. De NO2 reageert vervolgens met ClO en verwijdert het uit reacties met ozon.

vanwege de zeer koude temperaturen die nodig zijn voor de vorming van PSC ‘ s, is de piekkans op het noordelijk halfrond begin februari slechts ongeveer 10%. Op het zuidelijk halfrond komen ze jaarlijks voor, hoewel hun ruimtelijke omvang en tijdsduur variëren.

deze figuur geeft aan waar de PSC ‘ s kunnen worden verwacht. Vaak worden verticale posities in de atmosfeer bepaald door atmosferische druk. Hectopascal zijn de normale eenheden die worden gebruikt. Het grootste voorkomen is bij een druk van 68 hPa (hectopascal), en een hoogte van iets minder dan 19 km. De laagste getoonde druk is 14 hPa, ongeveer 29 km.