meteorologia ozonów

Meteorologia Ozonu
troposfera i stratosfera to dwie najniższe warstwy atmosfery . Troposfera jest warstwą przylegającą do powierzchni Ziemi. Przeciętnie rozciąga się 11 km na szczyt troposfery, który nazywany jest tropopauzą.

w troposferze temperatura generalnie spada wraz z wysokością. Powodem jest to, że gazy troposfery pochłaniają bardzo mało promieniowania słonecznego. Zamiast tego Ziemia pochłania to promieniowanie, a następnie ogrzewa powietrze troposferyczne przez przewodzenie i konwekcję. Ponieważ ogrzewanie to jest najbardziej efektywne w pobliżu Ziemi, temperatura w troposferze stopniowo maleje wraz ze wzrostem wysokości, aż do osiągnięcia tropopauzy. To początek stratosfery. W stratosferze temperatura pozostaje izotermiczna do około 20 km. Wtedy dzieje się coś dziwnego-temperatura zaczyna wzrastać wraz z wysokością. Z temperatury około -56,5 C na 20 km wzrasta do -2,5 C na 50 km.

powodem tych wahań temperatury jest to, że ozon pochłania promieniowanie uvb w dolnej atmosferze. Wyżej w atmosferze, jednak normalny dwuatomowy tlen pochłania promieniowanie uvc. Po zaabsorbowaniu, jest on przekierowywany na różnych długościach fal, ocieplając w ten sposób stratosferę. Na szczycie stratosfery (około 50 km, stratopauza) temperatura zaczyna ponownie spadać wraz ze wzrostem wysokości. Powyżej stratopauzy, w mezosferze, termosferze i egzosferze pochłaniane są szkodliwe promienie gamma i rentgenowskie. Wykres: NASA Atmospheric Ozone Chart.

cyrkulacja atmosfery jest bardzo złożona i ma wiele czynników sprawczych. Ilość promieniowania słonecznego docierającego do ziemi zależy od szerokości geograficznej, Pory roku i zachmurzenia. Specyficzne pojemności cieplne dla różnych materiałów powierzchniowych znacznie się różnią.

dodatkowo siła Coriolisa, wynikająca z obrotu Ziemi, wpływa na ruch powietrza. Efektem netto tych czynników jest transport ozonu z tropików, gdzie powstaje większość ozonu, do średnich i wyższych szerokości geograficznych. Oczywiście, ze względu na różnice wokół Ziemi, ruch ozonu nie jest jednolity, a na danej szerokości geograficznej będą różnice w stężeniach.

ponieważ ozon jest wytwarzany i transportowany w stratosferze, potrzebne jest pewne zrozumienie struktury i cyrkulacji stratosfery. Cyrkulacja meridional lub cyrkulacja wzdłuż linii długości geograficznej, pokazuje rosnące powietrze stratosferyczne w tropikach, które schodzi na średnich i wyższych szerokościach geograficznych. Ozon jest transportowany przez ten przepływ.

po prawej: Transport ozonu przedstawiony przez zakrzywioną niebieską linię. Lokalizacja JETSTREAM wskazana przez J. „rysunek 12.5” ze wstępu do Meteorologii dynamicznej. Trzecie wydanie (autor: dr James Holton, 1992. vol. 48 W International Geophysics Series, strona 412.)

inną ważną cechą stratosfery jest zimny basen powietrza, który tworzy się na wysokich szerokościach geograficznych w zimie. To zimne powietrze jest skoncentrowane w dolnej stratosferze na około 25 km. Podczas zimy na półkuli południowej powietrze może osiągać temperatury chłodniejsze niż -90C w pobliżu bieguna południowego. Na półkuli północnej najniższe temperatury osiągają około-65C. w wyniku tego powstaje strefa silnych wiatrów zachodnich (lub wirów), która otacza każdy biegun. Ponieważ kontrast temperatury jest największy w pobliżu bieguna południowego, wir, który tworzy się tam podczas zimy na półkuli południowej, jest znacznie silniejszy niż wir, który tworzy się podczas zimy na półkuli północnej.

jedną z konsekwencji bardzo niskich temperatur stratosfery w pobliżu bieguna południowego jest powstanie dwóch rodzajów chmur polarnych stratosferycznych (PSC). Jeden składa się z czystego lodu wodnego. Chociaż powietrze zawiera bardzo mało wilgoci, w bardzo niskich temperaturach nawet te małe ilości mogą wytworzyć chmury zawierające kryształy lodu w procesie sublimacji (osadzania). Drugi i bardziej powszechny typ składa się z uwodnionej postaci kwasu azotowego (HNO3): cząsteczki kwasu azotowego są przyłączone do cząsteczek wody. Reakcje w tych chmurach przekształcają stabilne formy chloru w Cl2które łatwo dysocjuje pod wpływem światła słonecznego i niszczy Ozon. Reakcje te usuwają również gazowy HNO3. Rezultatem jest prawie całkowite zniszczenie ozonu w dolnej stratosferze na wysokościach około 14 do 19 km. W nasłonecznionych warunkach HNO3 ulega fotolizie i uwalnia NO2. NO2 następnie reaguje z ClO, usuwając go z reakcji z ozonem.

ze względu na bardzo niskie temperatury wymagane do powstania PSCs, maksymalne prawdopodobieństwo wystąpienia na półkuli północnej wynosi tylko około 10% na początku lutego. Na półkuli południowej występują corocznie, choć ich zasięg przestrzenny i czas trwania są różne.

ta liczba pokazuje, gdzie można oczekiwać PSCs. Często pionowe pozycje w atmosferze są określane przez ciśnienie atmosferyczne. Hektopaskale są zwykłymi jednostkami używanymi. Największe występowanie występuje przy ciśnieniu 68 hPa (hektopaskali) i wysokości nieco mniejszej niż 19 km. Najniższe pokazane ciśnienie wynosi 14 hPa, około 29 km.