meteorologi av ozoner

Meteorologi av ozon
troposfären och stratosfären är de två lägsta skikten i atmosfären. Troposfären är skiktet bredvid jordens yta. I genomsnitt sträcker den sig 11 km till toppen av troposfären som kallas tropopausen.

i troposfären minskar temperaturen i allmänhet med höjd. Anledningen är att troposfärens gaser absorberar mycket lite av den inkommande solstrålningen. Istället absorberar marken denna strålning och värmer sedan den troposfäriska luften genom ledning och konvektion. Eftersom denna uppvärmning är mest effektiv nära marken minskar temperaturen i troposfären gradvis med ökande höjd tills tropopausen uppnås. Detta är början på stratosfären. I stratosfären förblir temperaturen isotermisk till ca 20 km. Då händer en konstig sak-temperaturen börjar faktiskt öka med höjden. Från en temperatur på ca -56,5 C vid 20 km ökar den till -2,5 C vid 50 km.

anledningen till denna temperaturfluktuation är att Ozon absorberar uvb-strålningen i den lägre atmosfären. Högre i atmosfären absorberar emellertid normalt diatomiskt syre uvc-strålningen. När den har absorberats omdirigeras den vid olika våglängder och värmer därmed stratosfären. På toppen av stratosfären (ca 50 km, stratopausen) börjar temperaturen minska igen när höjden ökar. Ovanför stratopausen absorberas skadliga gammastrålar och röntgenstrålar i mesosfären, termosfären och exosfären. Diagram: NASA Atmosfäriskt Ozondiagram.

atmosfärens cirkulation är mycket komplex och har många orsaksfaktorer. Mängden solstrålning som når marken varierar beroende på latitud, årstid och Molntäcke. Specifik värmekapacitet för olika ytmaterial varierar kraftigt.

Dessutom påverkar Coriolis-kraften, som härrör från jordens rotation, luftens rörelse. Nettoeffekten av dessa faktorer är transporten av ozon från tropikerna, där mest ozon bildas, till mitten och högre breddgrader. Naturligtvis, på grund av variationer runt jorden, är ozonrörelsen inte enhetlig, och vid en given latitud kommer det att finnas variationer i koncentrationer.

eftersom ozon produceras och transporteras i stratosfären behövs en viss förståelse för stratosfärens struktur och cirkulation. Den meridionala cirkulationen, eller cirkulationen längs longitudlinjer, visar stigande stratosfärisk luft i tropikerna, som sjunker vid mellersta och högre breddgrader. Ozon transporteras av detta flöde.

höger: Transport av ozon avbildad av krökt blå linje. JETSTREAM plats anges av J. ”figur 12.5” från en introduktion till dynamisk Meteorologi. Tredje upplagan (av Dr James Holton, 1992. vol. 48 i International Geophysics Series, sidan 412.)

ett annat viktigt inslag i stratosfären är den kalla poolen av luft som bildas vid höga breddgrader under vintern. Denna kalla luft är centrerad i den nedre stratosfären på cirka 25 km. Under den södra halvklotet vintern luft kan nå temperaturer kallare än-90C nära Sydpolen. På norra halvklotet når de lägsta temperaturerna ca-65C. CLAES temperaturdata

som ett resultat bildar en zon med starka västliga vindar (eller virvel) och omger varje pol. Eftersom temperaturkontrasten är störst i närheten av Sydpolen är virveln som bildas där under vintern på södra halvklotet betydligt starkare än virveln som bildas under vintern på norra halvklotet.

en konsekvens av stratosfärens mycket kalla temperaturer nära Sydpolen är bildandet av två typer av polära stratosfäriska moln (PSC). En består av ren vattenis. Även om luften innehåller mycket lite fukt, kan även dessa små mängder vid mycket låga temperaturer producera iskristallhaltiga moln genom sublimeringsprocessen (deponering). Den andra och vanligare typen består av en hydratiserad form av salpetersyra (HNO3): salpetersyramolekylerna är fästa vid vattenmolekyler. Reaktioner i dessa moln omvandlar stabila former av klor till Cl2som lätt dissocierar under påverkan av solljus och förstör Ozon. Dessa reaktioner avlägsnar också gasformig HNO3. Resultatet är nästan total förstörelse av ozon i den nedre stratosfären vid höjder på cirka 14 till 19 km. Under solbelysta förhållanden genomgår HNO3 fotolys och släpper ut NO2. NO2 reagerar sedan med ClO och tar bort det från reaktioner med ozon.

På grund av de mycket kalla temperaturer som krävs för bildandet av PSC är toppsannolikheten för förekomst på norra halvklotet endast cirka 10% i början av februari. På södra halvklotet är de en årlig förekomst, även om deras rumsliga omfattning och tidsmässiga varaktighet varierar.

denna figur visar var PSC kan förväntas. Ofta refereras vertikala positioner i atmosfären av atmosfärstryck. Hektopascals är de normala enheter som används. Störst förekomst är vid ett tryck av 68 hPa (hektopascals), och en höjd av något mindre än 19 km. Det lägsta trycket som visas är 14 hPa, ca 29 km.