Troposfera (Română)

o vedere a troposferei Pământului dintr-un avion.în volum, aerul uscat conține 78,08% azot, 20,95% oxigen, 0,93% argon, 0,04% dioxid de carbon și cantități mici de alte gaze. Aerul conține, de asemenea, o cantitate variabilă de vapori de apă. Cu excepția conținutului de vapori de apă, compoziția troposferei este în esență uniformă. Sursa de vapori de apă se află la suprafața Pământului prin procesul de evaporare. Temperatura troposferei scade odată cu altitudinea., Și, presiunea vaporilor de saturație scade puternic pe măsură ce temperatura scade. Prin urmare, cantitatea de vapori de apă care poate exista în atmosferă scade puternic odată cu altitudinea, iar proporția de vapori de apă este în mod normal cea mai mare în apropierea suprafeței Pământului.presiunea atmosferei este maximă la nivelul mării și scade odată cu altitudinea. Acest lucru se datorează faptului că atmosfera este foarte aproape în echilibru hidrostatic, astfel încât presiunea este egală cu greutatea aerului deasupra unui punct dat.,el densitate cu hidrostatică ecuație

d P d z = − ρ g n = − m P g n R T {\displaystyle {\frac {dP}{c}}=-\rho g_{n}=-{\frac {mPg_{n}}{RT}}}

în cazul în care:

• gn este gravitația standard
• ρ este densitatea

• z este altitudinea
• P este presiunea
• R este constanta de gaz
• T este termodinamică (absolută) temperatura
• m este masa molară

Deoarece temperatura în principiu, de asemenea, depinde de altitudine, este nevoie de o a doua ecuație pentru a determina presiunea în funcție de altitudine, așa cum sa discutat în secțiunea următoare.,

TemperatureEdit

temperatura troposferei scade în general pe măsură ce altitudinea crește., Rata la care temperatura scade, − d T / d z {\displaystyle-DT/dz} , se numește rata de scurgere a mediului (ELR). ELR nu este altceva decât diferența de temperatură dintre suprafață și tropopauză împărțită la înălțime. ELR presupune că aerul este perfect nemișcat, adică că nu există nici o amestecare a straturilor de aer din convecția verticală, nici vânturi care ar crea turbulențe și, prin urmare, amestecarea straturilor de aer., Motivul acestei diferențe de temperatură este că solul absoarbe cea mai mare parte a energiei soarelui, care apoi încălzește nivelurile inferioare ale atmosferei cu care este în contact. Între timp, radiația de căldură din partea superioară a atmosferei are ca rezultat răcirea acelei părți a atmosferei.ELR presupune că atmosfera este nemișcată, dar pe măsură ce aerul este încălzit devine plutitor și se ridică., Rata de scurgere adiabatică uscată reprezintă efectul expansiunii aerului uscat pe măsură ce crește în atmosferă, iar ratele de scurgere adiabatică umedă includ efectul condensării vaporilor de apă asupra ratei de scurgere.când o parcelă de aer crește, se extinde deoarece presiunea este mai mică la altitudini mai mari. Pe măsură ce pachetul de aer se extinde, acesta împinge aerul din jur spre exterior, transferând energia sub formă de muncă din acel pachet în atmosferă. Deoarece transferul de energie către o parcelă de aer prin căldură este foarte lent, se presupune că nu se schimbă energia prin căldură cu mediul., Un astfel de proces se numește un proces adiabatic (fără transfer de energie prin căldură). Deoarece parcela de aer în creștere pierde energie, deoarece funcționează asupra atmosferei înconjurătoare și nu se transferă energie în ea ca căldură din atmosferă pentru a compensa pierderea, parcela de aer pierde energie, ceea ce se manifestă ca o scădere a temperaturii parcelei de aer. Reversul, desigur, va fi valabil pentru o parcelă de aer care se scufundă și este comprimată.,

Deoarece procesul de comprimare și expansiune a unei parcele de aer pot fi considerate reversibile și nu energia este transferată în sau din parcelă, un astfel de proces este considerat isentropic, în sensul că nu există nici o schimbare în entropie ca parcele de aer se ridică și cade, d S = 0 {\displaystyle dS=0} ., Deoarece schimbul de căldură d Q = 0 {\displaystyle dQ=0} este legat de variatie d S {\displaystyle dS} de d Q = T d S {\displaystyle dQ=TdS} , ecuația care guvernează temperatura, în funcție de înălțime pentru o amestecă bine atmosfera este

d S d z = 0 {\displaystyle {\frac {\,dS\,}{c}}=0}

în cazul în care S este entropia. Ecuația de mai sus afirmă că entropia atmosferei nu se schimbă cu înălțimea. Rata la care temperatura scade odată cu înălțimea în astfel de condiții se numește rata de scurgere adiabatică.,pentru aerul uscat, care este aproximativ un gaz ideal, putem continua mai departe. Adiabatică ecuație pentru un gaz ideal este

p ( z ) − γ γ − 1 = constant {\displaystyle p(z){\Bigl }^{-{\frac {\gamma }{\,\gamma \,-\,1\,}}}={\text{constantă}}} d T d z = − m g R γ − 1 γ = − 9.8 ∘ C / k m {\displaystyle {\frac {\,dT\,}{c}}=-{\frac {\;mg\;}{R}}{\frac {\;\gamma \,-\,1\;}{\gamma }}=-9.8^{\circ }\mathrm {C/km} }

în Cazul în care aerul conține vapori de apă, apoi răcirea aerului se poate determina apa sa condenseze, iar comportamentul nu mai este cel al unui gaz ideal., Dacă aerul este la presiunea saturată a vaporilor, atunci rata la care temperatura scade cu înălțimea se numește rata de scurgere adiabatică saturată. Mai general, rata reală la care temperatura scade odată cu altitudinea se numește rata de scurgere a mediului. În troposferă, rata medie de scurgere a mediului este o scădere de aproximativ 6,5°C pentru fiecare 1 km (1.000 de metri) în înălțime crescută.,

mediu lapse rata (rata reală la care temperatura scade cu înălțimea, d T / d z {\displaystyle dT/dz} ) nu este de obicei egală cu rata devine caducă adiabatică (sau în mod corespunzător, d S / d z ≠ 0 {\displaystyle dS/dz\neq 0} ). Dacă superioare aerul este mai cald decât a prezis de către adiabatică rata de lapse ( d S / d z > 0 {\displaystyle dS/dz>0} ), atunci când o parcelă de aer crește și se extinde, se va ajunge la o înălțime de nouă, la o temperatură mai mică decât împrejurimile sale., În acest caz, pachetul de aer este mai dens decât împrejurimile sale, astfel încât se scufundă înapoi la înălțimea inițială, iar aerul este stabil împotriva ridicării. Dacă, dimpotrivă, aerul superior este mai rece decât a prezis rata de scurgere adiabatică, atunci când parcela de aer se ridică la noua sa înălțime, va avea o temperatură mai ridicată și o densitate mai mică decât împrejurimile sale și va continua să accelereze în sus.troposfera este încălzită de jos prin căldură latentă, radiații cu unde lungi și căldură sensibilă. Încălzirea excedentară și expansiunea verticală a troposferei au loc în tropice., La latitudinile medii, temperaturile troposferice scad de la o medie de 15°C (59°F) la nivelul mării la aproximativ -55°C (-67°F) la tropopauză. La poli, temperatura troposferică scade doar de la o medie de 0°C (32°F) la nivelul mării la aproximativ -45°C (-49°F) la tropopauză. La ecuator, temperaturile troposferice scad de la o medie de 20°C (68°F) la nivelul mării la aproximativ -70°C până la -75°c (-94 până la -103°F) la tropopauză. Troposfera este mai subțire la poli și mai groasă la ecuator., Grosimea medie a troposferei tropicale este cu aproximativ 7 kilometri mai mare decât grosimea medie a troposferei la poli.Tropopauza este regiunea de graniță dintre troposferă și stratosferă.măsurarea schimbării temperaturii cu înălțimea prin troposferă și stratosferă identifică locația tropopauzei. În troposferă, temperatura scade odată cu altitudinea. În stratosferă, totuși, temperatura rămâne constantă pentru o vreme și apoi crește odată cu altitudinea., Acest strat mai rece a atmosferei, în cazul în care modificările rata de lapse de la pozitiv (în troposferă) la negativ (în stratosferă), este definit ca tropopauza. Astfel, tropopauza este un strat de inversiune și există puțină amestecare între cele două straturi ale atmosferei.