Klimat na Ziemi

www.biomasa.org/edukacja

Czynniki wpływające na klimat - Nachylenie Ziemi 23.5 - Absorpcja promieni słonecznych w strefie zwrotnikowej - Odbijanie promieni słonecznych na biegunach Absorpcja energii słonecznej Odbijanie promieni słonecznych

Strefy klimatyczne Ziemi Strefy krajobrazowe są wynikiem oddziaływania klimatu, a ściślej - temperatury i opadów.         Nomogram klimatyczny Ziemi.

Strefy klimatyczne - klasyfikacja Okołowicza: Podstawą tej klasyfikacji było powiązanie rozkładu opadów, oraz temperatury powietrza z występującą na danym obszarze roślinnością. Wyróżniono 5 stref klimatycznych ułożonych równoleżnikowo: równikowa zwrotnikowa podzwrotnikowa umiarkowana okołobiegunowa

STREFA RÓWNIKOWA Powietrze jest silnie nagrzane w ciągu całego roku – średnie miesięczne temperatury wahają się od 24ºC do 28ºC. Ruchy wstępujące wilgotnego powietrza prowadzą do wysokich opadów (prawie codzienne zenitalne deszcze), występujących w godzinach popołudniowych zwłaszcza wiosną i jesienią.

STREFA ZWROTNIKOWA Pogoda kształtowana jest tu przez suche i gorące masy powietrza zwrotnikowego. Wysokie temperatury powietrza.  Przeważają układy wysokiego ciśnienia i ruchy zstępujące powietrza, co hamuje rozwój konwekcji, zachmurzenia i opadów.

STREFA PODZWROTNIKOWA Klimat tej strefy tworzony jest przez powietrze zwrotnikowe latem i polarne zimą. Lata są słoneczne, gorące bez opadów, zimy łagodne, bez mrozu i śniegu.

STREFA UMIARKOWANA Klimaty tej strefy są pod wpływem polarnych, arktycznych i zwrotnikowych mas powietrza. Występują częste zmiany pogody, układy niskiego ciśnienia. Zima (z opadami śniegu) względnie ciepła, lato ciepłe ale nie upalne. Występują cztery pory roku.

STREFA OKOŁOBIEGUNOWA (POLARNA) Strefę tą kształtuje wpływ różnic w nasłonecznieniu i oświetleniu letniego długiego dnia polarnego i długiej zimowej nocy polarnej. Przeważają opady śniegu. Średnia roczna temperatura powietrza poniżej 0°C. Nie występują klasyczne pory roku, są za to trwające po kilka miesięcy dni i noce polarne.

Klimat na Ziemi - pory roku

REKORDY TEMPERATURY Temperatura powietrza (°C) Kontynent Max. oC Miejsce i data Min. oC Europa 50,0 Sewilla (Hiszpania) 4 VIII 1881 r. -55,0 Ust-Czugor (Rosja) Azja 53,9 Tirat - Zewi (Izrael) 21 VI 1942 r. -77,8 Ojmiakon (Rosja, Jakucja) zima 1938/1939 Ameryka Północna 56,7 Death Valley (USA Kalifornia) 10 VII 1913 r. -62,8 Jukon (Kanada) 3 II 1947 r. Południowa 48,9 Rivadiawa (Argentyna) 11 IX 1922 r. -32,8 Sarmiento (Argentyna) 1 VI 1907 r. Afryka 57,8 Al - Zazizijja (Libia) 13 IX 1922 r. -23,9 Ifrane (Maroko) 11 II 1935 r. Australia 57,2 Cloncurry 1833 r. i 1849 r. -23,0 Charlotte Pass 19 VI 1994 r. Antarktyda 15,0 Stacja "Vanda" 5 I 1974 r. -89,2 Stacja badawcza Wostok 21 VII 1983 r.

Czynniki klimatotwórcze, kształtujące klimat A. CYRKULACYJNE – związane z cyrkulacją mas powietrza na poszczególnych szerokościach geograficznych B. STREFOWE – zależą od kąta padania promieni słonecznych na danej szerokości geograficznej. - Stopień oświetlenia C. ASTREFOWE - powodują zróżnicowanie warunków klimatycznych w obrębie poszczególnych stref klimatycznych. - Odległość od mórz i oceanów - Rzeźba terenu i rodzaj podłoża - Prądy morskie - Pokrycie terenu i działalność człowieka - Wybuchy wulkanów

Cyrkulacja globalna powietrza Krążenie powietrza nad kulą ziemską jest zależne od ilości promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi i pochłanianego przez tą powierzchnię. W efekcie wyróżniamy na Ziemi trzy powiązane komórki cyrkulacyjne: komórkę polarną w strefie okołobiegunowej komórkę cyrkulacji wymuszonej Ferrela w umiarkowanych szerokościach geograficznych komórkę cyrkulacji bezpośredniej Hadleya w strefie międzyzwrotnikowej

A. Cyrkulacyjne Cyrkulacja powietrza na Ziemi

Cyrkulacja powietrza na równiku komórka Hadleya Intensywne promieniowanie na równiku ogrzewa Ziemię Powietrze oziębia się, następnie ulega kondensacji i opada w postaci deszczu Gorące powietrze wznosi się „zbierając” wilgoć Dużo deszczu w okolicach równika

Cyrkulacja w strefie międzyzwrotnikowej komórka Hadleya Część powietrza kieruje się na N Część powietrza kieruje się na S Suche wznoszące się powietrze Suche powietrze opada na 30º N …i opada na 30º S H H L Sucho, pustynia Sucho, pustynia Powietrze kieruje się na N i na S

Cyrkulacja globalna powietrza

Cyrkulacja globalna - animacja Siła Coriolisa

Średnie miesięczne temperatury powietrza B. Stopień oświetlenia Średnie miesięczne temperatury powietrza 0 10 C

C. Odległość od mórz i oceanów Moskwa Hamburg Montreal

2. Odległość od mórz i oceanów Wiatry monsunowe

C. Odległość od mórz i oceanów

(wiatr od morza), który chłodzi w upalne dni C. Odległość od mórz i oceanów Bryza dzienna (wiatr od morza), który chłodzi w upalne dni Bryza nocna wiatr ocieplający powietrze nocą

C. Ukształtowanie powierzchni Wiatr zboczowy – lokalny wiatr okresowy wiejący w górach, zmieniający w ciągu doby swój kierunek. W ciągu dnia jest to wiatr dolinny, a w nocy wiatr górski. Wiatr dolinny Wiatr górski

C. Ukształtowanie powierzchni Wiatry spływowe (lodowcowe) - wiatry zimne, spadające przeważnie całorocznie zimnych powierzchni lodowców w niżej położone o wyższej temperaturze powietrza doliny. Spotykane są we wszystkich górach o znacznym zasięgu pokryw lodowcowych, zwłaszcza w rejonie Grenlandii i na Antarktydzie.

C. Ukształtowanie powierzchni Wiatr halny (fen, chinook- j.indian„pożeracz śniegu”) – ciepły i suchy wiatr wiejący z gór w kierunku doliny. Może osiągać znaczne prędkości (ponad 100 km/h). Wywołany jest zawsze prądem powietrza unoszącego się w kierunku gór i opadającego po drugiej stronie łańcucha górskiego.

Halny, fen chinook

C. Pokrycie terenu i działalność człowieka Temperatury powietrza w centrach miast są średnio nawet o 2-3°C wyższe od terenów je otaczających. Zjawisko to nazywamy miejską wyspą ciepła. Silnie nagrzane podłoże prowadzi do powstania ośrodka niższego ciśnienia w stosunku do terenów otaczających. Dlatego częstym zjawiskiem jest wiatr wiejący ku centrum miasta, zwany bryzą miejską.

C. Wybuchy wulkanów Erupcje wulkaniczne przyczyniają się do okresowego (od kilkunastu miesięcy do paru lat) ochłodzenia klimatu globalnego. Obniżenie temperatury po wybuchach wulkanów ma związek z zapyleniem atmosfery przez popioły wulkaniczne i zmniejszeniem docierającego do powierzchni Ziemi bezpośredniego promieniowania słonecznego.

Wiatr i ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie atmosferyczne, a wiatry Wiatr – wywołany różnicą ciśnień poziomy ruch powietrza w niższej warstwie troposfery od ciśnienia wyższego do niższego, czyli od wyżu barycznego do niżu barycznego. Ciśnienie atmosferyczne - nacisk jaki wywiera słup powietrza na jednostkę powierzchni. Jednostką ciśnienia jest hektopascal (hPa) lub milimetr wysokości słupa rtęci (mmHg). Jako ciśnienie normalne powietrza przyjmuje się ciśnienie słupa rtęci przy temperaturze 0°C na 45° szerokości geograficznej na poziomie morza. Jego średnia wartość wynosi 760 mmHg lub 1013 hPa.

Rozkład ciśnienia na mapach przedstawia się za pomocą izolinii zwanych izobarami. Układ podwyższonego ciśnienia, w którym ono wzrasta ku środkowi w obrębie zamkniętych izobar, nazywamy wyżem barycznym (W). Kiedy ciśnienie w obrębie zamkniętych izobar spada ku środkowi mamy do czynienia z niżem barycznym (N). Układy wysokich i niskich ciśnień są wywołane przez różnice temperatury występujące na powierzchni Ziemi.

Niskie ciśnienie Wysokie ciśnienie Ciśnienie atmosferyczne, a wiatry Niskie ciśnienie Wysokie ciśnienie N W Wiatr

Pasaty - są to stałe wiatry ciepłe wiejące cały rok i zawsze z tego samego kierunku czyli od pasa wyżów zwrotnikowych w kierunku równików. Wiatry pasatowe

Zmiany sezonowe w kierunkach wiatru na Ziemi

Wpływ pasatów na produkcję pierwotną Ziemi Produkcja pierwotna (NPP), największa produkcja zaznaczona na zielono

Kierunki wiatrów wokół układów barycznych Wiatry pasatowe N W na półkuli południowej na półkuli północnej

Skala Beauforta – skala służąca do opisu siły wiatru. Siła wiatru km/h Nazwa Wpływ wiatru na ląd 0,0-5,4 cisza bezruch powietrza 1 5,5-11,0 powiew dym unosi się prawie pionowo do góry 2 11,1-18,4 słaby wiatr odczuwa się powiew, liście drżą 3 18,5-27,7 łagodny wiatr wiatr porusza liście 4 27,8-38,8 umiarkowany wiatr porusza gałązki, unosi kurz i suche liście 5 38,9-49,9 świeży wiatr wiatr porusza większe gałęzie, gwiżdże w uszach, wyprostowuje duże flagi 6 50,0-61,0 silny wiatr wiatr porusza grube gałęzie, świst na przedmiotach 7 61,1-73,9 bardzo silny wiatr wiatr porusza cieńsze pnie, opór przy marszu pod wiatr 8 74,0-86,9 sztorm wiatr ugina pnie, łamie gałęzie 9 87,0-101,8 silny sztorm wiatr unosi drobne przedmioty, łamie duże gałęzie 10 101,9-116,6 bardzo silny sztorm wiatr łamie i wyrywa drzewka 11 116,7-131,4 gwałtowny sztorm wiatr łamie pnie drzew, spustoszenie 12 pow.131,5 huragan wiatr niszczy budynki, wielkie spustoszenie

Wiatry cyklonalne Cyklon - rodzaj cyrkulacji atmosferycznej typowej dla niżów barycznych. Występuje wirowy układ wiatrów w obrębie niżu. Charakteryzują się potężnym, wirem powietrznym o prędkości wiatru przy powierzchni ziemi przekraczającej 118 km/h. Zwane są huraganami (USA, Kanada) i tajfunami (Azja)

Warunki konieczne do powstania cyklonu Temperatura warstwy powierzchniowej oceanu o grubości co najmniej 50 m powinna przekraczać 26.5°C. Ocean jest zbiornikiem energii dostatecznie pojemnym dla rozwoju cyklonu. Po utworzeniu się chmur powietrze jest ogrzewane i nawilżane przez ciepłą wodę oceanu. Rozkład temperatury i wilgotności w atmosferze powinien być odpowiedni dla rozwoju intensywnych, wypiętrzonych chmur burzowych. Rozwija się wówczas , przez całą grubość troposfery, konwekcja, która może "rozkręcić" cały układ.

Warunki konieczne do powstania cyklonu Odległość od równika powinna wynosić co najmniej 500 km. Na równiku pozioma składowa siły Coriolisa jest mała, dalej od równika unoszenie i opadanie wywołuje wirowanie układu. Zmienność prędkości wiatru z wysokością w całej troposferze powinna być niewielka. Pozwala to na "zorganizowanie się" chmur konwekcyjnych w układ cykloniczny.

Tworzenie się cyklonu - schemat

Cyklony najczęściej rozwijają się na przełomie lata i jesieni (96% cyklonów na Atlantyku), co jest związane z najwyższą temperaturą powierzchni wód w tym okresie. Tory ruchu cyklonów w latach 1985-2005

Niszczycielska siła huraganów przejawia się głównie na trzy sposoby: I) Potężny wiatr, zrywający wszystkie dachy, równający z ziemią wiele budynków i wyrywający drzewa z korzeniami. W przypadku huraganu piątej kategorii ludzie muszą szukać schronienia w schronach. II) Intensywne opady, powodujące powodzie, nasiąkanie ziemi wodą i osuwiska. Podczas przechodzenia huraganu Katrina na każdy metr kwadratowy ziemi spadło około 500 litrów wody. III) Olbrzymie, mogące sięgać 6 metrów fale przypływowe spowodowane wiatrem, wysokie fale sztormowe zalewające miasta.

Siła huraganów, cyklonów Skala Saffira-Simpsona - skala opracowana w 1969 przez inżyniera Herberta Saffira w celu klasyfikacji huraganów. Siła huraganów podawana jest dla punktu wejścia na ląd.

Trąby powietrzne (tornada Trąby powietrzne (tornado, twister) - tworzą się na lądzie w wyniku zderzenia ciepłych i wilgotnych mas powietrza z zimnymi i suchymi. Powstaje wirujący lej utworzony z chmur, który sięga aż do ziemi. Trąby są zjawiskami krótkotrwałymi i mają dużo mniejszy zasięg niż cyklony, powodują jednak ogromne zniszczenia

Tworzenie się trąby powietrznej - schemat

Występowanie tornad w USA – aleja tornad

Ilość tornad w USA w latach 1950-2005

Trąba wodna (trąba morska) to zjawisko meteorologiczne polegające na formowaniu się pionowego chmurzastego wiru w kształcie leja, występującego nad powierzchnią wody, połączonego z chmurą kłebiastą

Trąby powietrzne w Polsce Trąba powietrzna w naszych szerokościach geograficznych jest silnym wirem powietrza o niewielkiej średnicy - od kilku do kilkudziesięciu metrów i pionowej lub skośnej osi obrotu względem powierzchni Ziemi. Wyrasta zwykle w przedniej części chmury burzowej Cumulonimbus (Cb) w postaci leja skierowanego ku powierzchni Ziemi. Częstość występowania trąb powietrznych w ciągu roku w Polsce waha się od 1 - 4 (w USA rocznie około 1000, przy czym tylko nieliczne osiągają intensywność 4 lub 5 w skali Fujity).

Skala Fujity – siedmiostopniowa skala oceniająca poziom intensywności tornad na podstawie siły wiatru i zniszczeń zabudowy (F0) to wiatr osiągający prędkość 64 – 116 km/h. (F1) wiatr osiąga prędkość 117 – 180 km/h. Może być przyczyną zniszczeń drewnianych budynków gospodarczych i elementów dachów, może przewracać pojazdy o niedużej masie i dużej powierzchni, t.j. przyczepy campingowe oraz naczepy lub też spychać poruszające się pojazdy. (F2) przy wietrze o prędkości 181 – 253 km/h. Tornado o takiej mocy zrywa dachy, wyrywa wielkie drzewa wraz z korzeniami i przewraca samochody. (F3) siła wiatru 254 – 332 km/h. Wyrywa drzewa oraz może kompletnie zniszczyć budynki, może powodować wykolejenie się pociągów oraz podnosić cięższe samochody. (F4) tornado o prędkości wiatru 333 – 419 km/h. Porywa duże oraz ciężkie pojazdy, wznosi je do góry, a także domy posiadające słabsze fundamenty. (F5) najsilniejsze tornado, wiatr osiąga prędkość 419 – 512 km/h. Potrafi unosić nawet ciężkie obiekty i przenosić nawet kilkaset metrów dalej. Wszystko co znajduje się na jego drodze zostaje zrównane z ziemią.

Zależność między skalą Beauforta i Fujita km/h 1300 1100 965 800 640 480 320 160

mierzą chwilową prędkość wiatru. Pomiar prędkości wiatru Anemotachometry mierzą chwilową prędkość wiatru. Anemometry mierzą średnią prędkość wiatru w czasie np. w czasie 60 sek. Wiatromierz stacjonarny z anemometrem

Największa farma wiatrowa na świecie - The Roscoe Wind Complex Farm – Texas. Moc 781 MW. Energia wystarczająca dla ok. 230 000 domów

Największe farmy wiatrowe w Europie Fantanele and Cogealac – Rumunia. Farma nadmorska nad Morzem Czarnym, moc 600 MW Whitelee - Wielka Brytania (Szkocja), moc 538 MW Whitelee Fantanele and Cogealac

Jedna z największych farm wiatrowych w Polsce Gmina Margonin – farma zajmuje obszar ok. 50 km2, 60 turbin o łącznej mocy 120 MW. Gmina Margonin 120MW

Wieże słoneczne W Hiszpanii wybudowano wysoką na ok. 140 m wieżę słoneczną w pobliżu Sewilli (moc elektr.-19.9 MW). Cała konstrukcja składa się z ponad 2650 heliostatów zajmujących powierzchnię ok. 185 ha wokół wieży. Dostarcza energię do 25 000 domów.

Wieże słoneczne - schemat działania Promienie słońca zostają skupione za pomocą luster i podgrzewają wodę (morską). Wytwarzana jest para która napędza turbinę i produkowana jest energia elektryczna.

W trakcie „produkcji” energii przez wieże słoneczne woda morska może być odsalana w procesie skraplania pary wodnej.

Projekt desertec – czysta energia dla Europy