Wpływ geograficznego zróżnicowania napromieniowania oraz właściwości podłoża na dystrybucję energii na powierzchni Ziemi http://www.ocean.ug.edu.pl/pages/wersja-polska/zaklady/zof/dla-studentow/fizyka-morza---licencjat.php.

Prezentacja na temat: "Wpływ geograficznego zróżnicowania napromieniowania oraz właściwości podłoża na dystrybucję energii na powierzchni Ziemi http://www.ocean.ug.edu.pl/pages/wersja-polska/zaklady/zof/dla-studentow/fizyka-morza---licencjat.php."— Zapis prezentacji:

1 Wpływ geograficznego zróżnicowania napromieniowania oraz właściwości podłoża na dystrybucję energii na powierzchni Ziemi fizyka morza - wykład 2

2 Nierównomierność dopływu energii
Podstawową przyczyną skomplikowanych procesów termo-dynamicznych w obrębie atmo- i hydrosfery jest nierównomierny dopływ energii słonecznej do poszczególnych części globu ziemskiego. Można wyróżnić 2 rodzaje przyczyn tej nierównomierności: astronomiczne lokalne fizyka morza - wykład 2

3 Nierównomierność dopływu energii
Przyczyny astronomiczne ruch obrotowy Ziemi wokół własnej osi stałe nachylenie osi Ziemi do płaszczyzny orbity, po której porusza się wokół Słońca ruch obiegowy Ziemi wokół Słońca po orbicie eliptycznej fizyka morza - wykład 2

4 Nierównomierność dopływu energii
Przyczyny lokalne: stan atmosfery zachmurzenie zmienność koncentracji składników absorbujących i rozpraszających promieniowanie elektromagnetyczne charakter powierzchni albedo pojemność cieplna inne właściwości fizyczne fizyka morza - wykład 2

5 Nasłonecznienie Ziemi w ciągu roku [Wm-2]
Źr. (Apel 1987) fizyka morza - wykład 2

6 Zmienność południkowa
fizyka morza - wykład 2

7 Strumień promieniowania słonecznego na górnej granicy atmosfery
Łączny, średni roczny dopływ energii słonecznej zależy od szerokości geograficznej – maleje od ponad 250 Wm-2 w obszarze okołorównikowym do nieco ponad 50 Wm-2 wokół biegunów Jeśli zsumujemy strumień promieniowania słonecznego padający na powierzchnię Ziemi na danej szerokości geograficznej w ciągu roku to otrzymamy obraz przedstawiony na rys. 2. Wynika z niego, że łączny, roczny dopływ energii słonecznej zależy od szerokości geograficznej maleje od ponad 250 W/m2 w obszarze okołorównikowym do nieco ponad 50 W/m2 wokół biegunów. Kompensujący go w globalnym rozliczeniu strumień długofalowego promieniowania Ziemi też jest zróżnicowany w kierunku południkowym ale w znacznie mniejszym stopniu. fizyka morza - wykład 2

8 Globalny strumień energii
Powstaje więc sytuacja, w której część kuli ziemskiej ma stałą nadwyżkę, a inna część ubytek energii. Pomimo tego, pozytywnego w niskich i negatywnego w wysokich szerokościach geograficznych bilansu energetycznego, brak jest oznak ich stałego ocieplania lub ochładzania. Oznacza to, że istnieje jakiś mechanizm wzajemnej wymiany tej energii pomiędzy nimi. Przyjmuje się, że mechanizm ten to systemy cyrkulacji powietrza w atmosferze i wody w hydrosferze czyli w uproszczeniu wiatry atmosferyczne i prądy oceaniczne. Jak dotąd nie ma ostatecznej zgody w środowisku naukowym co do tego, który z tych systemów odgrywa większą rolę. Jest jednak pewne, że w niskich szerokościach geograficznych większe znaczenie dla transportu ciepła mają prądy oceaniczne, a w wyższych wiatry (rys. 3). Prądy morskie przenoszą ciepło przede wszystkim przez adwekcję, a więc transportując masy wody o większej zawartości ciepła do obszarów chłodniejszych i odwrotnie, natomiast w przypadku wiatrów oprócz takiego samego sposobu (tzn. adwekcji) duże znaczenie ma transport ciepła utajonego. Polega to na tym, że ciepło jest transportowane np. w postaci pary wodnej i uwalniane dopiero po jej kondensacji. W oceanie odpowiednikiem takiego sposobu może być transport gór lodowych przez prąd morski. Jednak jego rola jest nieporównanie mniejsza. prądy oceaniczne mają duże znaczenie, przede wszystkim w niskich i średnich szerokościach geograficznych fizyka morza - wykład 2

9 Mechanizm zamiany energii promienistej na mechaniczną
Cyrkulacja monsunowa Przyczyna Stały dopływ energii słonecznej Różnica pojemności cieplnej sąsiadujących obszarów Skutek Powstanie różnicy ciśnień Inicjalizacja cyrkulacji powietrza Inicjalizacja cyrkulacji wody Generacja upwellingu i downwellingu fizyka morza - wykład 2

10 Schematy cyrkulacyjne
Najważniejszym, prostym mechanizmem wymiany ciepła pomiędzy atmo i hydrosferą jest parowanie. Ma ono największe znaczenie w obszarach gdzie występują równocześnie wysokie temperatury i wystarczająco dużo wody. Do takich obszarów zaliczamy: oceany w strefie tropikalnej baseny rzek Amazonki i Konga dalekowschodni “kontynent wyspowy” Silne parowanie (globalnie ok ton pary H2O na rok), wysokie temperatury powodują powstawanie silnych prądów wstępujących przenoszących na wysokość do 12, 15 km (a nawet do stratosfery) wilgotne ciepłe powietrze. Część wody wraca z powrotem na powierzchnię Ziemi w postaci tropikalnych deszczów. Powstały na skutek ciągłego odpływu powietrza ku górze obszar niskiego ciśnienia powoduje “ssanie” go z obszarów sąsiadujących. fizyka morza - wykład 2

11 Cyrkulacja południkowa
fizyka morza - wykład 2

12 Cyrkulacja południkowa
fizyka morza - wykład 2

13 Cyrkulacja globalna fizyka morza - wykład 2 2017-03-26
Generalnie, bilans energetyczny Ziemi jest w przybliżeniu równy 0 co wydaje się być warunkiem koniecznym dla naszej egzystencji na niej. Nie oznacza to jednak w żadnym przypadku braku zróżnicowania w jej obrębie, a zwłaszcza w jej cieniutkiej warstwie po­wierzchniowej. fizyka morza - wykład 2

14

15 Lipiec Styczeń fizyka morza - wykład 2 2017-03-26
Wiatry przypowierzchniowe przeważające na kuli ziemskiej w lipcu (a) i styczniu (b) fizyka morza - wykład 2

16 Cyklony tropikalne element wyzwalający - niewielki niż w obrębie Międzyzwrotnikowej Strefy Konwergencji np. w obszarze na prawo od pasatu powstałe zaburzenie w równoleżnikowym przebiegu izobar (najczęściej między 5 i 20°N w okresie późnego lata) przesuwa się ku zachodowi w postaci fali nagrzane od morza i wilgotne powietrze szybko unosi się do góry – następuje szybki rozwój chmur typu cumulonimbus, gwałtowne opady i coraz szybszy spadek ciśnienia prawie koncentryczny układ izobar wokół centrum; ciśnienie spada do ok. 950 hP; duży gradient ciśnienia wyzwala bardzo silny wiatr (do 200 km/godz.). energia uwalniana w obrębie cyklonu pochodzi przede wszystkim z ukrytego ciepła parowania przez kondensację pary wodnej w chmury, a potem deszcz; powoduje ona ogrzanie powietrza w obrębie cyklonu i jeszcze szybsze jego wznoszenie się. konkluzja: cyklony powstają tylko nad oceanami i tylko w strefie tropikalnej - konieczna jest duża ilość ciepłego i wilgotnego powietrza, a to może dostarczyć jedynie nagrzany ocean krytyczna temperatura konieczna do zapoczątkowania zjawiska to 27-29°C (krytyczna, gdyż umożliwia zmagazynowanie w unoszonym powietrzu dużo pary wodnej (a więc i energii), której stężenie silnie zależy od temperatury) najbardziej spektakularny przykład przepływu ciepła pomiędzy oceanem i atmosferą fizyka morza - wykład 2

17 Cyklon Katrina fizyka morza - wykład 2

18 Obszary tworzenia się cyklonów
fizyka morza - wykład 2

19 Trasy cyklonów w latach 1985-2005
B D E F G Global pattern of tropical cyclones. Storms occur regularly in seven tropical cyclone "basins": A. Atlantic. B. Northeast Pacific. C. Northwest Pacific. D. North Indian. E. Southwest Indian. F. Southeast Indian/Australian. G. Australian/Southwest Pacific. Tropical cyclones with winds exceeding 73 mph are called hurricanes in basins A and B, typhoons in Basin C, and cyclones in basins D, E, F, and G. Data from Global Tropical and Extratropical Cyclone Climatic Atlas (Fleet Numerical Meteorology and Oceanography Detachment, 1996). Atlantic; B. Northeast Pacific; C. Northwest Pacific; D. North Indian; E. Southwest Indian; F. Southeast Indian/Australian; G. Australian/Southwest Pacific fizyka morza - wykład 2

20 fizyka morza - wykład 2

21 Cyklony Cyklony wpływają również na to co się dzieje pod powierzchnią morza. W pobliżu centrum cyklonu, działanie wiatru powoduje dywergencję mas wodnych, która jest rekompensowana przez podpływające wody z głębszych warstw oceanu. Wody te są zazwyczaj chłodniejsze od powierzchniowych (nawet do 5°C). Cyrkulacja wody w powierzchniowej warstwie oceanu w rejonie cyklonu fizyka morza - wykład 2

22 Cyrkulacja powierzchniowa
Schemat globalnej, oceanicznej cyrkulacji powierzchniowej fizyka morza - wykład 2

23 fizyka morza - wykład 2