als we klimmen vanaf de grond springen onze oren en het wordt kouder. De luchtdruk, dichtheid en temperatuur dalen. De temperatuur van de atmosfeer is de belangrijkste eigenschap die de structuur controleert.de lucht in de eerste kilometers van de atmosfeer, de troposfeer, absorbeert geen noemenswaardige zonnestraling, maar wordt opgewarmd door contact met de grond. De oppervlakte verwarmde lucht zet uit als het verwarmt, wordt minder dicht dan de omringende koelere lucht en stijgt als drijvende en turbulente bellen. Dit is convectie en is het belangrijkste proces waarbij de troposfeer zich mengt en verwarmt.hoewel convectie de troposfeer roert en mengt, wordt het kouder naarmate het hoger is. Waarom?
|
Stel een geïsoleerde zeepbel van de lucht verwarmd door de grond en op en neer naar boven. Als het klimt, daalt de druk en zo breidt de bel uit om zijn druk gelijk te maken met de lucht eromheen. Om uit te breiden, moet de luchtbel een kracht uitoefenen op de omringende lucht en deze verplaatsen. Het werk vereist energie en de enige bron is de interne moleculaire energie of warmte-inhoud van de luchtbel. De interne energie neemt af en de temperatuur, die zuiver de maat ervan is, daalt*.
De bel zal stijgen totdat de temperatuur gelijk is aan die van de omringende lucht. Als we de atmosfeer visualiseren als geheel samengesteld uit dergelijke bubbels zien we dat ze zouden stijgen en dalen tot een natuurlijke evenwichtstoestand is bereikt waar de temperatuur soepel daalt met toenemende hoogte**.als de lucht nooit zou worden verwarmd door zonnestraling zou de temperatuur blijven dalen als we klimmen. Op een hoogte van ~12 km wordt echter een minimum van ~-55°C bereikt, de tropopauze***. Daarbovenop begint de temperatuur weer te stijgen omdat de stratosferische lucht een zonlicht absorber bevat, ozon.het minimum van de tropopauze werkt als een barrière tussen de troposfeer en de stratosfeer, omdat menging en warmtetransport door convectie alleen kunnen plaatsvinden wanneer de temperatuur met de hoogte afneemt. De troposfeer – met convectie toegestaan-is turbulent en goed gemengd. De stratosfeer met zijn temperatuurstijging met de hoogte is stabiel, in lagen gelaagd en relatief slecht gemengd^^.op hoge breedtegraden kunnen de tropopause en de lagere stratosferische temperatuur dalen tot ~ -85°C om de voorwaarden te bieden voor PSCs, polaire stratosferische wolken waarvan de ongelooflijk heldere en kleurrijke nacreous clouds een subset zijn.
* | temperatuur is een maat voor de moleculaire interne energie die afkomstig is van kinetische, rotatie-en trillingsbewegingen. hoe energieker de beweging, hoe hoger de temperatuur. | |
* * | De gemiddelde waarde is 6,5°C / km. De werkelijke tarieven zijn afhankelijk van temperatuur en vochtigheid. Hoge temperatuur vochtige lucht kan een snelheid van slechts 4°C/km. | |
*** | het atmosferische temperatuurprofiel is breedtegraadafhankelijk. De hoogte van de tropopauze varieert van ~ 16 km aan de evenaar tot slechts ~ 8 km aan de Polen. Het hangt ook af van de temperatuur van het zeeniveau en het seizoen. Officieel begint de tropopause op het laagste niveau wanneer de tijdspanne daalt tot 2°c / km. | |
^ | de tropopauze is geen complete barrière, het lekt. Sterk convectieve troposferische stormen transporteren waterdamp over de tropopauze. Er zijn pauzes in de tropopauze in de buurt van jet stream westerlies waardoor uitwisseling van stratosferische en troposferische lucht. | |
^^ | menging boven de tropopauze wordt bevorderd door zwaartekrachtgolven. Nog veel hoger wordt moleculaire diffusie belangrijk. |