Charakterystyka tropopauzy, skład chemiczny i funkcje

The tropopauza jest to pośrednia strefa przejścia między dwiema warstwami ziemskiej atmosfery. Znajduje się pomiędzy dolną warstwą atmosfery, zwaną troposferą, a warstwą nad nią, stratosferą.

Atmosfera ziemska została podzielona na kilka warstw. Warstwy te nazywane są „sferami”, a strefy przejściowe między warstwami nazywane są „pauzami”. W zależności od składu chemicznego i zmian temperatury, warstwy atmosfery to troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i egzosfera.

Troposfera rozciąga się od powierzchni Ziemi do 10 km wysokości. Stratosfera waha się od 10 km do 50 km wysokości. Mezosfera waha się od 50 km do 80 km wysokości. Termosfera od 80 km do 500 km, a egzosfera od 500 km do 10 000 km wysokości. Ta ostatnia jest granicą przestrzeni międzyplanetarnej.

Indeks

• 1 Charakterystyka tropopauzy
  • 1.1 Wysokość
  • 1.2 Tropopauza jako strefa spokojna
  • 1.3 Temperatura
  • 1.4 Strefa nieciągłości
  • 1.5 Miejsce przechowywania i transportu wilgoci
  • 1.6 Tworzenie chmur Cirrus
• 2 Skład chemiczny tropopauzy
• 3 Jak bada się tropopauzę??
• 4 funkcje
• 5 referencji

Charakterystyka tropopauzy

Tropopauza jest regionem o bardzo szczególnych cechach, które ostatnio bardziej szczegółowo motywowały jej badania naukowe. Będąc strefą przejściową właściwości między troposferą a stratosferą, wskazane jest pokrótce opisanie cech tych dwóch warstw.

Troposfera jest aktywną warstwą, w której występują zjawiska meteorologiczne, które powodują klimat, takie jak wiatry, deszcze, burze i huragany. Temperatura w tej warstwie maleje wraz z wysokością.

W stratosferze temperatura wzrasta wraz z wysokością w wyniku reakcji chemicznych, które wydzielają ciepło (egzotermiczne). Głównie zaangażowany jest ozon, który pochłania promieniowanie ultrafioletowe (UV) o wysokiej energii ze słońca.

Tropopauza jest granicą między tymi dwiema warstwami gazowymi, które mają właściwości temperatury, składu chemicznego i ogólnej dynamiki, bardzo różne. Charakterystyka tropopauzy została pokrótce przedstawiona poniżej.

Wysokość

Wysokość, na której tropopauza znajduje się na powierzchni Ziemi, jest zmienna. Zmień z szerokością geograficzną, z porą roku i porą dnia.

Tropopauza znajduje się na średniej wysokości od 7 do 10 km w regionach biegunów lądowych i od 16 do 18 km w tropikach, wokół równika.

W ten sposób tropopauza polarna jest cieplejsza i bliższa powierzchni Ziemi, podczas gdy tropopauza równikowo-tropikalna jest chłodniejsza i wyższa..

Na równiku promienie słoneczne uderzają prostopadle na powierzchnię Ziemi, co powoduje wielkie nagrzewanie powierzchni. Ciepło z powierzchni Ziemi jest pochłaniane przez powietrze troposfery, które rozszerza się w tej strefie równikowo-tropikalnej i zwiększa odległość do tropopauzy.

Dzięki kilku badaniom naukowym ustalono, że globalna wysokość tropopauzy wzrosła w ostatnich latach. Uważa się, że wzrost ten może być spowodowany wzrostem emisji gazów cieplarnianych (GHG), zmniejszeniem warstwy ozonowej w stratosferze i ochłodzeniem tej warstwy.

Zmiany wysokości tropopauzy są dowodem na ocieplenie troposfery, zwanym globalnym ociepleniem.

Tropopauza jako spokojna strefa

Tropopauza stanowi obszar względnego spokoju, ponieważ zjawiska meteorologiczne, które powodują klimat, występują poniżej tej strefy, w troposferze. Jednak ostatnie badania wskazują, że tropopauza ma szczególną dynamikę.

Temperatura

W obszarze tropopauzy temperatura pozostaje stała, nie zmniejsza się wraz z wysokością (jak w troposferze) i nie wzrasta wraz z wysokością (jak w stratosferze). Temperatura tropopauzy wynosi około -55^°C.

Strefa nieciągłości

Tropopauza nie jest strefą ciągłą; w tym regionie występują przerwy w tropikalnych szerokościach geograficznych i środkowych szerokościach półkuli północnej i południowej Ziemi.

Obszar przechowywania i transportu wilgoci

Tropopauza działa jako wielki rezerwuar wilgoci w troposferze i ma funkcję transportowania pary wodnej do stratosfery.

Tworzenie chmur Cirrus

Tropopauza to region, w którym tworzą się chmury Cirrus, rodzaj białych, wysokich chmur, złożonych z kryształów lodu. Są w postaci włókien w wąskich pasmach, cienkich, podobnych do loków włosów.

Chmury Cirrus odbijają światło słoneczne i zatrzymują ciepło emitowane przez Ziemię na zewnątrz. Nie wiadomo dokładnie, czy równowaga netto cirrusa to chłodzenie czy globalne ocieplenie.

Wygląd cirrusów wskazuje na zmianę pogody przy niskich temperaturach i deszczu w ciągu najbliższych 24 godzin.

Skład chemiczny tropopauzy

Tropopauza reprezentuje strefę nagłej zmiany między składem chemicznym troposfery i stratosfery. Zawiera gazy pochodzące z obu warstw.

W tropopauzie występują gazy z troposfery, takie jak para wodna i tlenek węgla (CO). Istnieje również ozon (O₃), gaz pochodzący ze stratosfery.

W tropopauzie zachodzą bardzo interesujące reakcje chemiczne. Naukowcy próbują zbadać te zmiany chemiczne, aby uzyskać pełniejsze wyjaśnienie zjawiska globalnego ocieplenia.

Jak badana jest tropopauza?

Aby zbadać tropopauzę, należy pobrać próbki jej mieszaniny gazowej. Pobieranie próbek na wysokości do 18 km nad powierzchnią ziemi stwarza wiele trudności.

Tylko kilka samolotów może osiągnąć te wysokości. NASA ma trzy bardzo zaawansowane samoloty wyposażone w specjalny sprzęt do wykonywania tych badań. Są to samoloty ER-2, DC-8 i WB-57.

Te trzy samoloty w połączeniu z infrastrukturą wsparcia z satelitami i radarami, sprzętem do wykrywania in situ i teledetekcja, wypełniają tak zwaną misję TC4, jej skrót w języku angielskim: Tropical Composition, Clouds and Climate Coupling Experiment.

Funkcje

Tropopauza ma ważne funkcje w transporcie pary wodnej z troposfery do stratosfery. Spełnia także funkcje strefy mieszania gazu pochodzenia troposferycznego (para wodna, tlenek węgla) z gazami stratosferycznymi (ozonem).

Tropopauza jest ostatnio badana jako wskaźnik globalnego ocieplenia planety i zjawisk, które determinują ogólną chemię atmosferyczną.

Referencje

1. Newton, R., Vaughan, G., Hintsa, E. et al. (2018) Obserwacje powietrza ubogiego w ozon w tropikalnej warstwie tropopauzy. Chemia atmosferyczna i fizyka. 18: 5157-5171 doi: 10,5194 / acp-18-5157-2018
2. Biernat, K., Keyser, D. i Bosart, L. F. (2017). Powiązania między wielkim cyklonem arktycznym z sierpnia 2012 r. A wirami polarnymi tropopauzy. Amerykańska Unia Geofizyczna, Fall Meeting 2017, streszczenie # A43D-2478.
3. Werner, B. (2017). Znalezienie subtropikalnej najniższej stratosfery i tropikalnej górnej troposfery i warstwy tropopauzy dla nieorganicznego bromu. Chemia atmosferyczna i fizyka. 17 (2): 1161-1186. doi: 10.5194 / acp-17-1161-2017
4. Jensen, E.J., Pfister, L., Jordan, D.E., Bui, T.V., Ueyama, R. i Singh.H.B. (2017). Eksperyment tropopauzy tropikalnej NASA: pomiary samolotów na dużych wysokościach w Tropical Western Pacific. AMS 100. Czasopisma online. BAMS. doi: 10.1175 / BAMS-D-14-00263.1
5. Jensen, E.J., Kärcher, B., Ueyama, R., Pfister, L., Bui, T.V. et all. (2018). Heterogeniczna nukleacja lodu w tropikalnej warstwie tropopauzy. Journal of Geographical Research: Atmosphere. 123 (21): 12.210-12.227.