Atmosfärisk temperatur

BY admin
|

Den vertikala temperaturprofilen

Solens roll för atmosfärens temperatur

Växthuseffekten

Resurser

Temperaturen i jordens atmosfär varierar med avståndet från ekvatorn (latitud) och höjden över ytan (höjd). Den förändras också med tiden och varierar från årstid till årstid och från dag till natt, samt oregelbundet på grund av förbipasserande vädersystem. Om lokala variationer jämnas ut på global nivå uppstår dock ett mönster av globala medeltemperaturer. Vertikalt är atmosfären indelad i fyra lager: troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären.

Den vertikala temperaturprofilen

Genom att beräkna medelvärdet av atmosfärstemperaturerna över alla breddgrader och under ett helt år får vi den genomsnittliga vertikala temperaturprofilen som är känd som en standardatmosfär. Den genomsnittliga vertikala temperaturprofilen tyder på fyra olika lager (figur 1). I det första skiktet, som kallas troposfären, sjunker den genomsnittliga atmosfärstemperaturen stadigt från sitt värde vid ytan, ca 290 K (63°F; 17°C) och når ett minimum på ca 220 K (-64°F; -53°C) på en höjd av ca 10 km (6,2 mi). Denna nivå, som är känd som tropo-pausen, ligger strax över den marschhöjd som kommersiella jetflygplan befinner sig på. Temperaturminskningen med höjden, kallad lapse rate, är nästan konstant i hela troposfären och ligger på 43,7°F(6,5°C) per 1 km (0,6 mi). Vid tropopausen minskar lapshastigheten abrupt. Atmosfärens temperatur är nästan konstant under de följande 20 km (12 mi) och börjar sedan stiga med ökande höjd upp till 50 km (31 mi). Denna region med stigande temperaturer är stratosfären. I toppen av skiktet, som kallas stratopausen, är temperaturerna nästan lika varma som ytvärdena. Mellan ca 50-80 km (31-50 mi) ligger mesosfären, där atmosfärstemperaturen fortsätter att sjunka med höjden och når ett minimum på 180 K (-136°F; -93°C) i toppen av skiktet (mesopausen), ca 80 km (50 mi). Ovanför mesopausen finns termosfären som, som namnet antyder, är en zon med höga gastemperaturer. I den mycket höga termosfären (cirka 311 mi (500 km) över

Jordytan) kan gastemperaturerna nå upp till 500-2 000 K (441-3, 141°F; 227-1, 727°C). Temperaturen är ett mått på energin i gasmolekylernas rörelse. Även om de har hög energi finns molekylerna i termosfären i mycket lågt antal, mindre än en miljondel av den mängd som i genomsnitt finns på jordytan.

Atmosfärens temperatur kan också plottas som en funktion av både latitud och höjd. Figurerna 2 och 3 visar sådana plottar, med latitud som x-koordinat och höjd som y-koordinat.

Solens roll för atmosfärstemperaturen

Den största delen av solstrålningen sänds ut som synligt ljus, med mindre delar vid kortare våglängder (ultraviolett strålning) och längre våglängder (infraröd strålning, eller värme). Lite av det synliga ljuset absorberas av atmosfären (även om en del reflekteras tillbaka till rymden av moln), så det mesta av denna energi absorberas av jordens yta. Jorden värms upp i processen och strålar värme (infraröd strålning) tillbaka uppåt. Detta värmer upp atmosfären, och precis som man blir varmare när man står närmare en eld, är luftlagren närmast ytan varmast.

Enligt denna förklaring borde temperaturen kontinuerligt sjunka med höjden. Figur 1 visar emellertid att temperaturen ökarS med höjden i stratosfären. Stratosfären innehåller nästan allt ozon i atmosfären. Ozon (O3) och molekylärt syre (O2) absorberar det mesta av solens kortvågiga ultravioletta strålning. I processen bryts de sönder och återbildas kontinuerligt. Nettoresultatet är att ozonmolekylerna omvandlar den ultravioletta strålningen till värmeenergi, vilket värmer upp skiktet och orsakar den ökande temperaturprofil som observeras i stratosfären.

Mesosfären återupptar temperaturminskningen med höjden. Termosfären är dock utsatt för mycket energirik, kortvågig ultraviolett- och röntgenstrålning från solen med mycket hög energi. När de atomer eller molekyler som finns på denna nivå absorberar en del av denna energi joniseras de

(får en elektron borttagen) eller dissocieras (molekyler delas upp i sina ingående atomer). Gaslagret värms kraftigt upp av detta energibombardemang, särskilt under perioder då solen avger förhöjda mängder kortvågig strålning.

Den så kallade växthuseffekten

Solenergin är inte den enda bestämmande faktorn för atmosfärens temperatur. Som nämnts ovan absorberar jordens yta solstrålning i det synliga området efter att ha absorberat den,

KEY TERMS

Drivhuseffekten – Uppvärmningen av jordens atmosfär till följd av att vissa gaser som finns i atmosfären fångar upp den värme som återstrålar från jorden.

Infraröd strålning – Strålning som liknar det synliga ljuset, men som har en något längre våglängd.

Släpphastighet – Hastigheten med vilken atmosfären svalnar med ökande höjd, angiven i enheter av grader C per kilometer.

Mesosfären – Atmosfärens tredje skikt, som ligger mellan cirka 50 och 80 kilometers höjd och kännetecknas av en liten släpphastighet.

Stratosfären – Ett skikt av den övre atmosfären ovanför en höjd av 8-17 km och som sträcker sig upp till cirka 50 km, beroende på årstid och latitud. I stratosfären förändras lufttemperaturen föga med höjden och det finns få konvektiva luftströmmar.

Thermosfären – Atmosfärens översta skikt, som börjar vid 80 km och sträcker sig hundratals mil eller kilometer upp i rymden. På grund av bombning med mycket energirik solstrålning kan detta skikt ha mycket höga gastemperaturer.

Troposfären – Luftskiktet upp till 24 km ovanför jordytan, även känt som den lägre atmosfären.

Ultraviolett strålning – Strålning som liknar synligt ljus men har kortare våglängd och därmed högre energi.

Röntgenstrålning -Ljusstrålning med kortare våglängder än den kortaste ultravioletta strålningen; mycket energirik och skadlig för levande organismer.

Sänder infraröd strålning tillbaka till rymden. Flera atmosfäriska gaser absorberar denna värmestrålning och återstrålar den i alla riktningar, även tillbaka mot ytan. Dessa så kallade växthusgaser fångar alltså in infraröd strålning i atmosfären och höjer dess temperatur. Viktiga växthusgaser är vattenånga (H2 O), koldioxid (CO2) och metan (CH4). Man uppskattar att jordens yttemperatur i genomsnitt skulle vara cirka 32 °C kallare om det inte fanns några växthusgaser. Eftersom denna temperatur ligger långt under vattnets fryspunkt skulle planeten vara mycket mindre livsvänlig utan växthuseffekten.

Vidare växthusgaser är viktiga för livet på planeten, men mer är inte nödvändigtvis bättre. Sedan den industriella revolutionen inleddes i mitten av 1800-talet har människan släppt ut allt större mängder koldioxid i atmosfären genom att förbränna fossila bränslen. Den koldioxidhalt som uppmätts i den avlägsna atmosfären har uppvisat en kontinuerlig ökning sedan mätningarna inleddes 1958. Om denna ökning leder till en motsvarande ökning av atmosfärstemperaturen kan resultatet bli att polarisarna smälter och haven sväller, vilket kan leda till att kuststäderna täcks av havet, att klimatet förändras, vilket kan leda till utdöenden, och att oförutsägbara förändringar i vind- och vädermönster uppstår, vilket innebär stora utmaningar för jordbruket. Det är komplicerat att förutsäga vilka förändringar som ökade nivåer av växthusgaser kan medföra. Samspelet mellan atmosfären, haven, kontinenterna och isarna är inte helt klarlagt. Även om man vet att en del av den koldioxid som släpps ut absorberas av haven och så småningom deponeras som karbonatsten (t.ex. kalksten), vet man inte om detta är en stadig process eller om den kan hålla jämna steg med de nuvarande nivåerna av koldioxidproduktion.