Sposoby przewodzenia ciepła w atmosferze
Ø Przewodnictwo
Ø Konwekcja – przewodzenie ciepła przez poruszający się płyn
W meteorologii konwekcja to pionowa wymiana ciepła, horyzontalna wymiana ciepła to adwekcja
Ø Promieniowanie
Siły działające w atmosferze
Ø Siła grawitacji
Ø Siła gradientu ciśnienia
u W pionie związana z siłą grawitacji
u W poziomie związana z nierównomiernym rozkładem masy w atmosferze (spowodowanym np. różną temperaturą powietrza)
Ø Siły bezwładności
u Siła odśrodkowa wynikająca z ruchu obrotowego ziemi
u Siła Coriolisa (ruch obrotowy ziemi)
Ø Siły tarcia, lepkości
Siła grawitacji równoważy siłę gradientu ciśnienia
Siła tarcia działa przeciwnie do kierunku ruchu, zmniejszając prędkość v. Zmniejsza się zatem wielkość siły Coriolisa i zostaje zaburzona równowaga pomiędzy siłą gradientu ciśnienia i siłą Coriolisa
Typowe miejsca powstawania huraganów
• Słaby wiatr i głęboka wilgotna warstwa atmosfery
•Temperatura 26.5 na dużym obszarze i do głębokości 200m
• Zbieżność wiatru między 5o i 20o
Powietrze opisuje się równaniem stanu gazu doskonałego, które łączy ze sobą
u Temperaturę
u Ciśnienie
u Gęstość
Stabilność ruchu pionowego
n Rozpatrujemy pionowe przesunięcia płynu, który jest w równowadze hydrostatycznej
n Cząstka powietrza poruszająca się pionowo w płynie jest poddawana sprężaniu lub rozprężaniu adiabatycznemu; zatem jej temperatura ulega zmianie
n Ruch pionowy cząstki powoduje, że może się stać cieplejsza lub chłodniejsza od otoczenia.
n Działa na nią siła Archimedesa (wyporu)
n Jeśli siła wyporu jest zgodna z kierunkiem ruchu " płyn niestabilny, siła wyporu przeciwnie skierowana do kierunku ruchu " płyn stabilny, brak siły wyporu " równowaga neutralna
Temperatura cząstki powietrza zmienia się o 1C/100m
W powietrzu zawierającym parę wodną w stanie nasycenia temperatura zmienia się o ok. 5-6C/1km. Jest to zmiana wolniejsza niż w suchym powietrzu gdyż zachodzi wydzielania ciepła związane z przemiana fazową (kondensacja wody).
Chmura
Ø Chmura składa się z kropelek wody i/lub kryształków lodu
Ø Aby powstała kropelka wody lub kryształek lodu:
u Powietrze musi być w stanie przesycenia względem wody/lodu
u W powietrzu muszą istnieć tzw. jądra kondensacji
Ø Kropelki w chmurze rosną na skutek:
u Kondensacji pary wodnej
u Zderzeń i zlewania się między kropelkami
Przyczyny zmian klimatycznych
Przyczyny zewnętrzne:
•Zmiana orbity Ziemi (teoria Milankowicza)
•Zmiana ilości energii docierającej ze Słońca (aktywność Słońca)
Przyczyny wewnętrzne:
•Zmiany cyrkulacji w oceanach
•Zmiany składu atmosfery
•Wybuchy wulkanów
Promień Słońca: R¤ = 695 980 km = 6.96 ´ 108 m
Promień Jowisza: RJ = 69 800 km
Promień Ziemi: RÅ = 6 371 km = 6.37 ´ 106 m
Promień Księżyca: R = 1 738 km
„Typowy promień” jądra komety: ~1 km
Odległości w Układzie Planetarnym
Jednostka astronomiczna
1 AU = 149.6 ´ 106 km = 1.496 ´ 1011 m.
Promień Układu Planetarnego ~ 50 AU.
Promień Układu Słonecznego: ~ (104 – 105) AU
Parsek: 1 pc = (1 AU) / (tg 1”) = 2.062648 ´ 105 AU = 3.0857 ´ 1016 m.
1 pc = 3.274 lata świetlne (1 rok świetlny = 9.45 ´ 1015 m)
Odległości międzygwiazdowe w otoczeniu Słońca ~ 1 pc.
Promień Galaktyki (Drogi Mlecznej) ~ 2 ´ 104 pc.
Stała słoneczna: C = 1360 J m-2 s-1
Przedział czasu pomiędzy dwoma kolejnymi górowaniami jakiejś gwiazdy to Doba gwiazdowa (syderyczna) = 86164.06 s
Przedział czasu pomiędzy dwoma kolejnymi górowaniami Słońca to Doba słoneczna d, (mean solar day) = 86400
Przedział czasu pomiędzy dwoma kolejnymi takimi samymi położeniami Słońca względem gwiazd to Rok gwiazdowy (syderyczny)= 365.25636 d = 3.15581495 ´ 107 s
Przedział czasu pomiędzy dwoma kolejnymi przejściami Słońca przez punkt równonocy wiosennej to Rok zwrotnikowy = 365.24219d = 3.1556925 ´ 107 s
Przedział czasu pomiędzy kolejnymi przejściami Księżyca przez ten sam południk nieba (» pomiędzy kolejnymi przejściami Księżyca na tle dowolnie wybranej gwiazdy) to:
Miesiąc gwiazdowy (syderyczny) = 27.32166 d = 2.3605914 ´ 106 s
Przedział czasu pomiędzy kolejnymi położeniami Księżyca w tej samej fazie to: Miesiąc synodyczny = 29.53059 d = 2.5514430 ´ 106 s
Przedział czasu pomiędzy kolejnymi przejściami Księżyca przez ten sam węzeł orbity to: Miesiąc smoczy = 27.21222 d
Przedział czasu pomiędzy kolejnymi przejściami Księżyca przez perigeum to Miesiąc anomalistyczny = 27.55455 d
Przedział czasu pomiędzy kolejnymi górowaniami Księżyca to Doba księżycowa
Precesja osi Ziemi: Cofanie się punktów równonocy o 50.2909661/ sekund łuku w ciągu roku daje okres precesji: = 25770 y
Planeta (Ziemia) jako kula o masie M i promieniu R oraz o rozkładzie gęstości r(r)
dm = 4p r2 r(r) dr masa zawarta w warstwie kulistej o grubości dr m(r) to masa kuli o promieniu r £ R
g(r) = G m(r) / r2 rozkład przyspieszenia grawitacyjnego
dp = - g(r) r(r) dr przyrost ciśnienia hydrostatycznego w warstwie o grubości dr
dE = G m dm / r energia grawitacyjna masy dm rozłożonej równomiernie na kuli o promieniu r.
f(p, r, T) = 0 równanie stanu (EOS = Equation of State)Þ f(p, r) = 0 , gdy założymy, że T = const r = const oraz T = const to pierwsze przybliżenie
dr /dr £ 0gęstość nie maleje w kierunku do środka (warunek równowagi hydrostatycznej)
m, g, p, E, r, T to funkcje zależne od odległości centralnej r lub, równoważnie, od głębokości z. Promień planety R = r + z.
Planeta (Ziemia) o gęstości niezależnej od r: r = const (także T = const)
dm = 4p r2 r dr Þ m = 4p r3 r / 3; Þ r = 3M / (4pR3) - gęstość
g(r) = G m(r) / r2 = G 4p r3 r / (3r) = G 4p r r / 3 = (GM / R3) r
dp = - g(r) r(r) dr = [(GM / R3) r] r dr
dE = G m dm / r = G (4p r3 r / 3) (4p r2 r dr) / r = G (16p2/3) r4 r2 dr
Klasyfikacja ciał planetarnych (tj. planet i ich satelitów):
Rocky, terrestrial – skalna, typu Ziemi [O, Si, Fe, Mg], [Fe + (Ni, Si, O, ...?)].
Giant, gaseous – wielka, gazowa [H2, He], [H, He, NH3, CH4], [O, Si, Fe, Mg]
LASYFIKACJA CIAŁ UKŁADU SŁONECZNEGO
CIAŁA SKALNE:
4 planety typu Ziemi (R: 2440 – 6371 km; r: 3940 – 5520 kg m-3): Merkury, Wenus, Ziemia, Mars
2 duże satelity: Księżyc, Io.
PLANETY GAZOWE (R: 24600 – 69800 km; r: 690 – 1630 kg m-3): Jowisz, Saturn, Uran, Neptun.
DUŻE CIAŁA LODOWE (5 satelitów i 1 planeta):
(R: 1100 - 2575 km; r: 1830 – 3060 kg m-3)
Satelity Jowisza: Europa, Ganimedes, Callisto.
Satelita Saturna: Tytan,. Satelita Neptuna: Tryton,.Pluton
SATELITY LODOWE ŚREDNICH ROZMIARÓW (14):
(R: 200 - 800 km; r: 1000 – 1650 kg m-3)
Satelity Saturna, Urana, Neptuna, Plutona
MAŁE CIAŁA LODOWE (r < 1000 kg m-3...
brzezinka