"Τα χρώματα του καιρού"
Δημοσιεύθηκε:
Παρασκευή 26 Απριλίου, 2013 04:38 σε
Εκδόσεις
Τα «χρώματα του καιρού»
Ο καιρός που επικρατεί σε μία περιοχή, μπορεί να εξετασθεί ως η χωροχρονική σύνθεση μετεωρολογικών παραμέτρων, τις οποίες μπορούμε να μελετήσουμε ανεξάρτητα, κατά τρόπο παρόμοιο της σύνθεσης των βασικών χρωμάτων σε έναν πίνακα ζωγραφικής.
Ένας πίνακας ζωγραφικής, μπορεί να συντεθεί από τρία βασικά χρώματα: το κίτρινο, το κόκκινο και το μπλε, και ανάλογα με τις αναλογίες τους σε κάθε σημείο του πίνακα, δίνουν και το ανάλογο χρώμα. Ένα βίντεο, δεν είναι παρά η μεταβολή αυτών των χρωμάτων του επιπέδου με τον χρόνο. Ένα τρισδιάστατο βίντεο, απεικονίζειι την κατανομή των χρωμάτων στον χώρο.
Κατά τρόπο παρόμοιο, ο καιρός που επικρατεί και που αντιλαμβανόμαστε καθημερινά, μπορεί να αναλυθεί σαν η σύνθεση βασικών μετεωρολογικών παραμέτρων τις οποίες, θα μπορούσαμε κάλλιστα να ονομάσουμε «μετεωρολογικά χρώματα» ή «τα χρώματα του καιρού».
Τα βασικά αυτά χρώματα-παράμετροι, είναι:
- Η θερμότητα
- Η υγρασία
- Τα σωματίδια και τα υπόλοιπα στοιχεία στην ατμόσφαιρα
Ο καιρός και τα καιρικά φαινόμενα δημιουργούνται εξαιτίας της χωροχρονικής ανισοκατανομής των παραπάνω στοιχείων.
Η εισαγωγή της ενέργειας στον όλο μηχανισμό, γίνεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία θερμαίνει το έδαφος και τον αέρα, και συντελεί στην εξάτμιση του νερού από την επιφάνεια της Γης. Εν συνεχεία, το νερό που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα υπό μορφή υδρατμών, αλλάζει μορφές ανάλογα με την περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς και την θερμοκρασία, και όταν συμπυκνωθεί σε σταγόνες ή παγοκρυστάλλους αρχίζει την πορεία της επιστροφής του προς το έδαφος. Το τρίτο στοιχείο, τα σωματίδια και τα υπόλοιπα στοιχεία που περιέχονται, παίζουν δευτερεύοντα και κατά κύριο λόγο καταλυτικό ρόλο στην αλληλεπίδραση των δύο παραπάνω στοιχείων, είτε με την δράση τους ως «πυρήνες συμπύκνωσης» των υδρατμών, είτε με την απορρόφηση ή με την ανάκλαση μέρους της εισερχόμενης, ηλιακής ακτινοβολίας, ή της ακτινοβολίας που επανεκπέμπεται προς το διάστημα.
Η «μηχανή του καιρού» αποτελείται από ένα σύνολο «διεργασιών» οι οποίες θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν ως τα «γρανάζια» της μηχανής η οποία αντλεί ενέργεια, κατά κύριο λόγο από την ηλιακή ακτινοβολία.
Για κάθε ένα από τα «βασικότερα γρανάζια» της μηχανής μπορούμε να αντιστοιχήσουμε και έναν «κανόνα» που περιγράφει την λειτουργία του. Ας δούμε λοιπόν ποιες είναι οι διεργασίες που εκτελούνται από τα «6 βασικότερα γρανάζια» της «μηχανής του καιρού»:
a) Όσο πιο αραιός είναι ο αέρας, τόσο πιο «ελαφρύς» είναι, ως αποτέλεσμα της βαρυτικής δράσης (και της άνωσης που αυτή συνεπάγεται). Όταν σε μία στάθμη της ατμόσφαιρας παρουσιάζεται ανισοκατανομή της πυκνότητας του αέρα, τα τμήματα αέρα με μικρότερη πυκνότητα αρχίζουν να ανυψώνονται, και τα τμήματα με χαμηλότερη πυκνότητα, να κατέρχονται, σαν σχετικά βαρύτερα. Έτσι, δημιουργούνται ανοδικά ρεύματα ελαφρύτερου αέρα και καθοδικά ρεύματα βαρύτερου αέρα. Στα ενδιάμεσα τμήματα, παρατηρείται ροή αέρα προς τις περιοχές άντλησης που δημιουργούνται στα όρια ανάπτυξης των ρευμάτων αυτών.
b) Ο αέρας είναι τόσο ελαφρύτερος όσο:
- 1. Πιο θερμός είναι
- 2. Πιο υγρός είναι
c) Όταν ένα τμήμα αέρα, ανέρχεται από ένα αρχικό ύψος, σε ένα μεγαλύτερο, μεταφέρεται σε συνθήκες χαμηλότερης πίεσης (γιατί έχει λιγότερο αέρα από πάνω του , να το πιέζει) με αποτέλεσμα να αποσυμπιέζεται. Όσο αποσυμπιέζεται, τόσο ψύχεται «αδιαβατικά». Το αντίθετο συμβαίνει στην περίπτωση μετάβασης ενός τμήματος αέρα από ένα μεγαλύτερο ύψος, σε ένα μικρότερο.
d) Ένα τμήμα αέρα, μπορεί να περιέχει υγρασία μέχρι ενός ανώτατου ορίου. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο μεγαλύτερο είναι το όριο αυτό, όσο χαμηλότερη είναι, τόσο μικρότερο είναι αυτό το όριο. Εάν η θερμοκρασία πέσει χωρίς να αναμειχθεί ο αέρας του τμήματος που εξετάζουμε με το περιβάλλον του, το όριο αυτό θα μειωθεί, χωρίς όμως να μειώνεται η αρχική περιεκτικότητα σε υγρασία. Από κάποιο σημείο και έπειτα, όταν το όριο αυτό μειωθεί κάτω από το μέγεθος της περιεκτικότητας του αέρα σε υδρατμούς, η περίσσεια των υδρατμών συμπυκνώνεται σε υδροσταγονίδια. Κατ’αυτόν τον τρόπο δημιουργούνται τα σύννεφα και κατ επέκταση ο υετός (βροχή, χιόνι…).
e) Όταν οι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε υδροσταγονίδια, απελευθερώνεται «λανθάνουσα θερμότητα», η οποία θερμαίνει τον περιβάλλοντα αέρα. Αντίθετα, όταν τα υδροσταγονίδια ή τα υδατώδη κατακρημνίσματα εξατμίζονται, απορροφάται λανθάνουσα θερμότητα, με αποτέλεσμα την ψύξη τους και την έμμεση ψύξη του περιβάλλοντα αέρα. Αντίστοιχη ψύξη παρουσιάζεται κατά την τήξη του πάγου, των παγοκρυστάλλων και των στερεών κατακρημνισμάτων.
f) Ένα τμήμα αέρα, μπορεί να απορροφά και να αποβάλλει θερμότητα, μέσω της επαφής του με γειτονικά τμήματα αέρα, μέσω της ανάμειξής του με αυτά, μέσω της απορρόφησης ή εκπομπής ακτινοβολίας, ή μέσω της συμπύκνωσης ή εξάτμισης των στοιχείων του (μηχανισμός e) Κατά την αδιαβατική εκτόνωση ή συμπύκνωση, που περιγράφει ο μηχανισμός d, δεν παρατηρείται μεταφορά θερμότητας.
g) Παράμετρος coriolis: Εξαιτίας της περιστροφής της Γης, κάθε κινούμενο σώμα (όπως είναι και τα μόρια του αέρα) που εκτελεί κινήσεις σε σχετικά μεγάλη κλίμακα, σε σχέση με αυτήν, από έναν επίγειο παρατηρητή, φαίνεται σαν να περιστρέφεται προς τα δεξιά της κίνησής του στο Βόρειο ημισφαίριο και προς τα αριστερά αυτής, στο Νότιο ημισφαίριο. Κατ’αυτόν τον τρόπο, αναπτύσσεται μία δύναμη η οποία τείνει να παρεκτρέψει κατ’αυτόν τον τρόπο, τις αέριες μάζες κατά την κίνησή τους, από τις περιοχές υψηλών πιέσεων προς τις περιοχές χαμηλότερων πιέσεων. Αποτέλεσμα του μηχανισμού αυτού, είναι οι οριζόντιες κινήσεις ευρείας κλίμακας που για τους λόγους που περιγράφονται στους προηγούμενους μηχανισμόυς συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα να τίθενται σταδιακά σε κυκλική κίνηση, ώστε στο Βόρειο ημισφαίριο, οι άνεμοι γύρω από τις εστίες των χαμηλών πιέσεων να κινούνται κατά φορά αντίθετη των δεικτών του ρολογιού, και γύρω από τις υψηλές πιέσεις κατά φορά αντίστοιχη αυτής των δεικτών του ρολογιού . Στο Νότιο ημισφαίριο, συμβαίνει το αντίθετο. Η παράμετρος Coriolis, αυξάνεται με το γεωγραφικό πλάτος (απόσταση από τον Ισημερινό) και μηδενίζεται στον Ισημερινό.
Οι παραπάνω λειτουργίες αποτελούν περιγραφή των κυριότερων ατμοσφαιρικών διεργασιών και από τον συνδυασμό τους, μπορούμε να κατανοήσουμε σε μεγάλο βαθμό τον μηχανισμό ανάπτυξης των καιρικών φαινομένων.
Ας δούμε μερικά παραδείγματα συνδυασμών των μηχανισμών αυτών:
- a+b » Όταν σε μία περιοχή, τμήματα σχετικά θερμού αέρα γειτνιάζουν με τμήματα σχετικά ψυχρού αέρα, τα θερμά τμήματα, αρχίζουν να ανεβαίνουν, και την θέση τους καταλαμβάνει αέρας που ρέει από τα ψυχρά προς τα θερμά τμήματα. Όταν υγρός αέρας γειτνιάζει με πιο ξηρό αέρα, ο ξηρός αέρας θα τείνει να εισέλθει κάτω από τον υγρό, εκτοπίζοντάς τον προς τα πάνω.
- (a+b+c) » Ο υγρός αέρας που εκτοπίζεται στην παραπάνω περίπτωση, ψύχεται όσο ανεβαίνει σε μεγαλύτερα ύψη, ενώ το αντίθετο συμβαίνει για τον ξηρό, κατερχόμενο αέρα.
- (a+b+c+d) » Ο υγρός ανερχόμενος αέρας που ψύχεται, μπορεί να συγκρατήσει όλο και λιγότερη υγρασία. Εάν συνεχίσει την άνοδό του, από κάποιο σημείο και έπειτα, η υγρασία θα αρχίσει να συμπυκνώνεται και να δημιουργεί σύννεφα. Τα σταγονίδια των συννέφων, μπορούν να συνενωθούν και να δημιουργηθούν σταγόνες που όταν βαρύνουν αρκετά ώστε να μην μπορούν να συγκρατηθούν από τον αέρα, θα πέσουν ως σταγόνες βροχής.
- (c+e+f)= » Όταν ένα στρώμα θερμού αέρα ρέει πάνω από ένα στρώμα ψυχρού αέρα και η σχετική υγρασία είναι κοντά στο 100% (στο όριο πάνω από το οποίο δεν μπορεί ο αέρας να συγκρατήσει υδρατμούς χωρίς να συμπυκνωθεί μέρος αυτών σε υδροσταγονίδια), μέρος του θερμού αέρα που ψύχεται, θα αγγίξει αυτό το όριο δημιουργώντας συμπυκνώσεις σε σταγονίδια (ή παγοκρυστάλλια σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες) και σύννεφα. Το ίδιο θα γίνει και σε περίπτωση ανάμειξης του αέρα ή σταδιακής ψύξης του λόγω εκπομπής ακτινοβολίας.
Μπορείτε να φανταστείτε πολλούς συνδυασμούς των παραπάνω κανόνων, προκειμένου να περιγράψετε ένα τμήμα του μηχανισμού.
Οι παραπάνω μηχανισμοί δεν είναι άλλοι από τις βασικές αρχές μετεωρολογίας, όπως περιγράφονται στα επιστημονικά συγγράμματα, και οι εξισώσεις που πολλές φορές τρομάζουν τον αναγνώστη, δεν είναι παρά συνοπτικός τρόπος παρουσίασης των παραπάνω κανόνων, προκειμένου να διευκολυνθεί η επεξεργασία τους, και η κατασκευή συμβολικών κωδίκων υπολογισμού που «τρέχουν" σε υπολογιστές επιχειρώντας ανάλυση και πρόγνωση των καιρικών φαινομένων.
----> συνέχεια - "Η παρατήρηση του καιρού" - click here!