Η δομή της Ατμόσφαιρας

Με τον όρο “αέρα” εννοούμε το μείγμα των αερίων που συγκροτούν την ατμόσφαιρα. Κατά καιρούς προτάθηκαν οι λέξεις “αεριόσφαιρα” ή “αεριώδες τμήμα του πλανήτη” λόγου του ότι οι υδρατμοί είναι αυτοί που παίζουν καθοριστικό παράγοντα στο αέριο αυτό στρώμα. Τα αέρια που συνθέτουν την ατμόσφαιρά μας προέρχονται από το κέντρο της γης και απελευθερώθηκαν από τα ηφαίστεια στην αρχή της ύπαρξης του πλανήτη μας.

Στα πρώτα 100χλμ., η ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από άζωτο(78%), οξυγόνο(21%) και αργό(0,93%).

Κατακόρυφα η ατμόσφαιρα χωρίζεται σε τέσσερις περιοχές μέχρι το ύψος των 110 χιλιομέτρων. Όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα, αυτά είναι η τροπόσφαιρα (μέχρι τα 12 χλμ περίπου), η στρατόσφαιρα (μέχρι τα 50 χλμ περίπου), η μεσόσφαιρα (μέχρι τα 80 χλμ περίπου) και η θερμόσφαιρα (μέχρι τα 400 χλμ περίπου). Ωστόσο, το 75% της μάζας της ατμόσφαιρας είναι συγκεντρωμένο στην τροπόσφαιρα και μέσα σε αυτό το τμήμα λαμβάνουν χώρα οι περισσότερες  μετεωρολογικές διεργασίες. Η θέρμανση της τροπόσφαιρας γίνεται μέσω της γήινης ακτινοβολίας κι έτσι όσο απομακρυνόμαστε από αυτή (τη Γη) η θερμοκρασία μειώνεται. Συνήθως η θερμοκρασία μειώνεται κατά 0,5 με 1 βαθμό ανά 100 μέτρα ύψους. Ακριβώς πάνω από την τροπόσφαιρα βρίσκεται η τροπόπαυση όπου η θερμοκρασία παραμένει σταθερή καθ’ ύψος. Το ύψος που θα συναντήσουμε την τροπόπαυση ποικίλει με το γεωγραφικό πλάτος καθώς βρίσκεται χαμηλότερα (~8χλμ) πάνω από τους πόλους και ψηλότερα (~15χλμ) πάνω από τους τροπικούς. Στην Ελλάδα τη συναντάμε περίπου πάνω από τα 12-13 χιλιόμετρα. Η θερμοκρασία στην τροπόπαυση βρίσκεται περίπου μεταξύ -50 και -80 βαθμών Κελσίου.

Όπως αναφέρθηκε, η θερμοκρασία μέσα στην τροπόσφαιρα θα πρέπει να μειώνεται καθ’ ύψος. Μερικές φορές όμως μπορεί να αυξηθεί όσο απομακρυνόμαστε από τη Γη και τότε λέμε ότι υπάρχει θερμοκρασιακή αναστροφή.

Η πυκνότητα του αέρα μειώνεται εκθετικά καθ’ ύψος και είναι ανάλογη της θερμοκρασίας. Δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του αέρα, τόσο μεγαλύτερη θα είναι και η πίεση αν υποθέσουμε ότι ο όγκος του αέρα παραμένει σταθερός. Στη μετεωρολογία την πυκνότητα του αέρα τη μετράμε σε milibar (mb) ή σε hectoPascal (hPa) και μία συνήθης τιμή στο επίπεδο της επιφάνειας της θάλασσας είναι τα 1013 mb. Τιμές πάνω από αυτήν συνήθως έχουμε αντικυκλωνικές πιέσεις και κάτω από αυτήν κυκλωνικές. Ή αλλιώς βαρομετρικό υψηλό και βαρομετρικό χαμηλό αντίστοιχα. Χονδρικά, η πίεση στην τροπόσφαιρα μειώνεται κατά 10 μονάδες κάθε 17 χιλιόμετρα. Για την καλύτερη ερμηνεία των μετεωρολογικών φαινομένων μέσα στην ατμόσφαιρα, έχουν οριστεί οι ισοβαρικές επιφάνειες. Αυτές είναι νοητές επιφάνειες όπου η πίεση του αέρα έχει την ίδια τιμή. Οι κύριες ισοβαρικές επιφάνειες είναι αυτές των 850 mb (τη συναντάμε περίπου στα 1500μ), των 500 mb (περίπου 5500μ), των 300mb (περίπου 9000) και των 200mb (περίπου 11800μ). Ένας μετεωρολόγος εξετάζει κάθε ισοβαρική επιφάνεια για διαφορετικούς λόγους. Για παράδειγμα από την θερμορκασία της ισοβαρικής επιφάνειας των 850mb μπορεί να καταλάβει την θερμοκρασία στην επιφάνεια και εάν λαμβάνει χώρα κάποια θέρμανση ή ψύξη της ατμόσφαιρας ενώ από την θερμοκρασία στα 500mb μπορεί να καταλάβει αν θα επηρεάζεται από βαρομετρικό χαμηλό ή υψηλό. Στις ισοβαρικές επιφάνειες των 200 και 300 mb βλέπει την κίνηση και το ύψος του αεροχειμάρρου, που μπορεί να τον βοηθήσει στην πρόγνωση του καιρού.

Ο αέρας μέσα στην τροπόσφαιρα εκτελεί συνεχώς οριζόντιες και κατακόρυφες κινήσεις. Τα αίτια για τις κινήσεις αυτές είναι η περιστροφή της Γης, η ηλιακή ακτινοβολία που θερμαίνει την επιφάνεια της ξηράς και της θάλασσας και η μορφολογία του εδάφους. Ο άνεμος χαρακτηρίζεται από τη διεύθυνση και την ένταση του. Την ένταση τη μετράμε σε m/s, km/h., knots, miles/h. Επίσης για να είναι πιο κατανοητή η ένταση στον μέσο άνθρωπο επινοήθηκε η κλίμακα Beaufort που χρησιμοποιείται ευρέως και σήμερα. Τέλος, λόγω της διαφοράς της θερμοκρασίας καθ’ ύψος αλλά και του αναγλύφου του εδάφους, ο άνεμος εκτελεί και κατακόρυφες κινήσεις. Όταν ο αέρας κοντά στο έδαφος θερμανθεί, κινείται προς τα επάνω και ψυχρότερος αέρας από ψηλά κατέρχεται για να συμπληρώσει τον θερμό. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται μία κυκλική ροή αέρα μέχρι κάποιο ύψος χαμηλά στην τροπόσφαιρα.