Lagene i atmosfæren

Lagene i atmosfæren

De forskjellige lagene i atmosfæren skilles fra hverandre ved sine forskjellige fysiske egenskaper. Temperaturen forandrer seg med høyden, trykket synker og luftas tetthet synker. Jo høyere vi kommer, desto færre molekyler er det per kubikkmeter. Også fuktigheten og vindhastigheten forandrer seg.

Ingen av disse forskjellene er synlige fra bakken hvis vi ser opp mot himmelen. Vi ser enten skyer, eller en klar blå himmel uten noen form for lagvis deling. Himmelens blåfarge kommer fra den blå delen av det hvite sollyset. Dette skyldes at molekylene i lufta har forskjellig virkning på forskjellige farger (= forskjellige bølgelengder) av det synlige lyset. Men hva med lagene? Kan vi observere dem i det hele tatt? Vi kan få et inntrykk av at atmosfærens egenskaper forandrer seg med høyde hvis vi reiser med fly. Uavhengig av det lokale været under skyene, kan vi se at himmelen er blå og at det ikke er noen skyer over oss dersom flyet befinner seg 10-11 km oppe i lufta. Da befinner vi oss i tropopausen, eller nederst i stratosfæren. Her er det ikke lenger noen skyer fordi det ikke er nok vanndamp.

1. Blå himmel over skyene.
Kilde: freefoto.com

Hvorfor endrer temperaturen seg?

Det er mange små temperaturvariasjoner i atmosfæren som skyldes lokale årsaker. For eksempel avkjøles og oppvarmes land raskere enn havet. Kald vind fra fjellet kan forandre temperaturen i grenselaget. Men mer generelt på globalt nivå er det to årsaker til store temperaturendringer:

a) Jordas overflate absorberer sollys og varmes opp. Jo høyere man kommer oppover fra den varme jordoverflaten mot det kalde verdensrommet, desto kaldere blir lufta. Temperaturen synker når avstanden fra bakken øker.

profile of the atmosphere

2. Temperaturprofil, trykk og tetthet i lufta ved økende høyde over havet. Fra: Schirmer - Wetter und Klima - Wie funktioniert das?

b) Det finnes unntak fra denne generelle regelen. Dersom molekylene i lufta absorberer noe av strålingen fra sola og varmer opp lufta selv, vil temperaturen øke til den når et lokalt temperaturmaksimum. Dette er tilfellet i ozonlaget i stratosfæren, hvor ozon absorberer UV-lys og temperaturmaksimumet utgjør grensen (stratopausen) mellom stratosfæren og mesosfæren. I mesosfæren begynner temperaturen å synke igjen. Nok en temperaturøkning finner sted i termosfæren, hvor nitrogen og oksygen absorberer det ekstremt energiske kortbølgete UV-lyset fra sola og blir delvis ionisert. Derfor kalles dette laget også for ionosfæren.

Hvorfor synker trykket?

Forskjellen mellom luft og vann er at lufta kan komprimeres (presses sammen), mens vann ikke kan det. Hvis du dykker i havet og har 10 meter vann over deg, er trykket 1 bar; er du 20 meter under vann er trykket 2 bar, fordi vannmengden over deg er dobbelt så stor. Med luft blir det på samme måte som hvis du forsøker å lage en haug med veldig lette puter (se figur 3). Putene på bunnen blir flattrykte på grunn av vekten av putene som ligger over. De kan komprimeres fordi det er mye ledig plass inni dem. I laget nærmest bakken er det 10 puter på 30 centimeter, og i det åttende laget er det bare en, selv om alle putene veier det samme. Det samme prinsippet gjelder i atmosfæren. Derfor bruker klimatologer vanligvis ikke bare enheten meter for å spesifisere høyde over havet, men også trykk. Hvor mye lufta kan presses sammen avhenger til en viss grad av temperaturen, men grovt regnet kan vi dele trykket på 2 for hver 5,5 kilometer over havoverflaten. 1000 hPa ved bakken, 500 hPa 5,5 kilometer over havet, og så videre.

3. Lufta trykkes sammen på samme måte som et putetårn
Figur: Elmar Uherek

Er termosfæren virkelig så varm?

Profiler av atmosfæren viser noen ganger temperaturer på 500-1000oC i 200-500 km høyde over bakken (i termosfæren). Er det virkelig så varmt? Det avhenger av hvordan man definerer temperatur. Når vi bruker et termometer, overfører molekylene energi når de treffer termometerets overflate. I termosfæren har molekylene svært høy energi, slik at temperaturene stemmer, men antallet molekyler per volum er omkring en milliondel av antallet molekyler nær jordas overflate. Sannsynligheten for kollisjoner (f.eks. med et termometer) og den totale energioverføringen er derfor ekstremt lav. Termosfærisk temperatur er derfor et mål på molekylenes energi, men kan egentlig ikke sammenlignes med temperaturer målt med et termometer ved bakken.

weather map at 1000 hPa

4. a) Værkart på bakkenivå.
Fra: Schirmer – Wetter und Klima – Wie funktioniert das?

weather map 300 hPa

4. b) Det samme værkartet på 300 hPa (rundt 9 km høyde). Legg merke til vindhastighetssymbolene.
Fra: Schirmer – Wetter und Klima – Wie funktioniert das?

Compare the windspeeds!

4. c) Se på utsnittet til høyre og sammenlign vindhastighetene ved bakkenivå (mørkeblå nederst) og ved 9 km over havet (lyseblå øverst) på sammenlignbare steder. Hva er vindhastigheten i km/t på de tre merkede stedene?

Hvordan forandrer vinden seg?

De to værkartene ovenfor viser at trykkgradientene og vindhastighetene er svært ulike i nærheten av bakken og i den øvre troposfæren. Derfor er det nødvendig med et spesielt værmeldingssystem for lufttrafikk. Vindens hastighet øker jo høyere opp man kommer, og vanlige vindhastigheter i nærheten av tropopausen, ville blitt regnet som kraftige stormer på bakken. I stratosfæren synker vindhastighetene betydelig igjen.

5. Vindhastighet måles vanligvis i knop (kn = sjømil per time) eller i km/t; mer nøyaktig i m/s.
1 m/s = 3,6 km/t
1 kn = 1,852 km/t
Symbolene på værkartet viser vindretningen (hvor vinden kommer fra) og vindens hastighet i knop.

6. Vindhastighet vertikal profil.
Data fra et ballongeksperiment foretatt av US National Weather Service. Hentet fra Exploring Earth.

7. Sammenlikning mellom vindhastighet og temperatur.

Relaterte Sider:

Mer om hvordan luftas egenskaper endrer seg med høyden
Nedre Atmosfære – Innføring – Introduksjon til troposfæren – Vertikal utstrekning

Om denne siden:

forfatter: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute, Mainz
vitenskapelig kvalitetssikring: Dr. John Crowley, Max Planck Institute for Chemistry, Mainz - 2004-05-04
pedagogisk utprøvning: Michael Seesing - Univ. of Duisburg, Dr. Ellen K. Henriksen - Univ. of Oslo, Yvonne Schleicher - Univ. of Erlangen-Nürnberg
oversettelse og tilrettelegging: Nicolai Steineger og Erik Steineger
sist oppdatert: 2005-12-28

Last modified: Friday, 22 May 2020, 3:06 PM