Dynamikken i stratosfæren

Dynamikken i stratosfæren

Prosesser i stratosfæren foregår svært sakte, sammenliknet med det som skjer i troposfæren. Stratosfæren er ekstremt stabil, og utvekslingen med troposfæren er svært liten. Denne utvekslingen er imidlertid svært viktig for klimaet.

Utveksling av stoffer mellom troposfære og stratosfære

Transporten av luft rundt omkring på jorda drives av sola. Stråling fra sola varmer opp bakken, sjøoverflaten og lufta. Oppvarmingen er sterkest i tropene og svakere ved de midtre og høye breddegradene. Det vil si at varmeoverføringen er sterkest i tropene, og at lufta stiger høyere opp i atmosfæren her enn andre steder på jorda. Over tropopausen absorberer ozonet noe av strålingen fra sola. Dette fører til en oppvarming av stratosfæren. Oppvarmingen er sterkest over tropene, svakere i de polare områdene og beveger seg mot null i mørketiden nær polene. Figur 1. viser konsekvensene av dette – varm luft stiger i tropene, avkjøles og beveger seg mot polene (vist som 1 på figuren).

stratosphere troposphere exchange STE

1. Den globale sirkulasjonens retning og utveksling mellom stratosfæren og troposfæren.
av: Elmar Uherek

Utveksling av luft mellom stratosfæren og troposfæren kan forekomme dersom lag med konstant temperatur krysser tropopausen (pkt. 2 på figur 1) eller hvis det skjer forstyrrelser og varmeoverføring ved de midtre breddegrader (pkt. 3).

Vertikal luftutveksling i troposfæren tar fra timer til dager, mens i stratosfæren tar det måneder til år. Dette er årsaken til at det kan ta mellom ett og to år for stratosfæren å stabilisere seg igjen etter vulkanutbrudd som Mt. Pinatubo i 1991. Se på illustrasjonene under for å få et inntrykk av følgene av dette utbruddet.

Den lille utvekslingen mellom stratosfæren og troposfæren er en viktig kilde til at ozon fra stratosfæren beveger seg ned i troposfæren. Stratosfærisk ozon setter i gang dannelse av hydroksylradikaler (OH). Det setter også i gang syklusene som fører til dannelse og nedbryting av ozon i troposfæren.

Tabell:
Det troposfæriske ozonbudsjettet:

Det er et kretsløp av ozondannelse og nedbryting i troposfæren. Den viktigste drivkraften er ozonet som kommer fra stratosfæren.

Produksjon/tap av ozon Tg / år
Transport fra stratosfæren + 600
a) Fotokjemisk dannelse + 3500
b) Fotokjemisk nedbryting - 3400
Sum a + b: netto ozondannelse + 100
Nedfall til bakken - 700

Eruption of Mt. Pintubo

2. a) Utbruddet til Mt. Pinatubo i Filippinene i Juni 1991.

Aersol Extinktion

2. b) Lysabsorbsjonen som skyldtes partikler i atmosfæren etter utbruddet til Mt. Pinatubo i 1991 økte umiddelbart med utbruddet og minsket sakte over de neste 2-3 årene. Figuren viser at partikler nådde atmosfæren.
Data: SAGE I + II.

Brewer Dobson-sirkulasjon

Lufta beveger seg rundt i atmosfæren i et mønster som kalles Brewer Dobson-sirkulasjon. Fordi prosessene som styrer dette sirkuleringsmønsteret er svært kompliserte, skal vi ikke diskutere dette i detaljer her. Enkelt forklart stiger luft i tropene og synker ved polene, hver halvkule har sin egen sirkulasjon og det er lite utveksling av luft mellom halvkulene.

Brewer Dobson Circulation

3. Den gjennomsnittlige årlige strømmen i Brewer Dobson-sirkulasjonen viser at luft beveger seg fra tropene (i midten) til polene. I bakgrunnen ser du en gjennomsnittlig ozonfordeling som viser at ozon hoper seg opp i de polare områdene. Nordpolen er til høyre. Data: Nimbus 7 nettside

Det er noen små forskjeller på hvordan lufta sirkulerer rundt den nordlige og den sørlige halvkule. I nord er fordelingen av hav og landmasser mer ujevn enn i sør, og den polare virvelen (vortex) er svakere. I tillegg må årstidene tas med i beregningene. På figur 3. kan du se den gjennomsnittlige sirkulasjonen gjennom året. Når årstidene og solas vinkel forandrer seg, flytter posisjonen der lufta stiger i tropene seg enten nordover eller sørover. Figur 4. viser hvordan temperatur- og vindmønstrene varierer mellom de to halvkulene i januar. Dette fører til at Brewer Dobson-sirkulasjonen også varierer.

temperature and wind distribution

4. Temperatur- og vindfordeling i et tverrsnitt av atmosfæren i januar (= vinter på den nordlige halvkule, høyre side av bildet). Legg merke til den kalde tropopausen over tropene og dannelsen av en polar virvel over Arktis. Kilde: © NASA Goddard Space Flight Centre 2002.

Polare virvler

Den polare virvelen (en slags virvelvind) er en sirkumpolar vind som oppstår over begge polene, men oftere over det antarktiske kontinentet enn over Arktis. Den arktiske virvelen er mindre stabil fordi den skiftende overflaten mellom hav og kontinenter på jorda forstyrrer dannelsen av virvelen.
I den antarktiske virvelen kan temperaturen bli svært lav, og luft fra høyere regioner (som inneholder forbindelser som bidrar til nedbryting av ozonlaget) kan bli sugd ned til lavere høyder av vinden.

Polar vortex and temperature

5. a) Tredimensjonal illustrasjon som viser vindhastighet i den polare virvelen og temperaturen. Data: NASA / Goddard Space Flight Centre, simulering av IBM.

Polar vortex and ozone hole

5. b) Tredimensjonal illustrasjon som viser vindhastighet i den polare virvelen og ozonødeleggelse i oktober 1987. Data: NASA / Goddard Space Flight Centre, simulering av IBM.

Om denne siden:

Forfatter: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany.
Pedagogisk utprøving: Michael Seesing - Uni Duisburg, Germany - 2003-08-07
Oversatt og bearbeidet av Nicolai Steineger og Erik Steineger
Sist oppdatert: 2004-04-20

Last modified: Friday, 22 May 2020, 9:03 PM