Els fenòmens atmosfèrics

Energia de l'atmosfera

L'energia responsable de la dinàmica que existeix en la superfície del planeta i en la seva capa gasosa és deguda a la radiació electromagnètica que rebem, l'energia solar. En aquest sentit hem de dir que tot cos amb una temperatura superficial superior a 0 K (per tant per sobre de -273 ºC) emet radiació electromagnètica.

Aquesta radiació electromagnètica es un conjunt d'ones electromagnètiques d'un ampli ventall de longituds d'ona que es propaguen a 300000 km/s al buit i en línia recta. Per tant es un tipus de fenomen ondulatori. Dins d'aquest tipus de moviments trobem també el so, les ones que es formen a les superfícies aquàtiques, ...

Aquests moviments estan caracteritzats per tres paràmetres: la longitud d'ona (l), el nombre de vibracions per segon (n) i la velocitat (c).

Cal destacar que una de les diferències entre la radiació electromagnètica i els altres moviments ondulatoris és que la radiació no necessita d'un medi material per a la seva transmissió, pot propagar-se en el buit.

Al quadre A podem observar un resum de la col·lecció de diferents ones electromagnètiques (l'espectre electromagnètic) que es diferencien entre sí per la seva longitud. A l'haver ones amb una longitud molt curta s'acostuma a utilitzar, per a mesurar-les, un divisor del metre, el micròmetre (mm) que és la milionèsima part d'aquell.

Tret de: El canvi climàtic, de Josep Enric Llebot (1997). Departament de Medi                     Ambient. Rubes Editorial.

A meteorologia es considera radiació d'ona curta la que té una longitud entre 0,15 i 3,0 mm i radiació d'ona llarga aquella que està entre 3,0 i 100 mm.

L'energia radiant solar s'origina en reaccions nuclears que es produeixen al seu interior, on nuclis d'hidrogen a altes temperatures i grans pressions xoquen i s'uneixen formant nuclis d'heli (es tracta, per tant, d'una reacció nuclear de fusió) desprenent gran quantitat d'energia.

La major part de la radiació electromagnètica solar és d'ona curta. L'emissió màxima de radiació solar correspon a la longitud d'ona pròxima a 0,5 mm, per tant es tracta de radiació visible (al voltant del 50 % del total d'energia).

L'energia que ens arriba a nosaltres procedent del sol és menys d'una dos mil milionèsima del total emès per la nostra estrella. La radiació solar, d'ona curta, que incideix sobre la superfície del planeta és la suma de dos tipus: la radiació directa, que és la que arriba directament del disc solar, i la radiació difusa, procedent de la redistribució de la radiació al voltant de les partícules atmosfèriques.

  Segons l'època de l'any, la radiació solar   incident en un punt del cim de l'atmosfera   varia entre un màxim i un mínim degut a la   variació de la obliqüitat dels raigs solars i, a   més sobre la superfície del planeta també   variarà per haver de travessar un gruix   atmosfèric més gran o més petit.

  La radiació terrestre (la que emet el nostre   planeta ja que té una temperatura superior   als -273 K) és molt menor que la solar i, a   més, és d'ona llarga.

Com la Terra en conjunt (atmosfera i geosfera) ni s'escalfa ni es refreda, s'ha d'entendre que el total d'energia d'ona curta que arriba procedent del sol i la que surt d'ona llarga emesa per la Terra estan en equilibri, doncs cas contrari el planeta s'escalfaria o es refredaria progressivament.

A més s'ha de tenir en compte que la troposfera (la capa que més interessa en meteorologia) no s'escalfa directament per la radiació solar, sinó a partir de la radiació emesa per la superfície terrestre i per altres procediments de propagació de l'energia des del sòl.

La radiació solar al travessar l'atmosfera és atenuada, ja que es produeixen interaccions amb les partícules que formen l'atmosfera. Els factors que influeixen són l'absorció de part de l'energia que es realitza per gasos atmosfèrics (oxigen molecular, ozó, nitrogen molecular, vapor d'aigua, diòxid de carboni) i per l'aerosol i per la difusió que fan les diferents partícules existents a l'atmosfera i que depèn del tamany d'aquestes partícules.

Així les partícules d'aerosol provoquen la denominada difusió de Mie (els núvols són blancs per aquesta difusió) i, en canvi, les molècules d'oxigen molecular són responsables de la difusió de Rayleigh (és la responsable de que el cel sigui blau).

tornar a dalt

Temperatura

Aquesta és una de les variables meteorològiques que més interessa controlar, doncs la seva distribució sobre la superfície, la seva variació en alçada i en el temps, tant diari com anual, representa un dels factors desencadenants de variacions en altres variables (pressió, vent, humitat, ...)

La temperatura en un lloc determinat presenta una oscil·lació diària, paral·lela a la que presenta l'arribada d'energia solar durant el dia, encara que una mica retardada, doncs la temperatura màxima acostuma a presentar-se amb posterioritat al màxim d'energia rebuda, o sigui després del mig dia astronòmic. Passa exactament igual amb la temperatura mínima.

No obstant, aquest cicle de temperatura diària s'acostuma a veure alterat per diversos fluxos advectius (com per exemple el pas de fronts freds).

Vapor d'aigua

El vapor d'aigua és un dels components de l'aire que es present en proporcions petites i que té una concentració variable. És un component atmosfèric també important per a la dinàmica i els moviments atmosfèrics i per als éssers vius.

La presència del vapor d'aigua a l'atmosfera pot variar des del 0% en les zones desèrtiques fins un 4%. La seva presència es major a les parts baixes de la troposfera i la seva proporció disminueix ràpidament amb l'alçada.

El vapor d'aigua és el responsable de la formació dels núvols i intervé en molts processos meteorològics, presentant, a més, una importància vital en l'intercanvi energètic entre la superfície del planeta (geosfera i hidrosfera) i l'atmosfera. Cal recordar que en l'atmosfera podem trobar l'aigua en els tres estats: sòlid, líquid i gasós.

La concentració de vapor d'aigua a l'aire es coneix com a humitat. Sobre aquesta podem interessar-nos per la capacitat d'una massa aire a emmagatzemar aigua (humitat absoluta) o per el percentatge d'aigua existent en una massa d'aire respecte el màxim que podria contenir aquesta mateixa massa a les mateixes condicions de temperatura i pressió (humitat relativa).

La importància de disposar de les dades de la humitat de l'aire cal buscar-la en:

tornar a dalt

Pressió atmosfèrica

La pressió atmosfèrica és conseqüència de la constitució material de la capa gasosa anomenada atmosfera. El pes de les partícules que formen una columna d'aire sobre el sòl per unitat de superfície és el que es coneix com a pressió atmosfèrica. Aquesta es mesura amb els baròmetres s'expressa en hecto Pascals (hPa), encara que també la podem veure expressada en mil·libars (mb) o en mil·límetres de mercuri (mm de Hg o simplement mm).

La pressió normal a nivell del mar és de 1013,2 hPa.

La pressió atmosfèrica disminueix a l'ascendir en altitud, ja que per sobre tenim una columna d'aire més petita. Aquesta disminució de la pressió atmosfèrica amb l'altura no és directament proporcional a l'augment d'aquesta, ja que l'aire és un fluid molt compressible i, per tant, les capes inferiors estan sota el pes de les capes que tenen per sobre. Com a conseqüència d'aquests fets, les capes inferiors són més denses i, per tant, més pesades.

Per fer-nos una idea d'aquest fet podem tenir present que a prop del sòl cada 8 m d'ascens suposa un descens d'1 hPa, mentre que a 10000 m d'altitud hem de pujar 25 m per aconseguir una disminució d'1 hPa de pressió.

Gràcies a aquesta variació de la pressió atmosfèrica amb l'altitud, per comparar els valors enregistrats en diferents llocs, i per tant a diferents altituds, hem de procedir a realitzar una "reducció al nivell del mar" d'aquests valors.

A partir de les dades obtingudes desprès d'aquesta correcció, l'estudi de la disposició i variació de la pressió serà de gran importància en Meteorologia sinòptica (en previsió) perquè ens donarà informació sobre moviments de masses d'aire (desplaçaments, tant horitzontals com verticals) i permetrà fer previsions.

tornar a dalt

Vent

El vent és aire en moviment. El moviment de masses d'aire és produït pels canvis de temperatura i pressió.

El principal motor que impulsa l'aire a moure's és la diferència de pressió existent entre els diferents llocs del planeta, i l'aire es posa en moviment per eliminar aquests desequilibris de pressió.

Tret de: La contaminació atmosfèrica, de X. Domènech (1991). Biblioteca Cultural, 1. Ed. Barcanova. Barcelona

Al mateix temps el vent, al desplaçar masses d'aire d'uns llocs a uns altres, origina buits i agolpaments d'aire que contribueixen a alterar la distribució de la pressió. Però, com que l'atmosfera és un fluid, es desplaça en totes les direccions, el que fa que hi hagi una estreta relació entre els moviments horitzontals i verticals de l'aire.

De tot l'anterior es desprèn la gran importància que té la circulació general atmosfèrica en la redistribució de l'energia planetària. Precisament és el repartiment del calor que es realitza entre els fluids que formen l'atmosfera el responsable de l'aparició d'aquesta circulació general de l'aire, i que no són una altra cosa que moviments de convecció. Aquesta circulació de l'aire queda influenciada pel moviment de rotació de la Terra de forma que la lògica circulació d'equador cap als pols queda establerta a través de tres cèl·lules en cada hemisferi, anomenades cèl·lules de Hadley en el seu conjunt (concretament són: la cèl·lula de Hadley, la cèl·lula de Ferrel i la cèl·lula polar.

La rotació de la Terra és també la responsable de l'establiment de sistemes de circulació en direcció oest-est en latituds mitjanes i en el sentit contrari en les baixes (vents alisis).

A més del sistema global de circulació de les masses d'aire, hem de tenir en compte altres moviments periòdics de caire més local, com per exemples les brises.

La velocitat del vent s'expressa en m/s, km/h o nusos; però també la podem trobar expressada en graus de l'escala Beaufort (almirant britànic , segles XVIII-XIX) que consta de tretze graus (del 0 al 12) amb equivalències de velocitat i efectes que pot provocar tant en terra com en mar.

Els vents reben noms diferents segons la zona on estiguem, així a Catalunya els noms dels vents més utilitzats són:

tornar a dalt

Núvols

Els núvols es formen gràcies a la condensació del vapor d'aigua existent en una massa d'aire. Aquesta condensació es pot veure afavorida per canvis de temperatura i d'humitat que tinguin lloc en la massa d'aire a l'ascendir. Els núvols no són altra cosa que denses masses de petitíssimes gotetes d'aigua i/o de minúsculs cristalls de gel formats per condensació i sublimació sobre unes partícules que actuen com a nuclis (partícules d'aerosol), que estan flotant en l'aire.

Els principals processos atmosfèrics que afavoreixen la condensació són:

La gran varietat de núvols que podem observar podem classificar-los sota diferents criteris:

La combinació d'aquests mots més el prefix alto i el nom nimbus (pluja en llatí) s'obtenen els deu gèneres bàsics adoptats per acord internacional, que estan recollits a l'Atles Internacional de Núvols de l'OMM.

tornar a dalt

Precipitació

S'entén per precipitació la caiguda d'aigua, en estat líquid o sòlid, al terra. Aquestes partícules arriben amb una velocitat apreciable, fet que les diferencien d'aquelles altres que floten en l'aire, núvols, boires, ..., productes de condensació i sublimació atmosfèriques, i que poden acabar mullant les superfícies dels objectes que toquen simplement per contacte.

Cal, per tant, insistir en el fet que precipitació porta lligat l'efecte caiguda i arribada a la superfície del terra mullant-la. Si del núvol observem una cortina d'aigua, però aquesta no arriba a mullar la superfície del terra, parlarem de virga. La boira tampoc podem considerar-la com a precipitació real ja que les seves gotetes mullen la superfície del terra, però no tenen una velocitat apreciable. En algun casos parlem de precitació oculta quan ens referim a l'aigua que es diposita a conseqüència de les boires, la rosada, la gebrada o la boira gebradora.

tornar a dalt