zaklady_klimatologie

Táto stránka prezentuje krátky úvod do zemskej klímy. Začína s globálnou energetickou bilanciou, a potom opisuje zemskú cirkuláciu ako reakciu na ňu. Pojednáva o klimatickom systéme ako tepelnom čerpadle, ktoré berie teplo z trópov a prečerpáva ho k pólom. Úvod je rozdelený do nasledujúcich sekcií:

Pre hocijaký vyrovnaný rozpočet, to čo vstúpi, musí sa rovnať tomu čo ide von. V prípade planét obiehajúcich okolo Slnka to znamená, že vstupujúce slnečné žiarenie sa musí rovnať odchádzajúcemu vyžarovaniu. Inak sa bude planéta buď zahrievať alebo ochladzovať. Vyvážená globálna energetická bilancia je fundamentálny aspekt klimatického systému.

Uvažujme zväzok lúčov slnečného svetla dopadajúceho na Zem na rovníku, ako je ukázané na Obrázku 1. Zväzok lúčov je približne v pravom uhle k zemskému povrchu, teda rozsah Zeme ktorý je pokrytý (oblasť a), je rovnaký ako šírka zväzku lúčov. Bližšie k pólom, rovnaký zväzok lúčov rovnakej šírky pokrýva oveľa väčšiu plochu Zeme (oblasť b), pretože prichádza v odlišnom uhle k zemskému povrchu. To znamená, že povrch Zeme prijíma viac energie v tropických pásmach na jednotkovú plochu, než tomu je na póloch. Podobným spôsobom, na poludnie, kedy Slnko je najvyššie na oblohe, slnečný lúč istej šírky osvetlí oblasť menšiu než by ten istý slnečný lúč osvetlil pri úsvite alebo súmraku, kedy je Slnko nižšie na oblohe. Slnko preto pociťujeme ako najhorúcejšie na poludnie.

Obrázok 1. Snečné žiarenie prichádza v inom uhle k zemskému povrchu na póloch než na rovníku. V dôsledku toho, oblasť ktorú zväzok lúčov pokrýva je najmenšia na rovníku a zväčšuje sa k pólom (oblasť b je väčšia než oblasť a), preto Zem prijíma viac tepla na jednotkovú plochu na rovníku než na póloch.

Časť prichádzajúceho slnečného žiarenia (čo je hlavne ultrafialové, viditeľné svetlo a infračervené malej vlnovej dĺžky) je odrážané alebo rozptýlené okamžite späť do vesmíru atmosférou a časť je absorbovaná Zemou (viď Obrázok 2 ). Akonáhle je žiarenie absorbované, zemský povrch re-emituje túto energiu s väčšou vlnovou dĺžkou vo forme vyžarovaného tepla

Obrázok 2. Ročná bilancia vyžarovania Zeme. Čísla sú všetky vo W.m^-2 (watt na štvorcový meter), rozmere energie. Z prichádzajúceho žiarenia je 49% (168÷342) absorbované zemským povrchom. Toto teplo je vrátené do atmosféry v rôznych formách (procesy vyparovania a tepelné žiarenie, napríklad). Väčšina z tohto spätného rozptylu tepla je absorbovaná atmosférou, ktorá ho potom re-emituje hore a dolu. Časť je vrátená do vesmíru, a časť zostáva v zemskom klimatickom systéme. To je to, čo riadi skleníkový efekt [obrázok adaptovaný z Kiehl & Trenberth, 1997].

Obrázok 3 ukazuje ako distribúcia prichádzajúceho slnečného (krátkovlnného) a odchádzajúceho (dlhovlnného) žiarenia Zeme kolíše so zemepisnou šírkou (vzdialenosťou od rovníka). Tropické pásma sú sieťou pohlcovačov energie, pretože hodnota absorbovanej slnečnej energie je väčšia než hodnota odchádzajúceho žiarenia Zeme. Naopak, póly sú sieťou žiaričov. To by malo znamenať, že tropické pásma sú konštantne zahrievané a póly ochladzované, ale nie sú. Zem musí preto nepretržite pumpovať teplo od tropických pásiem k pólom: toto je tepelné čerpadlo. Cirkulácia zemskej atmosféry a cirkulácia oceánov sú dominantnými mechanizmami pumpovania. Vezú približne rovnaké množstvá energie od rovníka k pólom.

Obrázok 3. Krátkovlnné žiarenie (zo Slnka) a dlhovlnné žiarenie (teplo emitované Zemou) kolíšu so zemepisnou šírkou. Rozdiel medzi nimi ukazuje, že Zem je sieťou pohlcovačov energie (t.j. absorbovaná energia > odchádzajúca energia) v tropických pásmach, a sieťou žiaričov (odchádzajúca energia > absorbovaná energia) v polárnych oblastiach. Toto je diagram pásmového priemeru žiarenia; to jest, ukazuje ako žiarenie variuje so zemepisnou šírkou (latitude) ale nie dĺžkou (longitude). Ak si predstavíte kružnicu dookola zemegule v každej zemepisnej šírke, žiarenie by bolo priemerné dookola kružnice, pretože v tomto prípade zmena s dĺžkou je menej zaujímavá než zmena so zemepisnou šírkou.

Cirkulácia atmosféry je zodpovedná za asi 50% prenosu energie od tropických pásiem k pólom. Základný mechanizmus je veľmi jednoduchý: horúci vzduch vystupuje v tropických pásmach (konvekcia), redukujúc tlak na povrchu a stúpa do väčších výšok. Toto núti vzduch šíriť sa vo veľkých výškach k polárnym oblastiam, a tam klesať do malých výšok. Ako zohriaty, k pólom sa pohybujúci vzduch, vstupuje do oblastí s menším prichádzajúcim slnečným žiarením, ochladzuje sa a klesá, takto dokončuje cirkuláciu.

Ak by Zem nerotovala, videli by sme tento jednoduchý model: horúci vzduch by vystupoval v tropických pásmach, presúval sa od rovníka, postupne chladol, klesal vo vysokých zemepisných šírkach blízko pólov, a konečne recirkuloval blízko povrchu smerom k rovníku (viď Obrázok 4).

Obrázok 4. Ak by Zem nerotovala, tropický vzduch by stúpal, pohyboval by sa k pólom, chladol a klesal pred navrátením sa k rovníku. Dominantné prúdenie vo všetkých výškach by bolo pozdĺž čiar dĺžky - poludníkov.

Avšak, zemská rotácia komplikuje veci. Aby daný bod na zemskom povrchu urobil úplné otočenie, musí precestovať oveľa viac na rovníku (2 π krát polomer Zeme; t.j. 6,371 km), než v stredných zemepisných šírkach, a na póloch nemusí cestovať vôbec, iba sa otáčať. Rýchlosť je definovaná ako vzdialenosť delená časom, teda pre plné otočenie za 24 hodín to znamená, že rýchlosť povrchu Zeme je najväčšia na rovníku, a klesá so vzrastajúcou zemepisnou šírkou.

Teraz si predstavme delovú guľu vystrelenú smerom k severu z rovníka. Okrem jej rýchlosti k severu, delová guľa má tiež rýchlosť k východu rovnakú ako Zem v mieste, z ktorého bola vystrelená. Ale, ako cestuje ďalej k severu, Zem pod ňou sa pohybuje pomalšie než Zem na rovníku. Preto sa delová guľa zdanlivo posúva k východu v priebehu letu (ako je ukázané na Obrázku 5 nižšie). Toto sa nazýva Coriolisov jav alebo sila, po francúzskom inžinierovi Gustav-Gaspard Coriolisovi, ktorý to objavil (delové gule a všetko) v r. 1835. Coriolisova sila je dôvod, prečo vo výškach polárnych oblastí je prenos vzduchu (vietor!) západný (od západu na východ); zatiaľ čo prenos v rovníkových oblastiach, prízemný vietor, je východný (od východu na západ). V tropických pásmach sú tieto východné vetry známe ako pasáty.

Obrázok 5. Animácia ukazujúca Coriolisov jav. Držte vaše oko na bielom bode (Santa Claus, možno), ktorý sa pohybuje priamo hore vzhľadom k nehybnému pozorovateľovi nad severný pólom (vami, v tomto prípade). Ale podľa perspektívneho pozorovateľa na (rotujúcej) Zemi, bod sa zdanlivo odkláňa doprava.

V prípade atmosféry to znamená, že vetry cestujúce polárnymi oblasťami dostávajú väčšiu a väčšiu západnú rýchlosť. Toto vrcholí v subtropických prúdových vetroch, kde absolútne rýchlosti sú typicky 40 m.s^-1 v hornej troposfére. S takými veľkými vertikálnymi gradientami rýchlosti sa vzduch stáva nestabilným, a rozvíja sa vlnenie v západnom prúdení. Zo skúsenosti toto poznáme ako systémy nízkeho tlaku, ktoré sa pravidelne presunujú nad sever Európy. Tieto systémy miešajú vzduch, čo má za následok presun studeného vzduchu do rovníkových oblastí a teplého vzduchu do polárnych oblastí. Účinok tejto siete je presun tepla do polárnych oblastí a vznik takzvanej Ferrellovej bunky (Ferrell cell), ktorá rotuje v opačnom zmysle k Hadleyovej bunke (Hadley Cell).

V polárnych oblastiach je model cirkulácie veľmi podobný k Hadleyho bunke a je nazývaný Polárna bunka (Polar Cell). Táto cirkulácia je poháňaná výstupom teplejšieho vzduchu a zostupom chladnejšieho vzduchu. Prúdový vietor (jet stream) stredných zemepisných šírok sa nachádza v hornej troposfére, kde sa Ferrellove a Polárne bunky stretávajú.

Figure 6. Idealizovaná interpretácia atmosférickej cirkulácie Zeme. Vzduch je vyhrievaný a stúpa v tropických pásmach, unášaný k severu a juhu skôr než klesá okolo 30° severnej a južnej zemepisnej šírky v cirkulácii Hadleyho bunky. Na povrchu je prúdenie vzduchu východné a je známe ako pasát. V stredných zemepisných šírkach (okolo 30°-60°) je cirkulácia ovládaná rozsiahlou vlnovou aktivitou a mimoriadnymi tropickými búrkami (dôvod prečo je európske počasie tak nestále!), čo sa prejavuje ako Ferrellova bunka. Vo vysokých zemepisných šírkach jednoducho, konvekciou poháňaná cirkulácia sa vracia a je nazývaná Polárna bunka. Oblasti vysokého a nízkeho prízemného tlaku sú označované 'H' (V - tlaková výš) a 'L' (N - tlaková níž).

Cirkulácia oceánov spôsobuje okolo 50% prenosu energie od tropických pásiem k pólom. Podobne ako v atmosfére, cirkulácia je poháňaná ohrievaním povrchových vôd v tropických pásmach, a ochladzovaním v polárnych oblastiach. Chladné povrchové prúdy cestujú rovníkovými oblasťami a teplé povrchové prúdy cestujú polárnymi oblasťami. Úplný, veľkorozmerný model cirkulácie oceánu je nazvaný termálna cirkulácia morských prúdov (thermohaline circulation) (viď Obrázok 15), pretože je poháňaná rozdielmi v teplote a koncentrácii soli. Keď sa voda vyparuje alebo sublimuje, zanecháva svoju soľ, robí zostávajúcu vodu viac slanou a preto hustejšou. Hlbinná voda severného Atlantiku, napríklad, je formovaná vodou v Grónskom mori, ktorá je veľmi chladná aj veľmi slaná, a preto klesá a šíri sa k rovníkovým oblastiam.

Toto všetko spôsobuje, že priestorová štruktúra oceánu je veľmi komplikovaná a zatiaľ je relatívne málo známa. Obrázok 7 ukazuje veľmi zjednodušený pohľad ako svetové oceány cirkulujú. Hocakej individuálnej molekule vody by trvalo okolo tisíc rokov urobiť uzavretý okruh!

Obrázok 7. Všeobecná oceánska cirkulácia (veľmi zjednodušená). Tiež známa ako oceánsky dopravník. Zdroj: www.CLIVAR.org. Červená časť dopravníka reprezentuje dopravnú sieť zohriatej vody v horných 1000 m oceánov, a modrá časť siete dopravuje studenú vodu spodnej časti teplotného gradientu.

Oceán má väčšiu kapacitu pre udržanie tepla než atmosféra, čo znamená že reaguje pomalšie než atmosféra na zmenu v rovnováhe prichádzajúceho/odchádzajúceho žiarenia. To znamená, že zmena oceánskej teploty je pomalšia ako atmosférickej, či sa to týka dennej, sezónnej alebo klimatickej časovej mierky.

Keď vietor fúka nad oceánom, energia je prenášaná z vetra (zmenšujúc jeho energiu ) do povrchových vrstiev, z ktorých niektoré potom riadia oceánske prúdy. Voda sa môže jednoduchšie vyparovať do teplého vzduchu, obzvlášť ak bude veterno. Ako sa vyparuje, odoberá teplo z oceánu. Keď potom kondenzuje do formy kvapôčky oblaku, uvoľňuje teplo do vzduchu. To je jeden z hlavných spôsobov ako hurikány dostávajú svoju energiu.

Soľ je nepretržite prinášaná do oceánov riekami odvodňujúcimi kontinenty a nesúcimi minerály rozpustené zo skál ktorými pretekajú, a vyzrážaná ako usadenina na oceánskom dne. Vyparujúca sa alebo mrznúca voda na oceánskom povrchu zanecháva zostávajúcu vodu slanšou, ale dážď, ktorý nie je slaný, riedi koncentráciu soli povrchu oceánu. Navyše, keď je skutočne veterno, slané kvapôčky oceánskej vody môžu byť naviate do vzduchu, a tieto môžu tvoriť základ kvapôčok oblačnosti.

Vzduch a oceán si spojito vymieňajú teplo. Pretože oceán má väčšiu tepelnú kapacitu, trvá mu dlhšie prispôsobiť sa zmenám v prichádzajúcom žiarení, a preto inklinuje meniť teplotu pomalšie. To znamená, že povrch mora má obyčajne inú teplotu ako vzduch bezprostredne nad ním, a teplo je prenášané medzi oceánom a atmosférou.

Je mnoho spätnoväzobných mechanizmov medzi oceánmi a atmosférou. Napríklad, vyparujúca sa voda môže kondenzovať v atmosfére do formy oblakov. Tieto odrážajú prichádzajúce aj odchádzajúce žiarenie (preto zamračené noci sú teplejšie ako jasné) a tak určujú teplotu povrchu oceánu.

V devätnástom storočí rôzni vedci (takí ako Joseph Fourier) vysvetlili, že atmosféra môže, ako normálny skleník, zadržať energiu vyžiarenú do nej zvonku. Analógia skleníka nie je veľmi presná, ale názov isto priliehavý.

V r. 1860 John Tyndall vysvetlil že isté plyny, vrátane vodnej pary a kysličníka uhličitého (CO₂), neovplyvňujú viditeľné svetlo, ale pohlcujú žiarenie väčšej vlnovej dĺžky (infračervené, teplo). Predpokladal, že tieto plyny izolujú Zem.

Súčasný proces pracuje podobne tomuto (viď Obrázok 2): prichádzajúce viditeľné slnečné svetlo je buď odrazené (napríklad oblačnosťou, alebo vrstvami vzduchu), alebo prechádza nerušene cez atmosféru, a je absorbované povrchom Zeme, teda ohrieva ho. Zem vyžaruje teplo z povrchu späť do atmosféry, odkiaľ môže prechádzať do vesmíru, alebo byť odrazené znova, alebo, pretože má teraz väčšiu vlnovú dĺžku než predtým, môže byť absorbované vodnou parou, kysličníkom uhličitým, metánom a inými skleníkovými plynmi, ktoré sú prítomné v atmosfére. Pretože molekuly vodnej pary / metánu / kysličníka uhličitého pohlcujú dlhovlnné žiarenie, zahrievajú sa, a spätne vyžarujú dlhovlnné žiarenie vo všetkých smeroch. Časť je stratená vo vesmíre, ale časť z neho tiež žiari späť k povrchu, znova ho zahrievajúc.

Tento prirodzene sa vyskytujúci proces pomáha držať na Zemi dosť tepla aby existovala tekutá voda. Bez skleníkových plynov, priemerná teplota na zemskom povrchu by dosahovala len -17 °C, približne o 33 °C chladnejšia než skutočne je!

Teraz, čo keby sa koncentrácie týchto izolujúcich plynov zvýšili? Mohli by sme očakávať zintenzívnenie procesu opísaného vyššie. Naozaj, toto je práve to, čo prinieslo Nobelovu cenu švédskemu chemikovi Svante Arrheniusovi v r. 1896. Objasnením ako CO₂ pohlcuje sálanie tepla z povrchu Zeme vyrátal, čo by sa stalo, keby hodnota CO₂ v atmosfére bola dvojnásobná. Vyhodnotil, že zdvojnásobenie CO₂ by smerovalo k priemernej hodnote teplotného prírastku celého povrchu o 2 °C. Toto je zhodné s modernými predpoveďami.

Tento prístup, hoci stále užitočný ale predovšetkým odhad, uvažuje klimatický systém pri absencii akýchkoľvek spätnoväzobných procesov. Spätné väzby sú procesy, v ktorých výstupy z procesu majú vplyv na vstupy do toho istého procesu. Niekedy spätnoväzobné procesy pôsobia na posuv, alebo potlačenie zmeny (záporná spätná väzba), a niekedy pôsobia na rozšírenie zmeny (kladná spätná väzba). Príklady zápornej spätnej väzby zahŕňajú udržiavanie teploty vášho tela: keď dostávate príliš tepla, spúšťate rôzne mechanizmy (napríklad potenie) k vášmu ochladeniu a naopak. Všeobecný príklad kladnej spätnej väzby je často spojený so zosilnenou hudbou alebo rečou, kedy mikrofónom je umiestnený príliš blízko reproduktoru... niekto hovorí/ spieva/ hrá do mikrofónu, šum je zosilnený, a odchádza z reproduktoru. Ak niektorý z tohoto zosilneného šumu sa vráti do mikrofónu, je zosilnený znova atď. atď. a koncový výsledok je ohlušujúce kňučanie.

Je mnoho príkladov spätných väzieb v klimatickom systéme. Ak sa atmosféra ohrieva, ľad sa topí. Ľad odráža veľa prichádzajúceho slnečného žiarenia, teda ak sa roztopí, menej je odrazeného, viac je absorbovaného Zemou a atmosféra sa otepľuje; kladná spätná väzba. Na druhej strane, ak je viac kysličníka uhličitého v atmosfére, niektoré rastliny rastú rýchlejšie, pohlcujúc viac kysličníka uhličitého a prípadne redukujúc jeho množstvo v atmosfére; záporná spätná väzba.

Kvôli komplexnosti klimatického systému, spôsobenej prítomnosťou spätných väzieb vnútri neho, potrebujeme vyskúšať znázorniť celý systém tak dôkladne ako je možné, za účelom simulovania pravdepodobných zmien. Potrebujeme byť schopní porozumieť ako a kde spätné väzby pôsobia, a aké rozsiahle sú.

O možných spätných väzbách zo stúpajúceho obsahu kysličníka uhličitého môžete viac čítať v:

Oblačnosť a zrážky (dážď alebo sneženie, podľa toho kde ste) sa formujú prevažne tam, kde teplý, vlhký vzduch je prinútený stúpať. Ako stúpa, rozpína sa a ochladzuje a množstvo vodnej pary, ktorá môže byť udržaná je redukované. Všetka prebytočná vyparená voda kondenzuje a vytvára kvapôčky, ktoré vidíme ako mraky a môžu sa stať dosť veľkými aby spadli na zemský povrch ako dážď alebo sneženie. Obrázok 8 ukazuje, že hlavné oblasti vzostupu sú v tropických pásmach a v stredných zemepisných šírkach (okolo 50°-60°), kým hlavné oblasti zostupu, subtrópy a póly, sú suché, vyprahnuté oblasti.

V tropických pásmach, výstup je silný a obrovské mraky cumulonimbus (búrková kopa) sa formujú, siahajúc nad 10 km výšky a často zoskupované do zhlukov tak, že na obrázku 8 sú tropické pásma jasne vyznačené dlhou líniou mrakov. Tento vývin je predovšetkým nad oceánmi, kde je zdroj zohriatej vody na vyparovanie. Avšak, v stredných zemepisných šírkach, výstup je viac lokálny a menej veľký, majúci za následok viac ploché, individuálne kumuly (cumulus congestus - vyvýšená kopa, cumulus mediocris – stredná kopa, cumulus humilis – plochá kopa).

Ak si pozriete Obrázok 9, môžete vidieť denný profil ohrievania a ochladzovania. Najhorúcejšia časť povrchu pevniny sa presunuje v priebehu dňa na západ. Môžete tiež vidieť, že teplota oceánskeho povrchu nevariuje ani trochu podobne v priebehu dňa ako pevnina (obzvlášť v centre veľkého kontinentu, takého ako Afrika), keďže mu trvá dlhšie sa zohriať/vychladnúť.

Sezónny cyklus v atmosfére je poháňaný skutočnosťou, že zemská os nie je kolmá na smer k slnku (je v skutočnosti 23° odchýlená od zvislice). To znamená, že, v rôznych obdobiach roka, rôzne zemepisné šírky dostanú najviac prichádzajúceho slnečného žiarenia. Pri rovnodennosti je slnko v nadhlavníku na rovníku, pri júnovom slnovrate je slnko nad obratníkom Raka a pri decembrovom slnovrate je nad obratníkom Kozorožca. To znamená, že, v júni, júli a auguste (leto na severnej pologuli), severná pologuľa je teplejšia než južná pologuľa. Podobne v decembri, januári a februári, južná pologuľa je teplejšia. Tieto mesiace nie sú symetrické okolo slnovratu (napríklad, nehovoríme o ročnom období november, december, január) pretože klimatický systém inklinuje oneskorovať sa za Slnkom: chvíľu trvá ohriatie alebo ochladenie.

Cyklus ročných období má veľa vplyvov na podnebie. Na Obrázku 10, by ste mali byť schopný vidieť posuv ITCZ (Inter Tropical Convergence Zone – medziobratníková zóna konvergencie) k severu a k juhu podľa ročných období. Celý združený profil všeobecnej atmosférickej cirkulácie sa posúva s touto zónou. Sú tam vplyvy menších rozmerov a okrem toho, napríklad monzúny. Tropické cyklóny sa môžu vyskytnúť len keď sú oceány vyhriate, na konci letnej sezóny.

Obrázok 10. Teplotné polia z climateprediction.net modelu v mesačných intervaloch v priebehu jedného roka. Mali by ste byť schopný vidieť ITCZ (vyznačenú vysokými teplotami) oscilujúcu medzi obratníkmi Raka a Kozorožca.

Rozloženie pevniny a mora deformuje jednoduchý obraz všeobecnej cirkulácie; pevnina sa ohreje a ochladí rýchlejšie než voda, čo vedie vo veľkej miere k ázijskému monzúnu avšak v menšej miere i k morským vánkom (brízam), všeobecnému fenoménu na pobreží, kde vetry fúkajú od mora v priebehu dňa, ale od pevniny počas noci. Prítomnosť kontinentov ktoré ukončujú oceán, samozrejme narušuje oceánsku cirkuláciu. Prítomnosť pohorí odkláňa atmosférický tok (napríklad, Himaláje ovplyvňujú podobu monzúnu), hoci profil zrážok je určovaný veľkým stupňom kontrastu zem - more, kontinentálne pevninské masívy, pohoria a tak ďalej.

Tropické pásma, definované ako oblasť medzi obratníkmi Raka a Kozorožca, majú podnebie s prevládajúcim veľkým rozsahom konvekcie spojenej s medziobratníkovou zónou konvergencie (the ITCZ). Táto sa pohybuje s ročnými obdobiami, podľa toho, aká zemepisná šírka je najbližšie k Slnku. Pri rovnodennosti, Slnko je najbližšie k rovníku, pri decembrovom slnovrate je Slnko nad obratníkom Kozorožca a pri júnovom slnovrate je nad obratníkom Raka. Najprudší výstup horúceho vzduchu, spojený s tvorením vežovitých mrakov cumulonimbus sa nachádza v ITCZ. Tieto sú často zdrojom prudkých dažďov a intenzívnych búrok tropických pásiem.

Tropické podnebia sú spravidla horúce a vlhké a obyčajne prejavujú oveľa menšiu sezónnosť v teplote než subtropické podnebia. Na druhej strane, iné rysy podnebia, také ako zrážky a profily vetra, môžu vykazovať výraznú pravidelnosť, takú ako monzún.

Najdramatickejšie systémy počasia nájdené v tropických pásmach sú tropické cyklóny: nazývané hurikány v Atlantiku, Karibiku a východnom Pacifiku, cyklóny v Indickom oceáne a tajfúny v západnom Severnom Pacifiku. Sú to systémy nízkeho tlaku, typicky 200 - 2 000 km v priemere, s rýchlosťami vetra väčšími ako 120 kmh^-1. Pozostávajú z nadmerných mrakov cumulonimbus, až 12 km vysokých, špirálovo rotujúcich okolo stredového, jasného oka, kde vzduch klesá. Formujú sa nad zohriatymi tropickými oceánmi, ale nemôžu sa tvoriť v pásme do 5° od rovníka, pretože Coriolisova sila je príliš nedostatočná. Rýchlo sa rozpadajú, keď sa dostanú nad pevninu a sú odrezané od svojho zdroja zohriatej vody.

Model ktorý používame nie je dôležitý pri vyrábaní hurikánov predovšetkým preto, že mriežka je príliš hrubá pre spracovanie relevantných procesov.

Monzún je ďalšia dôležitá črta tropického podnebia, a je výsledkom rozdielností pevniny a mora a ročných období. Masy kontinentálnej pevniny vychladnú a zohrejú sa rýchlejšie než oceány pretože ich tepelná kapacita je nižšia. To znamená, že v zime je vzduch nad kontinentmi chladnejší než vzduch nad oceánmi. Rovnaké procesy, ktoré spôsobujú atmosférickú cirkuláciu veľkých rozmerov, potom pôsobia, a existujú výstup nad oceánmi, zostup nad kontinentmi a povrchová vrstva prúdi z kontinentov smerom k oceánom. V lete je to opačne. Sezónne obracajúce sa vetry sú nazývané monzún (odvodené z arabského slova pre ročné obdobie, mausim), a najviac postihujú Indický oceán a západný tropický Pacifik. Profil monzúnu vzájomne pôsobí s atmosférickou cirkuláciou veľkého rozsahu a je ovplyvňovaný orografiou (tvarom povrchu pevniny, napríklad Himalájami), čo spolu produkuje komplikovaný profil počasia v juhozápadnej Ázii.

Stredné zemepisné šírky (približne 30°-60°) sú charakteristické systémami počasia, ktoré sa formujú keď Hadleyova bunka sa stáva nestabilnou a zrúti sa do sérií striedania systémov nízkeho a vysokého tlaku. Oblasti, kde tieto systémy sú koncentrované, sú známe ako dráhy búrok. Na južnej pologuli, tam kde je málo pevniny, búrková dráha je úplne kontinuálna dookola Zeme. Ale na severnej pologuli sú dráhy búrok vidieť len nad oceánmi. To je preto, že trenie je omnoho väčšie nad nerovným povrchom pevniny, a spomaľuje všetky vetry ženúce sa nad ním. Obrázok 12 ukazuje dráhy búrok severnej pologule.

Obrázok 12. Dráhy búrok na severnej pologuli v zime (priemer decembra, januára a februára medzi 1979-1997). Ukázané množstvo je mierou kinetickej energie vo vzduchu spojenej s búrkami. Údaje z pozorovacieho súboru dát ERA15.

Podnebie v stredných zemepisných šírkach je veľmi sezónne, býva teplé keď Slnko je najvyššie na oblohe (viď tiež Obrázok 1) pri letnom slnovrate. Je tiež ovládané zákonitosťami pevniny a mora. Británia je teplejšia než väčšina miest v porovnateľnej zemepisnej šírke vďaka energii polárnych oblastí prenášanej severným Atlantickým prúdom a západnými vetrami. Má tiež oveľa menší sezónny cyklus než povedzme Sibír, pretože je obklopená vodou, ktorá reaguje pomalšie na zmeny v prichádzajúcom slnečnom žiarení.

Polárne oblasti dostávajú najmenej prichádzajúceho slnečného žiarenia. Vo vnútri Arktického / Antarktického polárneho kruhu je úplná tma po časť roka. Ľadový príkrov samotný má dôležité spätné väzby na klimatický systém, keďže ľad je veľmi odrážajúci; prichádzajúce slnečné žiarenie je odrážané späť do priestoru predtým, než je pohltené (viď Obrázok 2). Mrznúce vody dookola polárnych ľadových príkrovov, to je veľmi dôležitý mechanizmus riadenia cirkulácie morských prúdov.

Je veľmi málo dažďa alebo sneženia v polárnych oblastiach, kvôli prevládajúcemu zostupu vzduchu (viď Obrázok 6). V zime je trvalá tma a veľmi chladno. V lete je trvalé svetlo a nie až tak chladno!

Počasie Zeme je neustále menené v dôsledku zmien v prichádzajúcom slnečnom žiarení, profiloch kontinentov, hodnote prachu v atmosfére, chemickom zložení atmosféry a mnohých iných faktoroch.

Jeden z faktorov, ktorý je považovaný za vplyvný na teploty povrchu, je atmosférická koncentrácia kysličníka uhličitého. Kysličník uhličitý je "skleníkový plyn". To znamená, že neodráža veľa prichádzajúceho slnečného žiarenia, ale silno pohlcuje odchádzajúce, dlhovlnné, tepelné žiarenie, spätne ho vyžaruje smerom k povrchu a zahrieva atmosféru.

Atmosférické koncentrácie kysličníka uhličitého sa zvyšovali v predchádzajúcich 200 rokoch alebo tiež od tej doby, čo začala priemyselná revolúcia. Zdrojom je najmä spaľovanie fosílnych palív (uhlie, olej a benzín) - pre dopravu, priemysel, elektrinu alebo teplo. Zbytok je spôsobený zmenou využívania pôdy, ako napr. odlesňovanie. Obrázok 13 ukazuje atmosférickú koncentráciu kysličníka uhličitého v predchádzajúcich 1000 rokoch (údaje pochádzajú z ľadových jadier, priamo meraných v posledných rokoch atď., ak sa zaujímate o toto, čítajte 'The two-mile time machine' od Richarda B. Alleyho) a rôzne názory na to, ako sa koncentrácie kysličníka uhličitého budú chovať v nasledujúcich 100 rokoch, v závislosti na tom ako budeme reagovať legislatívou na emisie uhlíka. Koncentrácie použité v štandardných a dvojnásobných CO₂ experimentoch climateprediction.net sú výrazné.

Obrázok 13. Globálne atmosférické koncentrácie CO₂ v dieloch na milión (ppm – milióntina – 1.10^-6 podľa našej legislatívy) meraná v predchádzajúcich 1000 rokoch (vľavo) a odhadovaná pre nasledujúcich 100 rokov (vpravo). Prameň: IPCC Third Assessment Report. Koncentrácie CO₂ použité v climateprediction.net experimentoch; 282.10^-6 a 564.10^-6, sú označené.

Obrázok 14. Štruktúra atmosféry. Vzduch vystupuje v medziobratníkovej zóne konvergencie (ITCZ) k vrcholu troposféry, potom sa rozširuje k polárnym oblastiam. Tryskové prúdenia (jet streams) sa nachádzajú práve pod tropopauzou (rozhraním medzi troposférou a stratosférou) kde Hadleyho a Ferrellove, alebo Ferrellove a Polárne bunky konvergujú. Oblasti prízemného vysokého a nízkeho tlaku sú ukázané. V stratosfére je vzduch oveľa viac stabilnejší než v troposfére a takmer bez premiešavania.

Obrázok 15. Zjednodušený model cirkulácie prenosu tepla prúdmi v oceánoch. Hore je dobre zmiešaná, teplá povrchová vrstva, tu je teplotný gradient - zóna v ktorej teplota klesá rýchlo s hĺbkou. Dole je chladný, stabilný, hlbinný oceán.

SK

Základy, ktoré by ste mali vedieť o klíme

Energetická bilancia

Všeobecná atmosférická cirkulácia

Oceánska cirkulácia

Interakcia atmosféry s oceánom

Skleníkový efekt

«» Energetická bilancia

«» Všeobecná atmosférická cirkulácia

Oblačnosť a zrážky

Denný cyklus

Sezónny cyklus

Pevnina a more

Trópy

Stredné šírky

Polárne oblasti

«» Oceánska cirkulácia

«» Interakcia atmosféry s oceánom

«» Skleníkový efekt

«» Oblačnosť a zrážky

«» Denný cyklus

«» Sezónny cyklus

«» Pevnina a more

«» Trópy

«» Stredné šírky

«» Polárne oblasti

«» Kysličník uhličitý a zmena klímy

«» Štruktúra atmosféry

«» Štruktúra oceánov

	SK translated by marpes
Najväčší svetový experiment klimatickej predpovede pre 21. storočie