Atmosfer fiziği - Atmospheric physics

Atmosfer bilimleri içinde , atmosfer fiziği , fiziğin atmosferin incelenmesine uygulanmasıdır . Atmosferik fizikçiler , sıvı akış denklemlerini, kimyasal modelleri, radyasyon bütçesini ve atmosferdeki enerji transfer süreçlerini (ve bunların okyanuslar gibi sınır sistemlerine nasıl bağlandıklarını) kullanarak Dünya'nın atmosferini ve diğer gezegenlerin atmosferlerini modellemeye çalışırlar . Atmosferik fizikçiler, hava sistemlerini modellemek için, saçılma teorisi , dalga yayılım modelleri, bulut fiziği , istatistiksel mekanik ve son derece matematiksel ve fizikle ilgili mekansal istatistiklerin unsurlarını kullanırlar. Meteoroloji ve klimatoloji ile yakın bağlantıları vardır ve ayrıca atmosferi incelemek için cihazların tasarımını ve yapımını ve uzaktan algılama cihazları da dahil olmak üzere sağladıkları verilerin yorumlanmasını kapsar . Uzay çağının şafağında ve sondaj roketlerinin kullanılmaya başlanmasıyla, havacılık, ayrışma ve iyonlaşmanın önemli olduğu atmosferin üst katmanlarıyla ilgili bir alt disiplin haline geldi.

Uzaktan Algılama

Parlaklık, bu 1960 hava durumu radar görüntüsünde ( Abby Kasırgası'nın ) olduğu gibi yansımayı gösterebilir . Radarın frekansı, darbe formu ve anteni, neyi gözlemleyebileceğini büyük ölçüde belirler.

Uzaktan algılama, nesneyle fiziksel veya yakın temasta olmayan (örneğin; uçak , uzay aracı , uydu , şamandıra veya gemi ). Uygulamada, uzaktan algılama, belirli bir nesne veya alan hakkında bilgi toplamak için çeşitli cihazların kullanımı yoluyla, tek tek sitelerdeki sensörlerin iletebileceğinden daha fazla bilgi veren ayrı toplama işlemidir. Bu nedenle, Dünya gözlem veya hava uydu toplama platformları, okyanus ve atmosferik gözlem hava şamandıra platformları, bir hamileliğin ultrason yoluyla izlenmesi , manyetik rezonans görüntüleme (MRI), pozitron emisyon tomografisi (PET) ve uzay sondaları , uzaktan algılama örnekleridir. Modern kullanımda, bu terim genel olarak, uçak ve uzay aracındaki aletlerin kullanımı dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere, görüntüleme sensörü teknolojilerinin kullanımına atıfta bulunur ve tıbbi görüntüleme gibi görüntüleme ile ilgili diğer alanlardan farklıdır .

İki tür uzaktan algılama vardır. Pasif sensörler, gözlemlenen nesne veya çevredeki alan tarafından yayılan veya yansıtılan doğal radyasyonu algılar. Yansıyan güneş ışığı, pasif sensörler tarafından ölçülen en yaygın radyasyon kaynağıdır. Pasif uzak sensör örnekleri arasında film fotoğrafçılığı , kızılötesi, şarj bağlantılı cihazlar ve radyometreler sayılabilir . Aktif toplama ise nesneleri ve alanları taramak için enerji yayar ve bunun üzerine bir sensör hedeften yansıyan veya geri saçılan radyasyonu algılar ve ölçer. radar , lidar ve SODAR , bir nesnenin konumunu, yüksekliğini, hızını ve yönünü belirleyen, emisyon ve geri dönüş arasındaki zaman gecikmesinin ölçüldüğü atmosfer fiziğinde kullanılan aktif uzaktan algılama tekniklerine örnektir.

Uzaktan algılama, tehlikeli veya erişilemeyen alanlarda veri toplamayı mümkün kılar. Uzaktan algılama uygulamaları izlenmesi de yer almaktadır ormanların yok gibi alanlarda Amazon Havzası'nın , iklim değişikliğinin etkilerine üzerinde buzulların ve Arktik ve Antarktik bölgeler ve sondaj derinliği kıyı ve okyanus derinliklerinin. Soğuk Savaş sırasında askeri toplama, tehlikeli sınır bölgeleri hakkında ayrı ayrı veri toplamayı kullandı. Uzaktan algılama, aynı zamanda, yerdeki maliyetli ve yavaş veri toplamanın yerini alarak, süreç içinde alanların veya nesnelerin rahatsız edilmemesini sağlar.

Yörünge platformları, elektromanyetik spektrumun farklı bölümlerinden veri toplar ve iletir ; bu, daha büyük ölçekli hava veya yer tabanlı algılama ve analiz ile birlikte, araştırmacılara El Nino ve diğer doğal uzun ve kısa vadeli fenomenler gibi eğilimleri izlemek için yeterli bilgi sağlar . Diğer kullanımlar, doğal kaynak yönetimi gibi yer bilimlerinin farklı alanlarını, arazi kullanımı ve korunması gibi tarım alanlarını ve ulusal güvenlik ve sınır bölgelerinde havai, yer tabanlı ve ayrık toplama gibi alanları içerir.

Radyasyon

Bu mevsimlerin bir diyagramıdır. Gelen ışığın yoğunluğuna ek olarak, sığ bir açıyla düştüğünde atmosferdeki ışığın dağılımı daha fazladır.

Atmosferik fizikçiler, radyasyonu tipik olarak güneş radyasyonu (güneş tarafından yayılan) ve karasal radyasyon (Dünya yüzeyi ve atmosferi tarafından yayılan) olarak ikiye ayırırlar.

Güneş radyasyonu çeşitli dalga boyları içerir. Görünür ışığın dalga boyları 0,4 ile 0,7 mikrometre arasındadır. Daha kısa dalga boyları , spektrumun ultraviyole (UV) kısmı olarak bilinirken, daha uzun dalga boyları , spektrumun kızılötesi kısmında gruplandırılır . Ozon, UV-c ışınlarının spektrumda yer aldığı 0.25 mikrometre civarındaki radyasyonu emmede en etkilidir. Bu, yakındaki stratosferin sıcaklığını arttırır . Kar UV ışınlarının %88'ini yansıtırken kum %12'sini yansıtır ve su gelen UV radyasyonunun yalnızca %4'ünü yansıtır. Atmosfer ile güneş ışınları arasındaki açı ne kadar fazlaysa, enerjinin atmosfer tarafından yansıtılması veya soğurulması o kadar olasıdır .

Karasal radyasyon, güneş radyasyonundan çok daha uzun dalga boylarında yayılır. Bunun nedeni, Dünya'nın güneşten çok daha soğuk olmasıdır. Radyasyon, Planck yasasında resmileştirildiği gibi, Dünya tarafından çeşitli dalga boylarında yayılır . Maksimum enerjinin dalga boyu yaklaşık 10 mikrometredir.

Bulut fiziği

Bulut fiziği, bulutların oluşumuna, büyümesine ve yağışına yol açan fiziksel süreçlerin incelenmesidir . Bulutlar, mikroskobik su damlacıklarından (sıcak bulutlar), küçük buz kristallerinden veya her ikisinden (karışık faz bulutlarından) oluşur. Uygun koşullar altında, damlacıklar birleşerek yeryüzüne düşebilecekleri yağışı oluştururlar . Bir bulutun nasıl oluştuğunun ve büyüdüğünün kesin mekaniği tam olarak anlaşılmamıştır, ancak bilim adamları, bireysel damlacıkların mikrofiziğini inceleyerek bulutların yapısını açıklayan teoriler geliştirdiler. Radar ve uydu teknolojisindeki ilerlemeler, bulutların büyük ölçekte hassas bir şekilde çalışılmasına da izin verdi.

atmosferik elektrik

Küresel atmosferik elektrik devresinde buluttan toprağa yıldırım

Atmosferik elektrik, atmosferin (veya daha geniş anlamda herhangi bir gezegenin atmosferinin ) elektrostatik ve elektrodinamiğine verilen terimdir . Dünya yüzeyinin , iyonosfer ve atmosfer olarak bilinen küresel atmosfer elektrik devresi . Yıldırım 100 milyon volta kadar 30.000 amper deşarj eder ve ışık, radyo dalgaları, X-ışınları ve hatta gama ışınları yayar . Yıldırım plazma sıcaklıkları 28.000 yaklaşım olabilir kelvin ve elektron yoğunluğu 10 aşabilir ²⁴ / m ³ .

atmosferik gelgit

En büyük genlikli atmosferik gelgitler, çoğunlukla atmosfer, su buharı ve ozon gün boyunca güneş radyasyonunu emdiği için periyodik olarak ısıtıldığında troposfer ve stratosferde üretilir . Üretilen gelgitler daha sonra bu kaynak bölgelerden uzaklaşabilir ve mezosfer ve termosfere yükselebilir . Atmosferik gelgitler, rüzgar, sıcaklık, yoğunluk ve basınçtaki düzenli dalgalanmalar olarak ölçülebilir. Atmosferik gelgitler okyanus gelgitleriyle pek çok ortak noktaya sahip olsa da, iki önemli ayırt edici özelliği vardır:

i) Atmosferik gelgitler öncelikle Güneş'in atmosferi ısıtmasıyla uyarılırken okyanus gelgitleri öncelikle Ay'ın yerçekimi alanı tarafından uyarılır. Bu, çoğu atmosferik gelgitin güneş gününün 24 saatlik uzunluğu ile ilgili salınım periyotlarına sahip olduğu, okyanus gelgitlerinin ise yaklaşık 24 saat 51 dakikalık ay günü (ardışık ay geçişleri arasındaki süre) ile ilgili daha uzun salınım periyotlarına sahip olduğu anlamına gelir.

ii) Atmosferik gelgitler, yoğunluğun yükseklikle önemli ölçüde değiştiği bir atmosferde yayılır. Bunun bir sonucu, gelgit atmosferin giderek daha seyrek bölgelerine yükseldikçe genliklerinin doğal olarak katlanarak artmasıdır (bu fenomenin bir açıklaması için aşağıya bakınız). Buna karşılık, okyanusların yoğunluğu derinlikle sadece biraz değişir ve bu yüzden orada gelgitlerin mutlaka derinlikle genliği değişmez.

En büyük genlikli atmosferik gelgitlerden güneş enerjisiyle ısıtmanın sorumlu olmasına rağmen, Güneş ve Ay'ın yerçekimi alanlarının da atmosferdeki gelgitleri artırdığını ve ayın yerçekimi atmosferik gelgit etkisinin güneşteki emsalinden önemli ölçüde daha büyük olduğunu unutmayın.

Yer seviyesinde, atmosferik gelgitler, 24 ve 12 saatlik periyotlarla yüzey basıncında düzenli fakat küçük salınımlar olarak tespit edilebilir. Günlük basınç maksimum değerleri yerel saatle 10.00 ve 22.00'de, minimum değerler yerel saatle 4:00 ve 16:00'da gerçekleşir. Mutlak maksimum saat 10.00'da, mutlak minimum saat 16.00'da gerçekleşir. Bununla birlikte, daha yüksek yüksekliklerde gelgitlerin genlikleri çok büyük olabilir. Gelen mezosferin (~ 50 yükseklikleri - 100 km) atmosfer gelgit fazla 50 m / s arasında genlikleri ulaşmakta ve bu atmosferin hareketinin en önemli parçasıdır olabilir.

havacılık

Üst atmosferik yıldırım ve elektrik boşalması olaylarının temsili

Aeronomi, ayrışma ve iyonlaşmanın önemli olduğu atmosferin üst bölgesinin bilimidir. Havacılık terimi, 1960 yılında Sydney Chapman tarafından tanıtıldı. Bugün, terim aynı zamanda diğer gezegenlerin atmosferlerinin karşılık gelen bölgelerinin bilimini de içeriyor. Havacılık araştırmaları , atmosferin bu bölgesi hakkında değerli veriler sağlayan balonlara, uydulara ve sondaj roketlerine erişim gerektirir . Atmosferik gelgitler , hem alt hem de üst atmosferle etkileşimde önemli bir rol oynar. İncelenen fenomenler arasında, kırmızı cinler , cin haleleri, mavi fıskiyeler ve elfler olarak adlandırılan ışıklı olaylar gibi üst atmosferik yıldırım deşarjları bulunmaktadır .

araştırma merkezleri

Birleşik Krallık'ta, atmosferik çalışmalar Met Office , Doğal Çevre Araştırma Konseyi ve Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi tarafından desteklenmektedir . ABD Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi'nin (NOAA) bölümleri , atmosferik fiziği içeren araştırma projelerini ve hava modellemesini denetler . ABD Ulusal Astronomi ve İyonosfer Merkezi de yüksek atmosferle ilgili çalışmalar yürütüyor. In Belçika , Uzay Aeronomy Belçika Enstitüsü atmosfer ve inceleyen dış boşluk .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

JV Iribarne, HR Cho, Atmosferik Fizik , D. Reidel Yayıncılık Şirketi, 1980.

Dış bağlantılar

İlgili Medya Atmosferik fiziği Wikimedia Commons

Languages

In other projects