Obre el menú principal

Física atmosfèrica

(S'ha redirigit des de: Meteorologia Física)

La física atmosfèrica és l'aplicació de la física a l'estudi de l'atmosfera. Els físics atmosfèrics proben de trobar una  model per la l'atmosfera terrestre i les atmosferes d'altres planetes utilitzant equacions de flux de fluids, models químics, Balanç de radiació, i processos de transferència d'energia en l'atmosfera (així com els lligams amb altres sistemes com els oceans). Per tal de modelar sistemes de temps atmosfèric, els físics atmosfèrics empren elements de lateoria de la dispersió, models de propagació ondulatòria, física dels núvolss, mecànica estadística i estadística espacial totes elles altament matemàtiques i relacionades amb la física. La física atmosofèrica té lligams propers amb la meteorologia i la climatologia i també cobreix el disseny i construcció d'instruments per estudiar l'atmosfera i la interpretació de les dades que proporcionen, incloent-hi instruments de teledetecció. Al començament de l'edat espacial i la introducció de coets, sònics, l'aeronomia esdevingué una subdisciplina respecte de les capes superiors de l'atmosfera, on la dissociació i la ionització són importants.

TeledeteccióModifica

 
La lluentor pot indicar reflectivitat com en aquesta imatge de radar meteorològic de  1960 (Huracà Abby). La freqüència del radar , forma de polsació, i l'antena en gran part determina el que es pot observar.

La teledetecció és l'adquisició d'informació d'un objecte o d'un fenomen a petita o gran escala, mitjançant  l'ús de qualsevol dispositiu d'enregistrament que no es troba físcament en contacte amg l'objecte real (com seria el cas d'aeronaus, Naus espacial,  satèl·lits, boies, o vaixells). A la pràctica, la teledetecció és una col·lecció de diferents dispositius utilitzats per recollir informació sobre un objecte donat o àrea i que dóna més informació que els sensors a llocs concrets podrien proporcionar.[1] Per això, les plataformes de recollida d'informació de l'observació de la Terra o de satèl·lits meteorològics, monitoren mitjançant ultrasonsImatgeria per ressonància magnètica (IRM), tomografia per emissió de prositrons, i les sondes espacials són exemples de remot teledetecció. Actualment, el terme es refereix generalment a l'ús de tecnologies d'imatgeria per sensors que inclouen però no es limiten a l'ús d'instruments a bord d'aeronaus i naus espacials, i és diferent d'altres d'altres camps relacionats amb la imatgeria com la imatgeria mèdica

Hi ha dues classes de teledetecció. Els sensors passius detecten radiació natural emesa o reflectida per l'objecte o per l'àrea circumdant. La llum solar reflectida és la font més comuna de la radiació que mesuren els sensors passius. Els exemples de sensors remots passius inclouen la fotografia, l'infraroig, els sensor CCD i radiòmetres. La detecció activa, d'altra banda, emet energia per tal d'escanejar objectes i àrees que despés un sensor detectarà i mesurarà la radiació reflectida o dispersada per l'objectiu. El Radar, el lidar, i el SODAR són exemples de tècniques de teledetecció activa que s'usen física atmosfèrica on el retard de temps entre emissió i retorn és mesura, i s'estableix la ubicació, l'alçada, la velocitat i la direcció d'un objecte.[2]

La teledetecció fa possible per recollir dades en àrees perilloses o inaccessibles. Aquestes aplicacions inclouen el control d'àrees de deforestació com la conca de l'Amazones, els efectes del canvi climàtic en glaceres i regions Àrtiques i antàrtiques, i sondatge de profunditat en zones porfundes de l'oceà i la costa. La recollida d'informació militar durant la guerra freda en féu àrees perilloses de la frontera. La teledetecció evita la recollida d'informació sobre el terreny, molt més costosa i lenta, assegurant que les àrees o els objectes no queden alterats. 

Les plataformes orbitals recullen i transmetren dades de diferents parts de l'espectre electromagnètic, el qual conjuntament amb sensors aeris a gran escola o situats a terra i les anàlisis, proporcionen als investigadors prou informació per a controlar fenòmens com El Niño i altres fenòmens naturals de llarg abast. Altres usos inclouen àrees diferents de les ciències de terra com administració de recurs naturals, en el camp de l'agricultura, l'ús de la terra i la conservació, i la seguretat nacional i el control de les àrees de frontera.[3]

RadiacióModifica

 
Això és un esquema de les estacions. A més de la densitat de la llum incident, la dissipació de la llum en l'atmosfera és més gran quan cau a un angle superficial.

Els físics atmosfèrics típicament divideixen radiació en radiació solar (emesa pel sol) i radiació terrestre (emesa per la superfície i l'atmosfera de la terra ).

La radiació solar presenta una varietat de longituds d'ona. La llum visible té longituds d'ona entre 0.4 i 0.7 micròmetres.[4] Les longituds d'ona més curtes es coneixen com la part ultraviolada (UV) de l'espectre, mentre les longituds d'ona més llargues s'agrupens a la porció infraroja de l'espectre.[5] L'ozó és més eficaç absorbint radiació al voltant 0.25 micròmetres, on trobem els raigs UV-c.[6] Això augmenta la temperatura de l'estratosfera dels voltants. la neureflecteix el 88% dels raigs d'UV, mentre la sorra reflecteix 12%, i l'aigua reflecteix només 4% de radiació d'UV entrant.[6][6] Com més oblicu és l'angle entre l'atmosfera i els raigs del sol, més probablement l'energia serà reflectida o absorbida per l'atmosfera.[7]

La radiació terrestre s'emet a longituds d'ona molt més llargues que la radiació solar. Això és perquè la terra és molt més freda que el sol. La radiació terrestre s'emet  a través d'una gamma de longituds d'ona, formalitzat a la llei de Planck . La longitud d'ona d'energia màxima és al voltant 10 micròmetres.

Física dels núvolsModifica

La física dels núvols és l'estudi dels processos físics que condueixen a la formació, creixement i precipitació dels núvols. Els núvols estan composts de gotetes microscòpiques d'aigua (núvols tebis), cristalls minúsculs de gel, o ambdós (núvols de fase barrejada). Sota condicions adequades, les gotetes es combinen per formar precipitació, que pot caure a la terra.[8] La mecànica precisa de com els núvols es formen i creixen encara no està completament clar, però els científics han desenvolupal teories que expliquen l'estructura dels núvols mitjançant l'estudi la microfísica de les gotetes individuals. Avenços en les tecnologies de rada i  satèl·lit també han permès l'estudi precís de núvols a gran escala.

Electricitat atmosfèricaModifica

 
Llampec de núvol a terra en el circuit elèctric atmosfèric global.

L'electricitat atmosfèrica és la variació regular diürna de la xarxa electromagnètica atmosfèrica de la Terra (o, més en termes generals, el sistema elèctric de qualsevol planeta en la seva capa de gasos). La superfície de la Terra, la ionosfera, i l'atmosfera es coneixen com el circuit elèctric atmosfèric global.[9] El llampec allibera  des de 30,000 amperes, fins a 100 milions de volts, i emet llum, ones radiofòniques, raigs X i fins i tot rajos gamma.[10] La temperatura del plasma dins el llampec es pot apropar a 28,000 kèlvins i les densitats d'electró poden superar 1024/m³.[11]

Marea atmosfèricaModifica

Les marees d'amplitud atmosfèrica més grans estan es generen  principalment en la troposfera i estratosfera quan l'atmosfera s'escalfa periòdicament quan el  vapor d'aigua i l'ozó absorbeixen radiació solar durant el dia. Les marees generades són capaces de propagar-se lluny d'aquestes regions originàries i ascendeixen a la mesosfera i termosfera. Les marees atmosfèriques es poden mesurar com fluctuacions regulars dins el vent, temperatura, densitat i pressió. Tot i que les marees atmosfèriques comparteixen alguns aspectes amb les marees oceàniques tenen dues característiques distintives:

i) Les marees atmosfèriques són principalment provocades per l'escalfor del Sol de l'atmosfera mentre que marees oceàniques ho són principalment pel camp gravitatori de la Lluna . Això significa que la majoria de les marees atmosfèriques tenen períodes d'oscil·lació va relacionats amb la longitud de 24 hores del dia solar mentre que marees oceàniques tenen períodes més llargs d'oscil·lació relacionats amb al dia lunar (temps entre trànsits lunars successius) d'aproximadament 24 hores i 51 minuts.[12]

ii) Les marees atmosfèriques es propaguen en una atmosfera on la densitat varia significativament amb l'alçada. Una conseqüència d'aquest fet és que les seves amplituds augment exponencialment conforme la marea ascendeix progressivament a regions més rarificades de l'atmosfera. Per contrast, la densitat dels oceans varia només lleugerament amb la profunditat i per això les marees no necessàriament varien en amplitud amb la profunditat.

S'ha de tenir en compte que tot i que l'escalfor solar és responsable de la majoria de les marees atmosfèriques d'amplitud més gran, els camps gravitatoris del Sol i la lluna també aixequen marees en l'atmosfera, sent la marea atmosfèrica gravitacional de la lluna significativament més gran que el seu homòleg solar.[13]

A nivell de terra, les marees atmosfèriques es poden detectar com a petites oscil·lacions en la pressió de superfície  amb períodes de 24 i 12 hores. La màxima pressió diària succeeix a les10 a.m. i 10 temps p.m horra local, mentre els mínims ocorren a 4 a.m. i 4 temps p.m. hora local. El màxim absolut ocorre a 10 a.m. mentre el mínim absolut ocorre a 4 p.m.[14] Tanmateix, a alçades més grans les amplituds de les marees poden esdevenir molt grans. En la mesosfera (alçades de ~ 50 – 100 km) les marees atmosfèriques poden assolir amplituds de més de 50 m/s i sovint és la part més significativa del moviment de l'atmosfera.

AeronomiaModifica

 
Representació d'un llampec de l'atmosfera superior i el fenomen de descàrrega elèctrica.

L'aeronomia és la ciència de la regió superior de l'atmosfera, on la dissociació i la ionització són importants. El terme aeronomia fou introduït per Sydney Chapman el 1960.[15] Avui, el terme també inclou la ciència de les regions corresponents de les atmosferes d'altres planetes. Investigar dins l'aeronomia requereix accés a globus aerostàtics, satèl·lits, i coets sonda que proporcionen dades valuoses sobre aquesta regió de l'atmosfera. Les marees atmosfèriques juguen una funció important  interaccionant amb ambdues l'atmosfera més baixa i la superior. Entre els fenòmens que s'estudien estan les descàrregues dels llampecs de l'atmosfera superior, com els esdeveniments lluminosos anomenats espectres vermells, espectres halos, jets blaus, i elfs.

Centres de recercaModifica

En el Regne Unit, els estudis atmosfèrics estan recolzats per la Met Office, el Consell de Recerca d'Entorn Natural i el Science and Technology Facilities Council. Divisions dels Administració Nacional Oceànica i Atmosfèrica (NOAA) d'EEUU supervisa projectes de recerca i modelat de temps que implica la física atmosfèrica. El centre de ionosfera i Astronomia Nacional  també duu a terme estudis de l'atmosfera alta. A Bèlgica, l'Institut belga per Aeronomia Espacial estudia l'atmosfera i l'espai exterior. A Catalunya, l'Observatori de l'Ebre té un equip d'aeronomia, que treballa sobre la variabilitat del camp magnètic terrestre i la ionosfera, tant a l'escala global com local.[16]

Vegeu tambéModifica

ReferènciesModifica

  1. COMET program (1999).
  2. Glossary of Meteorology (2009).
  3. NASA (2009).
  4. Atmospheric Science Data Center.
  5. Windows to the Universe.
  6. 6,0 6,1 6,2 University of Delaware.
  7. Wheeling Jesuit University.
  8. Oklahoma Weather Modification Demonstration Program.
  9. Dr. Hugh J. Christian and Melanie A. McCook.
  10. NASA.
  11. Fusion Energy Education.
  12. Glossary of Meteorology.
  13. Scientific American.
  14. Dr James B. Calvert.
  15. Andrew F. Nagy, p. 1-2 in Comparative Aeronomy, ed. by Andrew F. Nagy et al.
  16. «Recerca». Obsebre. [Consulta: 25 febrer 2016].

BibliografiaModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Física atmosfèrica  

J. V. Iribarne, H. R. Cho, Física Atmosfèrica, D. Reidel Empresa editorial, 1980