Pogoda

Pogodą nazywamy chwilowy stan atmosfery w danym miejscu i nie należy mylić pogody z klimatem. Meteorologowie definiują klimat jako następstwo typów pogody charakterystyczne dla danego miejsca w cyklu rocznym. Aby więc poznać klimat jakiegoś regionu musimy notować codzienne informacje o pogodzie przez dłuższy czas, zazwyczaj kilka dekad. A jak określamy warunki pogodowe?

Obserwacje meteorologiczne

Obserwowanie pogody polega na mierzeniu różnych parametrów:

• ciśnienia powietrza przy pomocy barometru lub barografu,
• temperatury przy pomocy termometru lub termografu,
• wilgotności powietrza przy pomocy higrometru, higrografu lub psychrometru,
• prędkości oraz kierunku wiatru przy pomocy wiatromierza (składającego się z czujnika prędkości i czujnika kierunku wiatru); przyrząd do pomiaru tylko prędkości wiatru nazywa się anemometr,
• wysokości opadu przy pomocy deszczomierza lub pluwiografu,
• usłonecznienia przy pomocy heliografu i natężenia promieniowania słonecznego przy pomocy np. pyranometru.

Rycina poniżej prezentuje niektóre przyrządy meteorologiczne. Kliknij na zdjęcia aby zobaczyć je w powiększeniu!

2. Przyrządy meteorologiczne:
1. barograf (© quicksilver-barometers.co.uk), 2. higrometr (© optic berger GmbH), 3. wiatromierz (© fascinatingelectronics.com), 4. deszczomierz (Mettingen weather station), 5. heliograf (Hoher Sonnblick, Austria © Stefan Eisenbach).

Te parametry są mierzone na wielu stacjach meteorologicznych, przy pomocy urządzeń automatycznych lub też przy użyciu tradycyjnych przyrządów przez obserwatorów. Wszystkie uzyskane informacje są przesyłane do lokalnych biur prognoz meteorologicznych i używane do tworzenia map synoptycznych dla różnych regionów. Dane te wykorzystuje się także w modelach komputerowych prognozujących pogodę. 

Zjawiska pogodowe w skali regionalnej: fronty atmosferyczne

Fronty atmosferyczne tworzą się gdy dochodzi do zetknięcia się dwu mas powietrza o różnych własnościach fizycznych. Ciepłe powietrze jest lżejsze od zimnego i unosi się do góry. Nazwa frontu zależy od tego, jaka masa powietrza nasuwa się na masę powietrza zalegającą na danym terenie. Jeśli np. ciepłe powietrze nasuwa się na zimne to nazywamy to frontem ciepłym. Front zimny przynosi nagłe zmiany pogody, zaś przy froncie ciepłym te zmiany są wolniejsze. 

Front chłodny powstaje gdy szybko przemieszczająca się masa chłodnego powietrza napotyka masę powietrza cieplejszego. Chłodne powietrze ma większą gęstość niż ciepłe i dlatego wypycha je do góry tworząc chłodną warstwę powietrza przy powierzchni ziemi. Powietrze ciepłe wznosząc się ulega ochłodzeniu i jeśli zawiera dostatecznie dużo pary wodnej to może dojść do jej skroplenia, powstania chmur i opadów atmosferycznych. Czasami tworzą się chmury o dużym zasięgu pionowym, np. Cumulonimbus, które przynoszą burze i ulewne upały. Przy powstawaniu frontu ciepłego, ciepłe powietrze wolno wślizguje się na warstwę powietrza chłodnego zalegającego przy powierzchni ziemi. Dzięki temu, że proces ten jest dość powolny, zmiany pogody nie są tak dramatyczne jak w przypadku frontu chłodnego, ale zachodzą w dłuższym czasie (wiele godzin a nawet dni). Fronty zokludowane powstają kiedy front chłodny "dogoni" front ciepły. 

Różnice ciśnienia atmosferycznego występujące przy powierzchni ziemi wywołują poziomy ruch powietrza, czyli wiatr. A jak powstają te różnice ciśnienia?

Ogólna cyrkulacja atmosferyczna

Ciśnienie powietrza przy powierzchni ziemi przyjmuje różne wartości w różnych miejscach w tym samym czasie i częściowo jest to skutkiem tego, że poszczególne obszary otrzymują różną ilość energii słonecznej, która jest pochłaniana przez podłoże i tam zamieniana na ciepło. Ciepło to jest wypromieniowywane do atmosfery, ogrzewa więc powietrze, co obniża jego gęstość i powoduje zwiększenie objętości i unoszenie się do góry. Powietrze znajdujące się powyżej jest wypychane do góry, a następnie rozchodzi się poziomo w różnych kierunkach. Z powodu tego poziomego ruchu, w pobliżu ziemi, gdzie nastąpiło ogrzanie powietrza, znajduje się go mniej, co wywołuje powstanie obszaru obniżonego ciśnienia atmosferycznego. Powietrze w miarę wznoszenia się ulega ochłodzeniu. W miarę ochładzania wzrasta jego gęstość i powietrze zaczyna opadać w dół. Oznacza to, że nad tym obszarem znajduje się więcej powietrza i tworzy się obszar podwyższonego ciśnienia. Powietrze przemieszcza się od ośrodków wysokiego ciśnienia do ośrodków niskiego ciśnienia aby wyrównać istniejące różnice ciśnienia, co powoduje powstawanie wiatru i cyrkulacji atmosferycznej. 

Te same procesy możemy obserwować w skali lokalnej na przykładzie bryzy lądowej w ciągu nocy i morskiej w ciągu dnia, co pokazuje poniższa animacja. W czasie dnia ląd ogrzewa się szybciej niż morze i ogrzewa powietrze ponad nim. W ciągu nocy morze ochładza się wolniej niż ląd i dlatego powietrze nad morzem jest cieplejsze w porównaniu z powietrzem nad lądem. W obu przypadkach ciepłe powietrze unosi się i powoduje powstanie obszaru niskiego ciśnienia (L). Powietrze z obszarów o wyższym ciśnieniu (H) przemieszcza się w kierunku obszarów o niższym ciśnieniu aby wyrównać istniejącą różnicę ciśnienia. Wysoko nad ziemią powietrze jest odprowadzane z powrotem w odwrotnych kierunkach.

6. Animacja pokazująca powstawanie bryzy morskiej i lądowej (150 K).
Objaśnienia: see breeze - bryza morska, land breeze - bryza lądowa, local time - czas miejscowy, land - ląd, H - obszar wysokiego ciśnienia, L - obszar niskiego ciśnienia.
Źródło: Exploring Earth (zmienione).
http://earthsci.terc.edu/navigation/home.cfm

Na Ziemi jest kilka obszarów, gdzie przez cały rok panuje podwyższone lub obniżone ciśnienie. W obszarze okołorównikowym dostawa energii słonecznej jest bardzo duża, a zatem i ilość ciepła dostarczana do powietrza od podłoża jest znaczna. Ciepłe powietrze unosi się i powstaje obszar niskiego ciśnienia. W miarę wznoszenia się powietrze ochładza się, zawarta w nim para wodna ulega skropleniu i dochodzi do opadów deszczu, dlatego regiony tropikalne są tak wilgotne. Powietrze następnie odpływa górą i opada z powrotem ku ziemi na szerokości geograficznej około 30^oN i 30^oS, co powoduje występowanie tam stałych pasów wysokiego ciśnienia. Opadające powietrze jest bardzo suche, gdyż utraciło prawie całą parę wodną wskutek opadów nad równikiem, dlatego też  na tych szerokościach geograficznych występują wielkie pustynie. Natomiast na szerokościach geograficznych 60^oN i 60^oS zimne powietrze o dużej gęstości, przemieszczające się z obszarów okołobiegunowych, napotyka cieplejsze powietrze z obszarów okołorównikowych. Ciepłe powietrze jako mniej gęste jest wypychane do góry, co powoduje powstawanie obszarów niskiego ciśnienia. To powietrze wraz ze wzrostem wysokości ochładza się, a następnie przemieszcza się ku biegunom, gdzie tworzy obszary wysokiego ciśnienia. 

W miarę przesuwania się ku biegunom, siła Coriolisa powoduje powstawanie wiatrów o dominującym kierunku zachodnim.  Czynniki geograficzne takie jak rozmieszczenie mórz, lądów i pasm górskich także kształtują pogodę w tych szerokościach geograficznych, dlatego znacznie trudniej przewidywać tu pogodę niż w obszarach okołorównikowych!

El Nino

Jak już wspomniano pogoda jest kształtowana przez różne czynniki i procesy występujące w poszczególnych regionach Ziemi, a związane z dużą dynamiką atmosfery. Komórki Hadleya są jednymi ze stałych elementów globalnej cyrkulacji, ale zdarzają się też krótkotrwałe fluktuacje cyrkulacji atmosferycznej, które prowadzą do takich zjawisk jak El Nino czy Oscylacja Północnoatlantycka (North Atlantic Oscillation, NAO). Choć nie trwają one długo to mają ogromny wpływ na pogodę. 

El Nino jest skutkiem wielkich anomalii temperatury wody na Pacyfiku w pobliżu równika, na zachód od Ameryki Południowej. Zjawisko to zostało po raz pierwszy zaobserwowane przez peruwiańskich rybaków, gdyż ma ono wpływ na ilość i skład gatunkowy ryb przez nich poławianych. Naukowcy udowodnili, że El Nino wpływa na pogodę w wielu regionach świata. El Nino powoduje ulewne deszcze w pd.-wsch. części Ameryki Pd., ale zarazem mniejsze opady w pn. Brazylii. Jest również odpowiedzialne za susze w Australii i Indonezji oraz za łagodne zimy w Ameryce Pn.

Zajrzyj do pola tematycznego  POGODA w Encyklopedii Klimatologicznej ESPERE aby dowiedzieć się więcej o układach barycznych oraz lokalnej i globalnej cyrkulacji powietrza i ich wpływie na pogodę.

O tej stronie:

Autor: Dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
ostatnia aktualizacja: 2005-07-29
tłumaczenie na język polski: Dr Anita Bokwa - Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, Kraków