TROPOPAUSE: EGENSKABER, KEMISK SAMMENSÆTNING OG FUNKTIONER - MILJØ - 2024

Den tropopausen er et mellemprodukt overgangszone mellem to lag af jordens atmosfære. Det er placeret mellem det nedre lag af atmosfæren, kaldet troposfæren, og laget derover stratosfæren.

Jordens atmosfære er blevet opdelt i flere lag. Disse lag kaldes "sfærer", og overgangszoner mellem lagene kaldes "pauser". Ifølge dens kemiske sammensætning og temperaturvariation er lagene i atmosfæren troposfæren, stratosfæren, mesosfæren, termosfæren og eksosfæren.

Figur 1. Lag og overgangsområder i jordens atmosfære. Kilde: Josell7 Troposfæren strækker sig fra jordens overflade op til 10 km i højden. Stratosfæren spænder fra 10 km til 50 km i højden. Mesosfæren spænder fra 50 km til 80 km i højden. Termosfæren fra 80 km til 500 km og eksosfæren fra 500 km til 10.000 km i højden. Det sidstnævnte er grænsen for det interplanetære rum.

Tropopause-egenskaber

Tropopausen er en region med meget bestemte egenskaber, der for nylig har motiveret dets videnskabelige undersøgelse mere detaljeret. Da det er overgangszonen for egenskaber mellem troposfæren og stratosfæren, er det hensigtsmæssigt kort at angive egenskaberne for disse to lag.

Troposfæren er det aktive lag, hvor de meteorologiske fænomener, der forårsager klimaet, forekommer, som vinde, regn, elektriske storme og orkaner. Temperaturen i dette lag falder med højden.

I stratosfæren stiger temperaturen med højden på grund af virkningen af ​​kemiske reaktioner, der afgiver varme (eksoterm). Ozon er primært involveret og absorberer ultraviolet (UV) stråling fra solen.

Tropopausen er grænsen mellem disse to gasformige lag, der har meget forskellige egenskaber ved temperatur, kemisk sammensætning og generel dynamik. Karakteristika ved tropopausen er kort beskrevet nedenfor.

Højde

Den højde, hvorpå tropopausen er placeret over jordoverfladen, er variabel. Det ændres med breddegrad, med sæsonen og med tiden på dagen.

Tropopausen er placeret i en gennemsnitlig højde på 7 til 10 km i regionerne af jordens poler, og mellem 16 til 18 km høj i områdene i troperne, omkring ækvator.

På denne måde er den polære tropopause varmere og er tættere på jordoverfladen, mens den ækvatorial-tropiske tropopause er køligere og er højere.

Ved ækvator rammer solens stråler jordoverfladen vinkelret på, hvilket forårsager stor overfladevarme. Denne varme fra jordoverfladen absorberes af luften i troposfæren, der udvides i denne ækvatorial-tropiske zone og øger afstanden til tropopausen.

Gennem forskellige videnskabelige undersøgelser er det blevet konstateret, at den globale højde af tropopausen er steget i de senere år. Det antages, at denne stigning kan skyldes stigningen i drivhusgasser (GHG), faldet i stratosfærens ozonlag og afkøling af dette lag.

Ændringer i tropopausens højde er tegn på opvarmning af troposfæren, kaldet global opvarmning.

Tropopausen som en zone med ro

Tropopausen udgør en zone med relativ ro, da de meteorologiske fænomener, der har oprindelse i klimaet, forekommer under denne zone i troposfæren. Nylige studier rapporterer imidlertid, at tropopausen præsenterer en særlig dynamik.

Temperatur

I tropopauseområdet forbliver temperaturen konstant, den falder ikke med højden (som i troposfæren) og øges heller ikke med højden (som i stratosfæren). Tropopausetemperaturen er ca. -55 ^° C.

Diskontinuitetszone

Tropopausen er ikke en kontinuerlig zone; der er pauser i denne region i områderne med tropiske breddegrader og midterste breddegrader på jordens nordlige og sydlige halvkugler.

Fugtopbevaring og transportområde

Tropopausen fungerer som et stort reservoir for fugt i troposfæren og har funktionen af ​​at transportere vanddamp ind i stratosfæren.

Dannelse af cirrusskyer

Tropopausen er det område, hvor cirruslignende skyer dannes, en type høje, hvide skyer, der består af iskrystaller. De er formet som filamenter i smalle, fine bånd, der ligner hårkrøller.

Figur 2. Cirrus skyer. Kilde: Pixabay.com

Cirrusskyer reflekterer sollys og fanger den varme, Jorden udsender udad. Det vides ikke nøjagtigt, om nettobalancen mellem cirrusskyer afkøler eller opvarmer planeten.

Cirrusskyens udseende indikerer en ændring i vejret med lave temperaturer og regn inden for de næste 24 timer.

Kemisk sammensætning af tropopausen

Tropopausen repræsenterer en zone med pludselig ændring mellem den kemiske sammensætning af troposfæren og den i stratosfæren. Den indeholder gasser, der kommer fra begge lag.

I tropopausen er gasser fra troposfæren, såsom vanddamp og kulilte (CO). Der er også ozon (O ₃), en gas, der kommer fra stratosfæren.

Meget interessante kemiske reaktioner forekommer i tropopausen. Forskere forsøger at studere disse kemiske ændringer for at få en mere komplet forklaring af fænomenet global opvarmning.

Hvordan studeres tropopausen?

For at undersøge tropopausen skal der udtages prøver af dens gasblanding. Denne prøveudtagning i højder op til 18 km over jordoverfladen giver mange vanskeligheder.

Kun et par fly kan nå disse højder. NASA har tre meget sofistikerede fly udstyret med specielt udstyr til at udføre disse undersøgelser. Disse er ER-2, DC-8 og WB-57 flyene.

Disse tre fly, kombineret med en støtteinfrastruktur med satellitter og radarer, detekteringsudstyr på stedet og fjerndetektion, opfylder den såkaldte TC4-mission for dens akronym på engelsk: Tropical Composition, Clouds and Climate Coupling Experiment.

Funktioner

Tropopausen har vigtige funktioner i transporten af ​​vanddamp fra troposfæren til stratosfæren. Det fungerer også som en zone til blanding af gasser af troposfærisk oprindelse (vanddamp, kulilte) med gasser fra stratosfæren (ozon).

Tropopausen undersøges for nylig som en indikator for global opvarmning af planeten og for fænomener, der bestemmer generel atmosfærisk kemi.

Referencer

1. Newton, R., Vaughan, G., Hintsa, E. et al. (2018) Observationer af ozonfattig luft i det tropiske tropopauselag. Atmosfærisk kemi og fysik. 18: 5157-5171 doi: 10.5194 / acp-18-5157-2018
2. Biernat, K., Keyser, D. og Bosart, LF (2017). Forbindelser mellem den store arktiske cyklon i august 2012 og Tropopause polar virvler. American Geophysical Union, Fall Meeting 2017, abstrakt # A43D-2478.
3. Werner, B. (2017). Undersøgelse af den subtropiske laveste stratosfære og den tropiske øvre troposfære og tropopauselaget for uorganisk brom. Atmosfærisk kemi og fysik. 17 (2): 1161-1186. doi: 10.5194 / acp-17-1161-2017
4. Jensen, EJ, Pfister, L., Jordan, DE, Bui, TV, Ueyama, R. og Singh. HB (2017). NASAs luftbårne tropiske tropopauseeksperiment: Målinger med høj højde i luftfartøjet i det tropiske vestlige Stillehav. AMS 100. Tidsskrifter online. BAMS. doi: 10.1175 / BAMS-D-14-00263.1
5. Jensen, EJ, Kärcher, B., Ueyama, R., Pfister, L., Bui, TV et alle. (2018). Heterogen isnukleation i det tropiske tropopauselag. Journal of Geographical Research: Atmosphere. 123 (21): 12.210-12.227.