Atmosfera to jedna z powłok ziemskich, w tym przypadku jest to ta najbardziej zewnętrzna. Atmosfera to nic innego jak mieszanina gazów o stałym udziale do 100 kilometrów. Ta warstwa nosi nazwę powietrze i składa się z:

Gaz % objętości

azot 78,08

tlen 20,95

argon 0,93

dwutlenek węgla 0,03

krypton, ksenon, neon, hel, wodór, ozon i inne gazy 0,01

Powietrze to jednak nie tylko te gazy wymienione wyżej. Oprócz nich występują tam domieszki takich gazów jak dwutlenek węgla i para wodna. Stężenia tych gazów są zmienne i mogą lokalnie bardzo się różnić. Zwiększone stężenie dwutlenku węgla i innych gazów występuje na przykład w rejonach erupcji wulkanicznych. Dodatkowo w powietrzu unoszą się zanieczyszczenia. Są one zarówno pochodzenia naturalnego czyli na przykład pyły z terenów pustyń, pyłki roślinne, pyły wulkaniczne jak i są wytworem działalności człowieka w postaci pyłów i gazów przemysłowych czy komunikacyjnych. Pomimo niewielkich stężeń zanieczyszczenia i domieszki gazów odgrywają duże znaczenie w funkcjonowaniu atmosfery. Para wodna wespół z dwutlenkiem węgla zapobiega nadmiernej utracie ciepła przez kulę ziemską w przestrzeń międzyplanetarną. Dzieje się to na skalę tak dużą, że doprowadziło to według niektórych do efektu cieplarnianego. Pyły to istotny czynnik przy powstawaniu chmur. Cząstki pyłu stanowią bowiem jądra kondensacji pary wodnej w efekcie czego powstają chmury tak ważny element pogody. Powstają w ten sam sposób mgły. Pyły jednak mają też swoje negatywne znaczenie. Po pierwsze ograniczają dopływ promieni słonecznych do powierzchni ziemi a po drugie razem z gazami tworzą w pewnych warunkach smog. Mieszanina dymu i mgły to tzw. smog londyński, oprócz niego wyróżnia się smog fotochemiczny. Jest to zjawisko powstające w wyniku reakcji zanieczyszczeń, głównie komunikacyjnych, ze światłem słonecznym. Cechy atmosfery wyraźnie zmieniają się wraz ze wzrostem wysokości. Spada temperatura i gęstość atmosfery. Na podstawie przebiegu zmieniających się właściwości atmosfery wydzielono w niej pięć warstw. Są to:

  1. Troposfera - najniższa, przylegająca do powierzchni warstwa atmosfery. Jej grubość waha się od około 7 kilometrów nad biegunami do około 18 kilometrów w okolicy równika. W niej następuje stały spadek temperatury wraz z nabieraniem wysokości o około 0,6 stopnia Celsjusza na 100 metrów. Spowodowane jest to oddalaniem się od powierzchni ziemi, która jest tutaj głównym emitorem ciepła. Dlatego tez na jej krańcach w okolicy równika temperatura powietrza to tylko -70 stopni Celsjusza.
  2. Stratosfera to kolejna warstwa atmosfery wznosząca się do około 55 kilometrów. W niej następuje ponowny wzrost temperatury do około 0 stopni Celsjusza. W warstwie tej wyróżnia się ozonosferę czyli strefę jego podwyższonego udziału.
  3. Mezosfera- warstwa atmosfery do około 85 kilometrów temperatura maleje od zera do minus dziewięćdziesięciu stopni.
  4. Termosfera - rozciąga się do wysokości 500 - 600 kilometrów. W warstwie tej najistotniejszy jest wzrost temperatury nawet do 1000 stopni. W wyniku oddziaływania promieniowania ze Słońca następuje silna jonizacja gazów. Pojawia się atomowy tlen i azot. Bywa nazywana jonosferą. To w niej powstaje zjawisko zorzy polarnej.
  5. Egzosfera to najbardziej zewnętrzna powłoka wznosząca się powyżej 600 kilometrów. Gęstość bardzo mała, zderzenia cząsteczek bardzo rzadkie. Możliwa jest ucieczka gazów w przestrzeń kosmiczną. Atmosfera nie ma wyraźnego końca i płynnie przechodzi w przestrzeń międzyplanetarną.

Ważniejszymi cechami atmosfery mającymi wpływ na kład ziemski jest temperatura powietrza i ciśnienie atmosferyczne (pomijając skład, który jest najważniejszy).

Ciepło na Ziemi pochodzi z dwóch źródeł. Pierwsze to ciepło wewnętrzne pochodzące z rozgrzanego jądra. Drugim ważniejszym jest ciepło pochodzące ze Słońca. Dociera ono do powierzchni w formie promieniowania krótkofalowego, jest przez nią przyjmowane i oddawane wtórnie jako promieniowanie długofalowe (cieplne). Dla temperatury troposfery czyli warstwy w której toczy się życie biologiczne planety największe znaczenie ma kontakt z podłożem. Średnio temperatura przy powierzchni to 15 stopnie ale jest to wartość bardzo uogólniona i nie oddająca rzeczywistego rozkładu temperatur. Zależy on od szerokości geograficznej. Najwyższe średnie roczne temperatury powietrza są notowane w strefie międzyzwrotnikowej gdzie dochodzą do 25-28 stopni. Najmniejsze wartości to okolice biegunów, północnego na poziomie -28 stopni a południowego to około -30 stopni poniżej zera. Dla Polski średnia roczna temperatura waha się w różnych rejonach pomiędzy 6 stopni a 8,8 stopni Celsjusza. Temperatury lokalnie mogą się bardzo różnić w zależności od chwilowych układów czynników. Najwyższą zanotowaną temperaturą powietrza na Ziemi to 57,8 stopnia w cieniu w miejscowości Al.-Azizija na terytorium Libii w roku 1922. podobne wartości notuje się w Amerykańskiej Dolinie Śmierci. Z kolei najniższa zanotowana wartość temperatury to -89,6 stopnia na rosyjskiej stacji polarnej Wostok w roku 1983. Na naszej półkuli północnej rekord to -78 stopnie w górnym biegu rzeki Indygirka w roku 1938. Czynnikami decydującymi o takim zróżnicowaniu przestrzennym temperatur są:

  • Szerokość geograficzna - średnie roczne wartości temperatury maleją wraz ze wzrostem szerokości geograficznej o około 0,6 stopnia na 1 stopień szerokości.
  • Wyniesienie obszaru - temperatura spada na 100 metrów wysokości o około 0,6 stopnia Celsjusza.
  • Układ lądów i mórz - woda wykazuje się wolniejszym nagrzewaniem i wolniejszym oddawaniem ciepła niż powietrze. Dlatego w okresie zimy w jej pobliżu średnie wartości temperatury są wyższe niż nad lądami a latem jest odwrotnie.
  • Występowanie prądów morskich - jako masy wody o temperaturze niższej lub wyższej niż otoczenia działają na klimat obszaru w ten sam sposób, niwelując te różnicę temperatur.
  • Budowa podłoża i pokrycie terenu - główna rolę odgrywa tu barwa podłoża i jego wilgotność. Jasne podłoże ma większe albedo (odbija więcej promieniowania słonecznego) śnieg odbija nawet 90% promieniowania dlatego nagrzewa się w bardzo małym stopniu. Zieleń działa izolująco na podłoże, które dzięki niej mniej się nagrzewa. Podobnie jeśli chodzi o wilgoć. Gleba sucha nagrzewa się szybciej i bardziej niż wilgotna.
  • Ułożenie stoków i zboczy - na półkuli północnej to stoki południowe są wystawione w kierunku słońca dlatego maja większą dostawę energii. Na półkuli południowej sytuacja jest odwrotna.

Ciśnienie atmosferyczne z kolei to presja jaka na jednostkę powierzchni wywiera znajdujący się nad niż słup powietrza atmosferycznego. Wzrost wysokości to spadek ciśnienia z powodu zmniejszenia grubości tego słupa wywierającego nacisk. Na jego zróżnicowanie oprócz wysokości nad poziomem morza ma wpływ temperatura podłoża. Nad obszarami ogrzanymi powietrze zaczyna się unosić ku górze w wyniku czego w dolnej warstwie staje się ono rozrzedzone. Obszar taki staje się miejscem występowania niskiego ciśnienia. Z kolei powietrze chłodne opada w innych rejonach. Powstaje tam na skutek wzrostu ilości powietrza wysokie ciśnienie. Dlatego niskie ciśnienie jest związane z prądami wznoszącymi a wysokie z zstępującymi. Na ziemi cały czas występują stałe strefy wysokiego lub niskiego ciśnienia a także tworzą się nowe niestałe układy baryczne. Widać to doskonale na mapach klimatycznych, szczególnie dla strefy umiarkowanych szerokości geograficznych. Gdy niskie lub wysokie ciśnienie tworzy zwarty odizolowany obszar o zamkniętych izobarach to mówimy wówczas o układzie barycznym. Wyż to układ wysokiego ciśnienia gdzie najwyższa wartość ciśnienia występuje w jego wnętrzu. Niżem z kolei nazywamy taki układ gdzie najwyższa wartość ciśnienia występuje na jego obrzeżu a najniższa w centrum. Wyróżnia się jeszcze zatokę niskiego ciśnienia i klin wysokiego ciśnienia. Są to sytuacje kiedy niskie lub wysokie ciśnienie jest otoczone przez odwrotną sytuację baryczną. Takie zatoki są początkiem powstawania układów i frontów. Różnice ciśnienia na stosunkowo niewielkim obszarze mogą być duże. Czasie dużych tajfunów mogą spadać jego wartości do poziomu poniżej 900 hPa. Różnice w ciśnieniu wywołują naturalny mechanizm jego wyrównywania czyli poziomego ruchu powietrza nazywanego wiatrem. Generalny kierunek jego przemieszczania to od układu wysokiego ciśnienia do stref niskiego ciśnienia. Jednak nie wieje on nigdy bezpośrednio w linii prostej od wyżu do niżu. Spowodowane jest to istnieniem siły odchylającej- siły Coriolisa. Jest ona następstwem ruchu obrotowego Ziemi i powoduje odchylanie wiatrów na prawo na półkuli północnej a na lewo na półkuli południowej. Na kuli ziemskiej wiatry poziome, wiatry wstępujące i zstępujące utworzyły cały schemat cyrkulacji atmosfery ziemskiej. Te ogromne ruchy powietrza maja związek z nierównomierną dostawą ciepła do różnic rejonów globu. Powoduje to duże różnice temperatury a więc powstawanie różnic ciśnienia, które wywołują ruch powietrza w celu ich niwelacji. Odchylanie wiatrów przez siłę Coriolisa spowodowało, że nie ma prostej wymiany powietrza pomiędzy strefa gorącą a okołobiegunową. Utworzyły się zatem pasy niskiego i wysokiego ciśnienia. Niskie stale zalega w strefie równika i strefie umiarkowanej a wysokiego np. nad biegunami. Pomiędzy tymi pasami wykształciły się oddzielne cyrkulacje i stałe wiatry takie jak pasaty. Na ich odchylenia ma tez wpływ rozmieszczenie mas lądów i mórz. Nad wielkimi masami lądu latem tworzą się ogromne niże a zimą wyże.

Zróżnicowanie ilości dostarczanej energii sprawia, że na ziemi wytworzyły się strefy klimatyczne. Na to zróżnicowanie wpływają:

  • Szerokość geograficzna - wzrost szerokości geograficznej to zmiana ilości dostarczanego promieniowania. Powoduje to zmniejszenie ilości ciepła kumulowanego w podłożu i obniżenie temperatury powietrza. Niższy kąt padania promieni słonecznych sprawia, że ich taka sama powierzchnia jest ogrzewana przez ich mniejszą ilość (dostawa energii jest w każdym rejonie taka sama ale zwiększa się powierzchnia przez nie ogrzewana).
  • Rozmieszczenie obszarów wodnych i lądowych - jak już wcześniej zostało to określone ląd i woda mają różną pojemność cieplna co wyraża się innym czasem nagrzewania i ochładzania do tej samej temperatury. Dlatego klimaty kontynentalne charakteryzują się gorącymi latami i chłodnymi zimami. Natomiast odmiany morskie to stosunkowo łagodne zimy i lata a opady są rozłożone równomiernie przez cały rok.
  • wysokość terenu nad poziomem morza- przemieszczając się w górę spada temperatura i ciśnienie a wzrasta wilgotność. Na określonej wysokości a wiec temperaturze następuje kondensacja pary wodnej w postaci chmur co powoduje występowanie opadów orograficznych. W obszarach wysoko położonych występują zatem piętra klimatyczne.
  • Ukształtowanie terenu - ekspozycja terenu w kierunku słońca lub dominującego kierunku wiatrów skutkuje ich odmiennością klimatyczną. Na takich stokach dostawa energii jest większa. Jeśli stok jest wystawiony w kierunku napływających mas powietrza to na jego powierzchni występują zwiększone opady. Na stokach przeciwnych powstaje wtedy cień opadowy. Obszary wyżej położone i z urozmaiconą rzeźba to miejsca powstawania inwersji termicznych, odmian klimatu kotlin i miejsce powstawania lokalnych wiatrów górskich i dolinnych.
  • Prądy oceaniczne- maja łagodzący wpływ na przybrzeżna strefę lądu. W klimatach gorących ochładzają je a w zimnych ocieplają (oczywiście jeśli jest to prąd chłodny to ma on działanie odwrotne). Dodatkowo prąd ciepły to wzrost opadów a zimny ich zmniejszenie.
  • Szata roślinna - chodzi tu o wspomniane albedo powierzchni oraz na wpływanie na wilgotność gleby.
  • Człowiek - działa w różnej skali ale głównie regionalnej i lokalnej. Zmienia mikroklimat miejsc. Powoduje wylesianie i zmiany w ukształtowaniu terenu. Ostatnio również istotnie wpływa na zawartość ozonu w atmosferze.

Tylko szerokość geograficzna ma charakter strefowy, inne wymienione czynniki są astrefowe. Objawia się to tym, że na tej samej szerokości mogą występować odmienne typy klimatu.

Charakterystyka stref klimatycznych Ziemi.

Przez klimat rozumie się typowe przebiegi pogody w określonym obszarze, określony poprzez wieloletnie obserwacje. Na Ziemi istnieje wiele rodzajów klimatów, w zależności od położenia geograficznego danego terenu. Stworzono kilka klasyfikacji klimatów świata, a w Polsce najczęściej stosuje się klasyfikację Okołowicza.

Dokonuje on regionalizacji, w której wyróżnia po pięć sfer klimatycznych na każdej półkuli, każda sfera została podzielona natomiast na kilka typów klimatu. Ich rozróżnienie oparto na takich czynnikach jak: opady, temperatury czy ilość pór roku.

Strefy klimatyczne:

  • Klimatów równikowych- wysoka średnia temperatura miesięczna (powyżej 20 stopni Celsjusza miesięcznie), niewielka amplituda roczna (do kilku stopni), przeważnie niższa na wodzie niż na lądzie, najwyższe opady notuje się na położeniu zenitalnym Słońca; pory roku wyznaczane są poprzez roczny przebieg opadów, jednak obszary położone przy równiku nie charakteryzują się istnieniem pory opadów, ich wzrost jest obserwowalny tylko w zenitalnym położeniu Słońca. Im dalej od równika, tym ilość opadów jest mniejsza i pojawiają się pory suche.
  • Klimatów zwrotnikowych- dość wysokie temperatury (10-20 stopni Celsjusza), duże amplitudy dobowe temperatur; ten rodzaj klimatu występuje w okolicach obu zwrotników, gdzie występują stałe wyże, a ruch powietrza z nich wynikający ogranicza ilość opadów, stąd też jest to strefa sucha, poza strefą monsunową, gdzie latem notowane są wysokie opady.
  • Klimatów podzwrotnikowych- temperatury dość niskie, spadają zimą poniżej 10 stopni Celsjusza, mogą również spadać poniżej 0 stopni, szczególnie w klimacie kontynentalnym. Istnieje możliwość opadu śniegu, nie zalega on jednak długo i nie tworzy zwartej pokrywy śnieżnej; z kolei w lecie temperatura może być wysoka; wysokie opady mogą wystąpić szczególnie zimą, natomiast w sferze monsunowej- także latem. Charakterystyczny dla tej strefy klimat śródziemnomorski (podzwrotnikowy morski) cechuje się suchym i gorącym latem, łagodną zimą, a średnia temperatura roczna wynosi około 10 stopni Celsjusza; można go spotkać w basenie Morza Śródziemnego, a także u wybrzeże Stanów Zjednoczonych, Afryki oraz Australii.
  • Klimatów umiarkowanych- może to być odmiana chłodna albo ciepła. W klimacie ciepłym podczas letnich miesięcy temperatura wynosi powyżej 15 stopni, w chłodnej zaś od 10 do 15 stopni, natomiast w klimacie kontynentalnym może wynieść więcej. Opady notowane są w klimacie morskim przez cały rok, intensywniejsze jesienią i zimą, natomiast w klimacie lądowym oraz przejściowym i monsunowym najwięcej opadów występuje w lecie. Zauważyć tu można wiele typów klimatu- lądowy, morski i przejściowy, a także monsunowy i pustynny; w ciągu roku istnieją różne warunki klimatyczne, dlatego wyróżnia się tu minimum cztery pory roku, a w klimacie przejściowym nawet sześć; amplitudy roczne są wysokie, ponieważ wewnątrz kontynentu mogą wynieść do 45 stopni Celsjusza.
  • Klimatów okołobiegunowych- temperatura w zasadzie nie przekracza tu 10 stopni Celsjusza, natomiast w klimacie polarnym wynosi poniżej 0 stopni. Przeważają opady śnieżne, wynoszą mniej więcej tyle, ile opady na pustyniach gorących (około 250 milimetrów rocznie). W klimacie tym istnieje bardzo małe naświetlenie, szczególnie podczas nocy polarnej; najsurowsze warunki istnieją jednak na Antarktydzie;

Elementy klimatu to czynniki, które decydują o odróżnieniu go od innych typów. Są to między innymi wysokość opadów, temperatura, charakterystyczne wiatry. Zmieniają się one w ciągu roku pod wpływem czynników geograficznych. Elementy klimatu jeśli zmieniają się pod wpływem czynników geograficznych to mówimy wówczas o prawidłowościach klimatycznych. Do tych prawidłowości należą:

  • Wzrost wysokości oznacza spadek temperatury średnio o 0,6 stopnia na 100 metrów
  • Wzrost szerokości geograficznej o 1 stopień to spadek średniej rocznej temperatury o 0,6 stopnia
  • Bliskość obszaru wodnego zwiększa ilość otrzymywanych opadów
  • Średnie temperatury są niższe nad obszarami wodnymi latem niż nad lądami a w okresie chłodnym sytuacja się odwraca
  • Prąd morski chłodny powoduje spadek ilości opadów na wybrzeżu, natomiast prąd ciepły zwiększa ich ilość
  • W obszarach wyżej położonych sumy opadów są większe niż na niżu ale tylko do pułapu kondensacji chmur, powyżej maleją co nazywa się inwersją opadów.