ÁÁLTALLTALÁÁNOSNOS

METEOROLMETEOROLÓÓGIAGIA

„Ugyanakkor a Nap, mozog ahogy mindig, változásokat indít el, tevékenységével mindennap felszívja a legjobb legédesebb vizet, gőzzé alakítja, ami magasabb légkörbe kerül, ahol a hideg miatt újra összesűrűsödik és visszakerül a földre.”

Aristoteles (a víz körforgásáról)

Makra László

TTÖÖRTRTÉÉNETI NETI ÁÁTTEKINTTTEKINTÉÉS S –– ÓÓKORKOR

�� LLéégkgkööri jelensri jelenséégekkel kapcsolatos korai megfigyelgekkel kapcsolatos korai megfigyelééseksekkkíínai, indiai, sumnai, indiai, suméér, inka, maya civilizr, inka, maya civilizáácicióók k →→ arab karab köözvetzvetííttééss

GGÖÖRRÖÖGGÖÖKK�� HyppocratesHyppocrates (i.e. 460(i.e. 460--377): 377):

az az óókori orvostudomkori orvostudomáány egyik megalapny egyik megalapííttóója; orvosmeteorolja; orvosmeteorolóógia gia ((hyppocratesihyppocratesi eskesküü); );

�� PtolemaiosPtolemaios ((i.ui.u. 2. sz.) : . 2. sz.) : geocentrikus vilgeocentrikus viláágkgkéép;p;

„„AlmagestAlmagest”” –– ffőő mműűvvéének cnek cííme arabul; me arabul;

�� A meteorolA meteorolóógia szgia szóó eredete:eredete:�� AristotelesAristoteles (i.e. 384(i.e. 384--322):322):

„„MeteorologicaMeteorologica”” (a k(a köözzéépkorig csak ez a szakmai mpkorig csak ez a szakmai műű ismert)ismert)„„meteor" = meteor" = éég g éés fs fööld kld köözzöötti; tti; „„logoszlogosz”” = tudom= tudomáányny

�� A meteorolA meteorolóógia tgia táárgya:rgya:�� az az óókorbankorban�� napjainkbannapjainkban

�� ÓÓggöörröög eredetg eredetűű szavak a meteorolszavak a meteorolóógigiáában:ban:kozmosz, asztronkozmosz, asztronóómia, szfmia, szfééra, atom, atmoszfra, atom, atmoszfééra, homora, homo--, , heteroszfheteroszféérara, , tropotropo--, , sztratosztrato--, , mezomezo--, termo, termo--, , exoexo--, , krioszfkrioszféérara, , magnetoszfmagnetoszféérara, homog, homogéén, heterogn, heterogéén, n, barobaro--, , bbáárikusrikus, izob, izobáár, r, izoterma, ciklon, anticiklon, dinamika, sztatika, izoterma, ciklon, anticiklon, dinamika, sztatika, szinoptikaszinoptika, , aerolaerolóógiagia, klimatol, klimatolóógia, geolgia, geolóógia, geogrgia, geográáfia, fia, ……

A meteorológiai helye a tudományok között

TERMÉSZETTUDOMÁNYOK

M A T E M A T I K A

BIOLÓGIA KÉMIA FIZIKA F Ö L D T U D O M Á N Y O K

Geológia Oceanológia Hidrológia Geokémia Geofizika Földrajz

M E T E O R O L Ó G I A

Elméleti v. Szinoptikus Kozmikus Aerológia Ált. v. fizikai Bio- és agro- Hidro- Éghajlattan Dinamikus meteorológia meteorológia meteorológia meteorológia meteorológia (Klimatológia) meteorológia

�� ÓÓ K O R I M A T E M A T I K A,K O R I M A T E M A T I K A,H E L L A SH E L L A S

•• PythagorasPythagoras (i.e. 569 (i.e. 569 –– i.e.i.e. 475)475)�� aa22 + b+ b22 = c= c22

•• ThalesThales (i.e. 624 (i.e. 624 –– i.e.i.e. 546)546)

� Thales tétele: Ha egy kör átmérőjének A és B végpontját összekötjük a körív A-tól és B-től különböző tetszőleges Cpontjával, akkor az ABC háromszög C-nél lévő szöge derékszög lesz.

• Aristoteles (i.e. 384 – i.e. 322)

� A csoportképzés szervezési módszertan, mely az antik görög időkig nyúlik vissza. Aristoteles volt az első nagy csoportalkotó, aki kísérletet tett arra, hogy megértse a társadalom alcsoportjainak lényegét. Miután megfigyelte, hogy a delfineknek méhlepényük van, ő arra következtetett, hogy ezek emlősek, nem pedig halak. Ez a konklúzió csaknem két évezreden át gúny tárgyát képezte a természettudósok körében.

• Plato (i.e. 427 – i.e. 347)

� „Hitvány ember az, aki nem tudja, hogy a négyzet átlója nem összemérhető annak oldalával.”(Azaz nincsen olyan egység, melynek egész számú többszöröse a négyzet átlója is és oldala is.)

� „A matematika olyan, mint egy játék, alkalmas a fiataloknak, nem túl nehéz, szórakoztató és nem jelent veszélyt az állam számára.”

METEOROLÓGIA (tágabb értelemben) a légkör tudománya

METEOROLÓGIA (szűkebb értelemben) a légköri folyamatok

fizikai okainak feltárása

KLIMATOLÓGIA a Földi éghajlatok leírása,

elemzése, speciális éghajlatok

Elméleti

• Általános meteorológia;

• Dinamikus meteorológia;

• Mikrometeorológia;

• Levegőkémia;

• Levegőfizika;

• Statisztikus meteorológia;

Alkalmazott

• Szinoptikus meteorológia;

• Biometeorológia;

• Orvosi meteorológia;

• Agrometeorológia;

• Hidrometeorológia;

• Közlekedési meteorológia;

Alkalmazott

• Regionális klimatológia;

• Mikroklimatológia;

• Bioklimatológia;

• Városklimatológia;

• Diffúzió-klimatológia;

• Paleoklimatológia;

Elméleti

• Fizikai klimatológia;

• Leíróklimatológia;

• Regionális klimatológia;

• Statisztikus klimatológia;

OPERATÍV METEOROLÓGIA

• Meteorológiai műszerek; • Meteorológiai megfigyelések; • Meteorológiai előrejelzések;

A FA Fööld lld léégkgköörere

A levegő-réteg, mely Földünket beborítja,Kékszínű tömegén játszva eget mutogat.

Ah de mi ez? Hőség megritkította köröttemA levegőt s felszáll, váltja rohanva hideg.

Képződnek szaporán s gyülekeznek vízi parányokS összeverődve, legitt földre csapódnak alá.

Arany János: A reggel (Természetrajz), részlet

DefinDefiníícicióó::A lA léégkgköör a Naprendszer tr a Naprendszer tööbb bolygbb bolygóójjáának szilnak sziláárd rd

ttöömegmegééhez kapcsolhez kapcsolóóddóó ggáázburok.zburok.

A FA Fööld lld léégkgköörere

�� A lA léégkgköör r öösszetsszetéételetele�� A lA léégkgköör kiterjedr kiterjedéésese�� A lA léégkgköör tr töömegemege�� A lA léégkgköör szerkezeter szerkezete

Szeretni kell a csalfa köd-eget,Szeretni kell száz csillag enyhe képét,Fölnézvén a szív könnyebben feledÉs föltalálja tán az örök békét.

József Attila: Ének magamhoz (részlet)

�� A lA léégkgköör r öösszetsszetéételetele

A FA Fööld lld léégkgkööre = gre = gáázkeverzkeveréék + cseppfolyk + cseppfolyóós + szils + sziláárd anyagok rd anyagok diszperz rendszerediszperz rendszere

A lA léégkgkööri gri gáázok osztzok osztáályozlyozáássáának szempontjai:nak szempontjai:1. az illet1. az illetőő ggááz mennyisz mennyiséége tge téérben rben éés ids időőben mennyire ben mennyire

áállandllandóó;;1a. 1a. áállandllandóó ggáázokzok (N(N22, O, O22 éés a nemesgs a nemesgáázok)zok): mennyis: mennyisééggüük k

hosszhosszúú ididőőn n áát vt vááltozatlan (nem geolltozatlan (nem geolóógiai idgiai időőskskáálláán!);n!);1b. 1b. vvááltozltozóó ggáázokzok (CO(CO22, CH, CH44, H, H22, N, N22O, OO, O33)): mennyis: mennyisééggüük k

rröövidebb idvidebb időőn beln belüül (nl (nééhháány ny éév, pv, páár r éévtized) vvtized) vááltozik, s ltozik, s koncentrkoncentráácicióójuk tjuk téérben is vrben is vááltozik;ltozik;

1c. 1c. ererőősen vsen vááltozltozóó ggáázokzok (CO, NO(CO, NO22, NH, NH33, SO, SO22, H, H22S)S): : mennyismennyisééggüük igen rk igen röövid idvid időőtartamon (ntartamon (nééhháány nap, illetve ny nap, illetve hhéét) t) éés kis ters kis terüületen belleten belüül is jelentl is jelentőősen megvsen megvááltozik. ltozik.

2. a l2. a léégkgkööri gri gáázok relatzok relatíív mennyisv mennyiséége ge (t(téérfogati arrfogati aráánya)nya)

2a. f2a. főő öösszetevsszetevőőkk (N(N22, O, O22, CO, CO22, , ArAr: 99,998 %); : 99,998 %);

2b. nyomg2b. nyomgáázokzok (2a.(2a.--n kn kíívvüül az l az öösszes tsszes tööbbi gbbi gááz); z);

2c. szil2c. sziláárd rd éés cseppfolys cseppfolyóós anyagoks anyagok (r(réészecskszecskéék).k).2b. + 2c. = nyomanyagok (k2b. + 2c. = nyomanyagok (köözzüüllüük k legfontosabbak: Hlegfontosabbak: H22O O éés a rs a réészecskszecskéék)k)

Az Az aeroszolokaeroszolok diszperz rendszerdiszperz rendszert alkotnak az t alkotnak az ááramlramlóóleveglevegőőben, ahol gben, ahol gáázz--halmazhalmazáállapotllapotúú kköözegben finoman zegben finoman szszéétoszlatott (porlasztott) folytoszlatott (porlasztott) folyéékony vagy szilkony vagy sziláárd rd rréészecskszecskéék vannak jelen. A rk vannak jelen. A réészecskszecskéék mk méérettartomrettartomáánya nya 1010 nm nm –– 500500 nm. Szilnm. Sziláárd rd diszpergdiszpergááltlt anyag esetanyag esetéén n ffüüstrstrőőll, ha a porlasztott (vagy kondenz, ha a porlasztott (vagy kondenzáállóódott) anyag dott) anyag folyadfolyadéék halmazk halmazáállapotllapotúú, , kköödrdrőőll is beszis beszéélhetlhetüünk. A felhnk. A felhőőis termis terméészetes aeroszol.szetes aeroszol.

összetevő Térf.% ppm Tartózkodási idő Állandó összetevők

� nitrogén N2 � oxigén O2 � argon Ar � neon Ne � hélium He � kripton Kr � xenon Xe

78,084 20,947 0,934

18,18 5,24 1,14

0,087

106 év 5·103 év

∞ ∞ ∞ ∞ ∞

Változó összetevők � szén-dioxid CO2 � metán CH4 � hidrogén H2 � dinitrogén-oxid N2O � ózon O3

354 2,0 0,5

0,31

0,04

15 év 4 év

6,5 év 8 év

~2 év

Erősen változó összetevők

� szén-monoxid CO � Vízgőz H2O � Nitrogén-dioxid NO2 � Ammonia NH3 � Kén-dioxid SO2 � Kén-hidrogén H2S

0-4

0-0,05

0-0,003

0-0,02 0-0,002 0-0,003

~0,3 év (100 nap) 10-14 nap

~6 nap

~7 nap ~4 nap ~2 nap

/ /M F M Rτ = =Tartózkodási idő: ahol M az adott gáz légköri mennyisége, F (R) a képződési (elnyelési) sebesség [tonna/év].

A légkör összetétele

aláhúzott: fő összetevő; keretezett: üvegházhatású gáz;

�� A lA léégkgköör kiterjedr kiterjedéésese

�� AlsAlsóó éés felss felsőő hathatáárait nem lehet pontosan meghrait nem lehet pontosan meghúúzni. zni.

�� A lA léégkgköör alsr alsóó hathatáára: ra: a folyada folyadéék, a jk, a jéég felszg felszííne. A talajfelszne. A talajfelszíín nem hatn nem hatáára ra automatikusan: a talajban lautomatikusan: a talajban léévvőő üüregeket, barlangokat is regeket, barlangokat is leveglevegőő ttöölti ki.lti ki.

�� A lA léégkgköör felsr felsőő hathatáára: ra: •• ElmElmééleti leti úútonton:: A FA Fööldhldhööz rz röögzgzíített koordintett koordinááta ta

rendszerben szrendszerben száámmíított centrifugtott centrifugáális lis éés nehs nehéézszséégi ergi erőőegyensegyensúúlya (lya (GG = = FFcc) h = 36.000 km magass) h = 36.000 km magassáágban gban tapasztalhattapasztalhatóó. Eddig a magass. Eddig a magassáágig a ggig a gáázburok zburok egyegyüütt mozog a Ftt mozog a Föölddel. lddel.

•• Tapasztalati Tapasztalati úútonton:: ttáámpontok a lmpontok a léégkgköör kiterjedr kiterjedéésséének nek kköözelzelííttőő pontosspontossáággúú megbecslmegbecsléésséére:re:

1. A meteoritok felvillan1. A meteoritok felvillanáása:sa:Oka:Oka: ssúúrlrlóóddáás;s;ÉÉszlelhetszlelhetőő: kb. 100 km, de 300: kb. 100 km, de 300--500 km 500 km

magassmagassáágban is!gban is!

2. A sarki f2. A sarki féény:ny:Oka:Oka: a Napba Napbóól l éérkezrkezőő hidroghidrogéénmagok nmagok éés s

elektronok a elektronok a magaslmagasléégkgköörr ggáázatomjait zatomjait gerjesztik. gerjesztik.

ÉÉszlelhetszlelhetőő: 60: 60--400 km, de 1000 km 400 km, de 1000 km magassmagassáágban is!gban is!

3. A r3. A ráádidióóhullhulláámok visszavermok visszaverőőddéése:se:Oka:Oka: a a magaslmagasléégkgkööriri ionizionizáált (elektromosslt (elektromossáágot got

vezetvezetőő) r) réétegek, ahol a gtegek, ahol a gáázatomok egy zatomok egy rréésze a Nap ibolysze a Nap ibolyáántntúúli li éés rs rööntgen ntgen sugsugáárzrzáása miatt elektromos tsa miatt elektromos tööltltééssűű. .

ÉÉszlelhetszlelhetőő: 60: 60--300 km k300 km köözzöött, de 3000 km tt, de 3000 km magassmagassáágban is!gban is!

Meteoritok felvillanása

Antarktiszi meteorit (azonosító: ALHA-84001).

1996 augusztus 7, NASA: benne életre utaló nyomok találhatók.

Sarki fény (Aurora borealis) I.

Elektromosan töltött részecskék

Mágneses erővonalak

Sarki fény II.

Sarki fény III.

A Jupiteren

A Földön

Sarki fény IV. Anchorage, Alaszka

�� A lA léégkgköör tr töömegemege�� MeghatMeghatáározhatrozhatóó a fa fööldfelszldfelszííni lni léégnyomgnyomáásmsméérréések sek

alapjalapjáánn

NNééhháány szny száámmííttáási eredmsi eredméény: ny:

AujeszkyAujeszky (1952): 5,275 * 10(1952): 5,275 * 102121 ggMakra (1995): 5,136 * 10Makra (1995): 5,136 * 102121 ggTrenberthTrenberth (1981): 5,117 * 10(1981): 5,117 * 102121 gg

�� A lA léégkgköör tr töömegmegéének jelentnek jelentőős rs réésze az alssze az alsóó 20 km20 km--es es rréétegben taltegben taláálhatlhatóó. .

p Am

g

⋅= [ ]

2 22 2 2 1 2

2

N m mkg m s m m m s kg

m s

−− − −

−

⋅ ⋅ → ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ → ⋅

G m g= ⋅

F p A= ⋅

m g p A⋅ = ⋅

⇒

A lA léégkgköör tr töömegmegéének magassnek magassáág szerinti eloszlg szerinti eloszláásasa50 %: 5,5 km alatt50 %: 5,5 km alatt90 %: 16,2 km alatt90 %: 16,2 km alatt95 %: 20,6 km alatt95 %: 20,6 km alatt99 %: 31,0 km alatt99 %: 31,0 km alatt

A légkör tömegének magasság szerinti megoszlása

0102030405060708090

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

[%]

[km

]

5.5

LangtangLirung, 7234 m

Langtang Lirung, Magas Himalája, Nepál, 1993 július

Yala csúcs, 5500 m, a háttérben a Langtang Lirung, Magas Himalája, Nepál, 1993 július

Yala csúcs, 5500 m, a háttérben a Langtang Lirung, Magas Himalája, Nepál, 1993 július

��HomogHomogéén ln léégkgköörr

HatHatáározzuk meg a homogrozzuk meg a homogéén ln léégkgköör vastagsr vastagsáággáát!t!

[ ]2

2 2 1 3 1 23 2

N mkg m s m kg m m s m

kg m m s

−− − − −

− −

⋅ → ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ → ⋅ ⋅ ⋅

G F=m g p A⋅ = ⋅

V g p Aρ ⋅ ⋅ = ⋅

A h g p Aρ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅

h g pρ ⋅ ⋅ =

ph

gρ=

⋅

[ ]h

Hőmérséklet alapján

Troposzféra (0 km < h < 20 km); t ≈ -50, -60°C;

Sztratoszféra (20 km < h < 50 km); t ≈ -0°C;

Mezoszféra(50 km < h < 80 km); t ≈ -100°C;

Termoszféra(h < 1000 km); t ≈ -1000°C;

Exoszféra

Légelektromosság alapján

Ionizáló rétegek sorozata →ionoszféra

D réteg: 70-90 km nappal;

E-réteg: 90-140 km nappal;

sporadikus E:

szabálytalanul

F réteg: 140 km fölött; állandó, nappal kettéválik: F1, F2;

G réteg: 400 km fölött;

Mágnesesség alapján

Ha h < 80 km: ⇒ nem hat a légkörre a Föld mágneses mezeje;

Ha (80 km < h < 140 km:⇒ légköri dinamóövezet;

Ha h > 140 km:⇒⇒⇒⇒ magnetoszféra

KKéémiai szempontbmiai szempontbóóll

Fizikai szempontbFizikai szempontbóóll

A lA léégkgköör szerkezeter szerkezete

homoszfhomoszféérara heteroszfheteroszféérara

Az ionizált rétegek helyzete, a szabad elektronok

koncentrációinak eloszlása a légkörben

A főbb ionoszféra rétegek helyzete

Ionoszféra

�� A lA léégkgköör szerkezeter szerkezete

�� A levegA levegőő kkéémiai miai öösszetsszetéétele tele éés a ls a léégkgköört alkotrt alkotóóggáázok zok áátlagos molekulattlagos molekulatöömege alapjmege alapjáán:n:

1. 1. homoszfhomoszféérara:: a ka kéémiai miai öösszetsszetéétel tel éés az alkots az alkotóó ggáázok zok áátlagos molekulattlagos molekulatöömege mege áállandllandóó (h (h ≤≤ 90 km); 90 km); ok:ok: a la léégkgkööri keverri keverőő mozgmozgáások;sok;

2. 2. heteroszfheteroszféérara:: a ka kéémiai miai öösszetsszetéétel a magasstel a magassáág g ffüüggvggvéénye, nye, éés az alkots az alkotóó ggáázok zok áátlagos tlagos molekulatmolekulatöömege a magassmege a magassáággal fggal föölfellfeléérohamosan csrohamosan csöökken (h kken (h >> 90 km); 90 km); ⇒⇒ kisebb skisebb sűűrrűűssééggűű öösszetevsszetevőők:k:800800--1000 km: O1000 km: O

1500 km: He1500 km: He>> 1500 km: H1500 km: H22

�� A lA léégkgköör termikus tulajdonsr termikus tulajdonsáága alapjga alapjáán:n:

�� HHőőmméérsrsééklet szerinti szerkezetklet szerinti szerkezet

troposzftroposzféérara (fel(felááramlramláási gsi göömbhmbhééj): j): [[0 km 0 km −− 1010--15 15 kmkm]]

sztratoszfsztratoszféérara (r(rééteges gteges göömbhmbhééj): j): [[1010--15 km 15 km −− 50 50 kmkm]]

mezoszfmezoszféérara (k(köözzéépspsőő ggöömbhmbhééj): j): [[50 km 50 km −− 90 90 kmkm]]

termoszftermoszféérara (meleg g(meleg göömbhmbhééj): j): [[9090 km km −− 1.000 1.000 kmkm]]

magnetoszfmagnetoszféérara (m(máágneses ggneses göömbhmbhééj): j): [[1.000 km 1.000 km −− 60.000 60.000 kmkm]]

exoszfexoszféérara (k(küülslsőő ggöömbhmbhééj) j) [[60.000 km 60.000 km −− ]]

•• TroposzfTroposzféérara

�� felsfelsőő hathatáára a felszra a felszííntntőől szl száámmíítva: tva: 8 km 8 km << h h < < 18 km; 18 km;

�� aa hhőőmméérsrsééklet klet áátlagos magasstlagos magassáági vgi vááltozltozáása: sa: --0,65 0,65 ººC / 100 m (gyengC / 100 m (gyengéén labilis ln labilis lééggáállapot);llapot);

Ok:Ok:A napsugA napsugáárzrzáás a felszs a felszíín feln felőől melegl melegííti fel a Fti fel a Fööldet.ldet.

KKöövetkezmvetkezméény:ny:�� a la léégkgkööri vri víízzel kapcsolatos jelenszzel kapcsolatos jelenséégek;gek;�� ididőőjjáárráási esemsi eseméények; nyek;

Az Az ICAO ICAO ((InternationalInternational Civil Civil AviationAviation OrganizationOrganization = = NemzetkNemzetköözi Polgzi Polgáári Repri Repüüllééssüügyi Szervezet) gyi Szervezet) ááltal ltal

jegyzett sjegyzett standardtandard lléégkgköörr jellemzjellemzőőii, , ϕϕϕϕϕϕϕϕ = = 4545°°

•• áátlagos tengerszinti ltlagos tengerszinti léégnyomgnyomáás: s: ppoo= 1013= 1013,,25 m25 mb;b;

•• eddig meddig méért rt max/minmax/min: : ppmaxmax = = 1079 1079 mbmb, , ppminmin = = 877 877 mbmb;;

•• hhőőmméérsrséékleti gradiens a troposzfkleti gradiens a troposzféérráában: ban: --0,0065 K0,0065 K⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅mm--11;;

•• llééghghőőmméérsrsééklet a tengerszinten: klet a tengerszinten: 15 15 °°C (288,16 K)C (288,16 K);;

•• kköözepes molekulaszepes molekulasúúly: 28,9644 kgly: 28,9644 kg⋅⋅molmol--11;;

•• ssűűrrűűsséég a tengerszinten: 1,225 kgg a tengerszinten: 1,225 kg⋅⋅mm--33;;

•• univerzuniverzáális glis gáázzáállandllandóó: 8314,32 J: 8314,32 J⋅⋅molmol--11⋅⋅KK--11;;

•• TropopauzaTropopauza

�� a troposzfa troposzfééra tetejra tetejéén n izotermiaizotermia; ; ⇒⇒ a ha hőőmméérsrséékleti gradiens = 0. kleti gradiens = 0. TTáátlagtlag ≈≈ --56 56 ººC;C;

�� h (h (tropopauzatropopauza) = f () = f (ϕϕ; ; éévszak); vszak);

�� tropopauzatropopauza „„szakadszakadááss””: elt: eltéérrőő tulajdonstulajdonsáággúúlléégtgtöömegek talmegek taláálkozlkozáássáánnáál l ⇒⇒ jetjet streamstream (fut(futóáóáramlramláás)s) (v (v ≈≈ 200 km200 km��hh--11); );

FutFutóáóáramlramláás (s (jetjet--streamstream))

•• SztratoszfSztratoszféérara�� A hA hőőmméérsrsééklet nklet nöövekszik a magassvekszik a magassáággal (h > 20 km); ggal (h > 20 km);

hhőőmméérsrséékleti inverzikleti inverzióó;;

��⇒⇒ ffüüggggőőleges lleges léégmozggmozgáások nincsenek; sok nincsenek; Ok:Ok: a sztratoszfa sztratoszféérráában talban taláálhatlhatóó óózonrzonrééteg (UV teg (UV

elnyelelnyelőő ⇒⇒ melegmelegííttőő hathatáás); s);

�� ccccmaxmax (O(O33) ) ≈≈ 25 km 25 km éés Ts Tmaxmax ≈≈ 50 km;50 km;

Ok:Ok: a ma molekulolekuláák szk szááma kisebb 50 kmma kisebb 50 km--en;en;�� az elnyelt energia a kevesebb molekula haz elnyelt energia a kevesebb molekula hőőmméérsrséékletkletéét t

gyorsabban emeli; gyorsabban emeli; �� napsugnapsugáárzrzáásbsbóól magasabban tl magasabban tööbb energia nyelbb energia nyelőődik el.dik el.

•• SztratopauzaSztratopauza�� h h ≈≈ 50 km;50 km;�� lléégnyomgnyomáás s ≈≈ 1 hPa;1 hPa;�� a la léégkgköör r öössztssztöömegmegééneknek 0,1 %0,1 %--a van fa van fööllöötte;tte;

•• MezoszfMezoszféérara�� 50 km 50 km << hh < < 8585 km;km;�� kevkevéés s óózon;zon;�� negatnegatíív hv hőőmméérsrséékleti gradiens;kleti gradiens;�� a la léégkgköör leghidegebb tartomr leghidegebb tartomáánya: tnya: t85 km85 km = = --95 95 °°CC;;�� ééjszakai viljszakai viláággííttóó felhfelhőők;k;

�� MiMiéért ilyen hideg a rt ilyen hideg a mezoszfmezoszféérara??�� a sztratoszfa sztratoszféérráát az t az óózonrzonrééteg melegteg melegííti;ti;�� a termoszfa termoszféérráát a napsugt a napsugáárzrzáás s ááltal felgyorsltal felgyorsíított atomok tott atomok

melegmelegíítik;tik;⇒⇒ A A mezoszfmezoszféérara kkéét meleg rt meleg rééteg kteg köözzéé éékelkelőődik;dik;

•• MezopauzaMezopauza��~~ 85 km85 km

•• TermoszfTermoszféérara�� felsfelsőő hathatáára a felszra a felszííntntőől szl száámmíítva:tva:

85 km 85 km << hh < < 500500 km;km;�� a molekula molekuláák elnyelik a napsugk elnyelik a napsugáárzrzáást st

(nagy energi(nagy energiáájjúú fotonok)fotonok)�� nnőő a ha hőőmméérsrsééklet;klet;�� a levega levegőő ssűűrrűűsséége igen alacsony ge igen alacsony

(k(köözepes szabad zepes szabad úúthossz: thossz: itt: 1itt: 1--10 km, 10 km, tengerszinten: 10tengerszinten: 10--66 cm); cm);

A légkör vertikális szerkezete

A légkör rétegződése, 0 km < h < 160 km

ÁÁtlagos ltlagos léégkgkööri hri hőőmméérsrsééklet, klet, nyomnyomáás, szerkezets, szerkezet

A szA szááraz, nyugalomban lraz, nyugalomban léévvőőtiszta tiszta lléégkgkööri levegri levegőőfizikai fizikai áállapotjelzllapotjelzőőii

EgyszerEgyszerűűssíített ltett léégkgköörr

1. csak f1. csak főő öösszetevsszetevőőkk2. v2. víízgzgőőz nincsz nincs3. mozg3. mozgáás nincss nincs

E lE léégkgköör modell ler modell leíírráássáához elegendhoz elegendőő a ga gáázok hzok háárom rom áállapotjelzllapotjelzőőjjéének ismerete:nek ismerete:

a. sa. sűűrrűűsséégg (vagy fajlagos t(vagy fajlagos téérfogat)rfogat)b. nyomb. nyomáássc. hc. hőőmméérsrséékletklet

a1. sa1. sűűrrűűsséégg (= a t(= a téérfogategysrfogategyséégben foglalt tgben foglalt töömeg)meg)

a2. fajlagos, vagy specifikus ta2. fajlagos, vagy specifikus téérfogatrfogat(= a s(= a sűűrrűűsséég g reciprokareciproka))

A sA sűűrrűűsséég g éés a fajlagos ts a fajlagos téérfogat kapcsolata:rfogat kapcsolata:

m

Vρ =

' 1 VV

mρ= =

' 1Vρ ⋅ =

3kg m− ⋅

1 3kg m− ⋅

b. nyomb. nyomááss (= a fel(= a felüületegysletegyséégre mergre merőőlegesen legesen éés s egyenletesen hategyenletesen hatóó nyomnyomóóererőő))

F p A= ⋅

Fp

A= 1 2

2

Nkg m s

m

− − → ⋅ ⋅

c. hc. hőőmméérsrséékletklet (= az anyagot alkot(= az anyagot alkotóó molekulmolekuláák k rendszertelen mozgrendszertelen mozgáást vst véégeznek, s ennek geznek, s ennek kinetikai energikinetikai energiáája arja aráányos a hnyos a hőőmméérsrsééklettel)klettel)abszolabszolúút ht hőőmméérsrséékletklet

A hA hőőmméérsrsééklet objektklet objektíív meghatv meghatáározrozáássáának nak kritkritéériumai:riumai:

�� Egy rendszer csaknem valamennyi paramEgy rendszer csaknem valamennyi paraméétere ftere füügg a gg a hhőőmméérsrsééklettklettőől;l;

�� Az egymAz egymáással ssal éérintkezrintkezőő rendszerek krendszerek köözzöötti tti hhőőmméérsrséékletklet--kküüllöönbsnbséégek egy idgek egy időő ututáán n kiegyenlkiegyenlííttőődnek dnek ⇒⇒ termikus egyenstermikus egyensúúlyly

�� ElElőőáállllííthatthatóók jk jóól reprodukl reprodukáálhatlhatóó hhőőmméérsrséékletek:kletek:(*) p = 1 (*) p = 1 atmatm; a tiszta j; a tiszta jéég g éés a vs a vííz keverz keveréékeke(**) p = 1 (**) p = 1 atmatm; a forr; a forráásban lsban léévvőő vvííz fz fööllöötti gtti gőőzz

AbszolAbszolúút ht hőőmméérsrséékleti skkleti skáála, vagy Kelvinla, vagy Kelvin--skskáála:la:

TT(K) = (K) = TT00 + + tt ((ººC);C); TT00 ≈≈ 273 = konstans273 = konstans

ÖÖsszefsszefüüggggéés a hs a háárom rom áállapotjelzllapotjelzőő kköözzöött, tt, az az ááltalltaláános gnos gáázegyenletzegyenlet

A gA gáázok zok áállapotjelzllapotjelzőői ki köözzöötti kapcsolatok felttti kapcsolatok feltáárráásasa

TTöökkééletes / ideletes / ideáális glis gáázok:zok:

•• parparáányi rnyi réészecskszecskéékbkbőől (molekull (molekuláákbkbóól) l) áállnak; mozgllnak; mozgáásuk suk egymegymááststóól fl füüggetlen, ggetlen, áállandllandóóan van vééletlenszerletlenszerűű; ;

•• a molekula molekuláák tk téérfogata elhanyagolhatrfogata elhanyagolhatóó a ga gááz z ááltal elfoglalt ltal elfoglalt ttéérfogathoz krfogathoz kéépest; pest;

•• a molekula molekuláák kk köözzöötti ertti erőőhathatáások elhanyagolhatsok elhanyagolhatóók; k;

•• a nyoma nyomáás annak tulajdons annak tulajdonííthatthatóó, hogy a g, hogy a gáázmolekulzmolekuláák a k a tarttartóóededéény falny faláához hoz üütktkööznek;znek;

pp��V = nV = n��RR��TT

p p == lléégnyomgnyomááss, , VV == valvalóódi tdi téérfogatrfogat, , nn == a ga gááz mz móólja*lja*, , TT == hhőőmméérsrséékletklet, , RR = = ggáázzáállandllandóó

R = 8R = 8,,314 J 314 J �� molmol--11 �� KK--11 , ha p [kPa], ha p [kPa], V, V [[LL]], , TT [[KK];];

R = 0R = 0,,0821 0821 ��L L ��atmatm �� molmol--11 �� KK--11 , ha p [, ha p [atmatm]], V, V [[LL]], , TT [[KK];];

A gA gááztztöörvrvéény tny töökkééletes gletes gáázokra:zokra:

*Egy*Egy mmóóll bbáármely anyagbrmely anyagbóól az a l az a mennyismennyiséégg, amely ugyanannyi , amely ugyanannyi elemi egyselemi egyséégetget tartalmaz, mint ahtartalmaz, mint aháány ny atomatom van 0,012 van 0,012 kgkg CC1212--ben. ben. Az anyagmennyisAz anyagmennyisééget mget móólokban fejezzlokban fejezzüük ki.k ki.1 m1 móól anyagban l anyagban ≈≈ 6,0226,022⋅⋅10102323 db rdb réészecske van (= szecske van (= AvogadroAvogadro--szszáámm).).

[R = f (a l[R = f (a léégnyomgnyomáás egyss egyséége, ge, hhőőmméérsrséékletklet, , fajlagos tfajlagos téérfogat)]rfogat)]..

A gA gááztztöörvrvéényny

1 1 molmol ttöömegmegűű ggááz esetz esetéén:n:

p = nyomp = nyomáás;s;

VVmm== molmolááris tris téérfogat (egy mrfogat (egy móól mennyisl mennyisééggűű ggááz tz téérfogata);rfogata);

T = hT = hőőmméérsrsééklet;klet;

N (N (AvogadroAvogadro szszáám = egy mm = egy móól anyagmennyisl anyagmennyiséégnek megfelelgnek megfelelőőrréészecskeszszecskeszáám) = 6,022m) = 6,022⋅⋅10102323 elemi egyselemi egyséég; g;

k (k (BoltzmannBoltzmann--áállandllandóó) = 1,3806505) = 1,3806505⋅⋅1010--2323 JJ⋅⋅KK--11; ;

NN⋅⋅kk = R* = R* áállandllandóó;;R* = 8314,41 JR* = 8314,41 J⋅⋅kmolkmol--11⋅⋅KK--11; ; univerzuniverzáális glis gáázzáállandllandóó;;

mp V N k T⋅ = ⋅ ⋅

A gA gááztztöörvrvéényny

egysegyséégnyignyi ttöömegmegűű ggááz esetz esetéén:n:

M = molM = molááris tris töömeg (egy mmeg (egy móól kl kéémiai elem, vagy kmiai elem, vagy kéémiai vegymiai vegyüület let ttöömege); mege);

HasznHasznááljunk molljunk molááris tris téérfogat helyett fajlagos trfogat helyett fajlagos téérfogatot: rfogatot:

az adott gaz adott gáázra jellemzzra jellemzőő specifikus gspecifikus gáázzáállandllandóó;;

*mV Rp TM M⋅ = ⋅

mV vM

=

RM

R=

*

p v R T⋅ = ⋅

GayGay--LussacLussac ttöörvrvéénye (1802)nye (1802)::

áállandllandóó nyomnyomááson (tson (téérfogaton) a trfogaton) a töökkééletes gletes gáázok zok ttéérfogata (nyomrfogata (nyomáása) linesa) lineáárisan vrisan vááltozik a ltozik a hhőőmméérsrsééklettel: klettel:

0( ) (1 )V t V tα= ⋅ + ⋅ 0( ) (1 )p t p tα= ⋅ + ⋅

áállandllandóó nyomnyomááss VV // T = T = kkonstanonstanss

áállandllandóó ttéérfogatrfogat p p // T = T = kkonstanonstanss

BoyleBoyle (1664) (1664) –– MariotteMariotte (1676) t(1676) töörvrvéényenye::

áállandllandóó hhőőmméérsrséékleten a tkleten a töökkééletes gletes gááz nyomz nyomáása sa fordfordíítottan artottan aráányos annak fajlagos tnyos annak fajlagos téérfogatrfogatáávalval

1 1 2 2p V p V állandó⋅ = ⋅ =

áállandllandóó hhőőmméérsrséékletklet p p �� VV = = kkonstanonstanss

BoyleBoyle –– MariotteMariotte –– GayGay--LussacLussac ttöörvrvéényenye::

Ha Ha tt ººC hC hőőmméérsrséékleten kleten valamely tvalamely töökkééletes gletes gááz adott z adott mennyismennyisééggéének nyomnek nyomáása sa pp, fajlagos t, fajlagos téérfogata rfogata VV, , akkor akkor

ahol ahol a ga gááz anyagi minz anyagi minőőssééggééttőől l

ffüüggetlen ggetlen áállandllandóó (t(téérfogati rfogati hhőőttáágulguláásisi egyegyüütthattthatóó). ).

0 0 (1 )p V p V tα⋅ = ⋅ ⋅ + ⋅

1

273,16α =

FejezzFejezzüük ki a fajlagos tk ki a fajlagos téérfogatot a grfogatot a gááz z ρρ ssűűrrűűssééggéével:vel:

s tekintss tekintsüük a k a abszolabszolúút ht hőőmméérsrséékletet.kletet.

Innen a fentieket behelyettesInnen a fentieket behelyettesíítve a egyenlettve a egyenletéébe, a be, a

kköövetkezvetkezőőt kapjuk: t kapjuk:

1V

ρ=

273,16T t= +

00

1V

ρ=

p V⋅

0

0 273,16

pp T

ρ ρ= ⋅

A fenti egyenletben a A fenti egyenletben a konstans az adott konstans az adott

ggáázra nzra néézve zve áállandllandóó szszáám.m.

Neve: az adott gNeve: az adott gáázra jellemzzra jellemzőő, , sspecifikus gpecifikus gáázzáállandllandóó; ;

Jele: RJele: R

Innen a fajlagos tInnen a fajlagos téérfogat rfogat éés a ss a sűűrrűűsséég kg köözzöötti tti öösszefsszefüüggggéés s

alapjalapjáán:n:

0

0 273,16

p

ρ ⋅

0 0

273,16

p VR

⋅=

Most helyettesMost helyettesíítstsüük be a gk be a gáázzáállandllandóó éértrtéékkéét, s vt, s véégeredmgeredméénynyüül az l az ááltalltaláános gnos gáázegyenletzegyenletre a kre a köövetkezvetkezőő kkéét egyenletet kapjuk:t egyenletet kapjuk:

Az Az ááltalltaláános gnos gáázegyenletzegyenlet tehteháát a tt a töömegegysmegegyséégnyi (1 gnyi (1 molmol) g) gááz z ttéérfogata (V), nyomrfogata (V), nyomáása (p) sa (p) éés hs hőőmméérsrsééklete (T) kklete (T) köözzöötti tti öösszefsszefüüggggéés. s.

SzobahSzobahőőmméérsrsééklet klet éés 1 s 1 atmatm lléégkgkööri nyomri nyomáás mellett s mellett jjóó kköözelzelííttééssel ssel éérvrvéényes a nehezen cseppfolynyes a nehezen cseppfolyóóssííthatthatóó ggáázokrazokra (az oxig(az oxigéénre, a nre, a nitrognitrogéénre, nre, a levega levegőőrere, a hidrog, a hidrogéénre, a hnre, a hééliumra, stb.). liumra, stb.).

p R Tρ= ⋅ ⋅→pR T

ρ= ⋅

p V R T⋅ = ⋅

ÁÁtlagos htlagos hőőmméérsrsééklet, lklet, léégnyomgnyomáás s éés ss sűűrrűűsséégg, , φφ=15=15 ººNN

5,155,15··1010--77--82,482,40,000290,00029100100

3,383,38··1010--66--96,196,10,00170,00179090

2,092,09··1010--55--88,488,40,0110,0118080

9,219,21··1010--55--54,354,30,0580,0587070

3,293,29··1010--44--20,020,00,240,246060

1,101,10··1010--33--3,03,00,850,855050

4,184,18··1010--33--19,219,23,03,04040

1,831,83··1010--22--40,940,912,212,23030

9,529,52··1010--22--66,466,456,056,02020

4,204,20··1010--11--36,236,2285,0285,01010

7,207,20··1010--11--2,52,5559,0559,055

1,171,1729,429,41013,01013,000

ssűűrrűűsséég (kgmg (kgm--33))hhőőmméérsrsééklet (klet (ººC)C)lléégnyomgnyomáás (hPa)s (hPa)magassmagassáág (km)g (km)

Mára befejeztük, jó éjszakát!