Meteoroloogia ja klimatoloogia (0)

Meteoroloogia

Sissejuhatus

Hetke seisuga on Eestis 99 vaatlusjaama seal-hulgas 23 meteoroloogilist automaatjaama.
Meteoroloogia - on teadus, mis uurib atmosfääris toimuvaid protsesse.
Atmosfäär – on Maad ümbritseb gaasikiht.
Ilm – atmosfääri seisund maapinna lähedal ja ka kõrgemates kihtides.
Kliima – on antud kohale iseloomulik paljuaastane ilmade režiim, mis on tingitud päikesekiirguse muundumisest maapinna tegevkihis ning sellega seotud atmosfääri ja ookeanide tsirkulatsioonist.
Ilmaennustusi tellivad põllumajanduse, energeetika , transpordi, tursimi, ehituse ja sõjandusega seotud firmad/isikud.
Meteoroologia on seotud tugevasti füüsikaga (soojusõpetus, elektromagnetlained , aine ehitus), geofüüsikaga, merefüüsikaga, okeanoloogia ja hüdroloogiaga.
Uurimismeetoditeks on : vaatlus -eksperiment, modelleerimine , statistiline analüüs, füüsikalis-matemaatiline analüüs, kaartide kasutamine (sünoptiliste ja klimatoloogiliste).
Atmosfääriprotsesside iseärasused: atmosfäär on ruumiliselt mittehomogeenne ja ajas muutlik, veeauru olemasolu õhus, protsessid on sageli globaalsed ja mastaabid on väga erinevad.
Meteoroloogilisteks suurusteks (elementideks) on: õhutemperatuur, õhu rõhk, õhu niiskus, tuule suund ja kiirus.
Nähtused atmosfääris: virmalised , udu, äike, jäide, tuisk , kaste, härm.
Meteoroloogilised vaatlused – meteoroloogiliste suuruste mõõtmine ja hinnang.
Meteovõrk – koosneb observatooriumitest, jaamadest ja vaatlus punktidest.
Vaatluste tähtsaim tingimus – sünkroonsus, nende kestvus ja pidevus.
Meteojaamas teostatakse mõõtmised iga 3 tunni järel Greenwichi aja järgi, siis mõõdetakse: õhu temperatuur 2m kõrgusel, õhu rõhk, õhu niiskus (veeauru osarõhk ja suhteline niiskus), tuul 10-12m kõrgusel (kiirus ja suund), pilvisus (hulk, liigid, alumise piiri kõrgus, liikumise kiirus ja suund), sademed (hulk, liik), maapealsete sademete olemasolu ja liik, horisontaalne nähtavus, päikesepaiste kestus, maapinna temperatuur ja pinnase temperatuurid erinevatel sügavustel, mulla pinna seisund, lume paksus ja tihedus, aurumine , erilised ilmanähtused.

Atmosfäär

Atmosfäär on Maa gaasiline ümbris. Atmosfäär kujutab endast gaaside mehhaanilist segu, erinevatel koostisosadel on erinev tekkemehhanism ja vanus. Atmosfääri alumiseks piiriks on maismaa või merepind ehk aluspind , ülemist piiri on aga raske hinnata.
Atmosfääri olemasolu kohta otsustatakse õhu tiheduse järgi (Maapinnal on tihedus ρ= 1,24 – 1,30kg/m3). Alates kõrgustest 60-70tuhat km läheb tihedus ühtlaselt üle planeetidevahelise ruumi tiheduseks (10-21kg/m3). Sellisel kõrgusel on molekulide vaba tee pikkused tuhanded kilomeetrid. Satelliitide ja sondide lennud näitavad, et atmosfäär ulatub kuni 3000km-ni (Väga levinud kõrguse väärtus on 1000km).
Atmosfäär ei ole ideaalne sfäär, ta on Päikesele vastassuunas välja venitatud. Arvatakse, et see väljasopistus kujutab endast lämmastiku ja hapniku kogumit. Maa „ gaasilise saba“ pikkus on ligikaudu 120*106m. Maa atmosfäär on pöördellipsoid, mille pikem pooltelg 1,2korda suurem kui lühem.
Maa atmosfääri mass on 5,27*1018kg. Soojal poolaastal 1010kg võrra suurem kui külmal poolaastal (bioloogilised protsessid aktiviseeruvad). Atmosfääri mass jaotub sesoonselt ümber: jaanuarist juulini läheb ligikaudu 4*1015kg õhku põhjapoolkeralt lõunapoolkerale, teisel poolaastal mussoonsete troopiliste tuultega ligikaudu 0,078% atmosfääri massist viiakse tagasi põhjapoolkerale. Atmosfääri mass on kõrguslikult ebaühtlaselt jaotunud: 50% on alumises 5km kihis, 75% kuni 10km-ni, 90% kuni 16km-ni, 95% kuni 20km-ni ja 99% kuni 30km-ni.
Olulisimad atmosfääri füüsikalise oleku karakteristikud on: tihedus, rõhk, temperatuur, õhuniiskus, tahkete ja vedelate osakeste hulk. Kõik need elemendid muutuvad nii vertikaalselt kui ka horisontaalselt , kusjuures eriti suured muutused on just vertikaalselt.
Atmosfäär jaguneb kontsentrilisteks sfäärideks, mis on eraldatud kitsaste üleminekuvöönditega. Atmosfääri kihid erinevad keemilise koostise poolest, mis omakorda põhjustab temperatuuri variatsioone.
Tunnus
Kihi nimetus
Ülemise ja alumise piiri keskmine kõrgus (km)
Temperatuuri vertikaalne jaotus
Troposfäär
Stratosfäär
Mesosfäär
Termosfäär
Eksosfäär
0-11
11-50
50-90
90-450
üle 450
Atmosfäärirõhu gaasiline koostis
Homosfäär
Heterosfäär
0-95
üle 95
Ioonide kontsentratsioon
Atmosfäär
Ionosfäär
0-50 (60)
üle 50 (60)
Vastasmõju aluspinnaga
Maalähedane kiht (hõõrdekiht)
Vaba atmosfäär
0 – 1 (1,5)
üle 1,0 (1,5)

Troposfäär

Troposfäär on Maale lähim atmosfääri kiht ja sisaldab protsentuaalselt kõige suurema massi atmosfäärist.
Teda iseloomustatakse õhu tihedusega, keskmine temperatuurigradient on 6oC/km.
Troposfääris kahanevad temperatuurid ja veeauru hulk väga kiiresti. Oluline osa veeaurul, sest 99% planeedi veeaurust on troposfääris. Veeauru kontsentratsioonid muutuvad laiusega: on suurimad troopikas (kuni 4,5%) ja vähenevad pooluste suunas.
Kõik ilmastikunähtused toimuvad troposfääris, ehkki turbolents võib tungida stratosfääri alaossa. Troposfäär tähendab segunemise piirkonda ja on nõnda nimetatud konvektiivsete õhuvoolude tõttu.
Kihi ülapiir ulatub 8km-ni suurtel laiustel ja 18km-ni ekvaatoril. See kõrgus muutub sesoonselt: kõrgeim suvel ja madalaim talvel.

Tropopaus – konstantse temperatuuriga kiht – eraldab troposfääri stratosfäärist.

Stratosfäär

Stratosfäär: 10-50km. Õhu temperatuur on peaaegu konstantne kuni 20km-ni. Siis tõuseb kuni stratopausi alapiirini. Kuna temperatuur kõrgusega kasvab, siis stratosfääris ei esine konvektsiooni (õhu püstsuunalist liikumist). Kiht on stabiilne.
Osoon mängib stratosfääri termilise režiimi kujunemisel peaosa , kuna veeauru kontsentratsioon on väga madal. Temperatuur kasvab koos osooni kontsentratsiooni kasvuga. Päikeseenergia viiakse kineetiliseks energiaks, kui osooni molekulid neelavad ultraviolettkiigust, mis põhjustab stratosfääri soojenemise.
Osoonikiht paikneb põhiosas 20-30km, Umbes 90% atmosfääri osoonist on stratosfääris. Osooni kontsentratsioon on seal umbes 10ppmv võrreldes 0,04 ppmv troposfääris. Osoon neelab enamuse kiirgusest lainepikkuste vahemikus 290-320nm. Meteoroloogilised tingimused mõjutavad oluliselt osooni jaotust. Enamus osoonist tekib ja laguneb troopilises ülemises stratosfääris, kus on ka suurimad UV hulgad. Dissotsiatsioon (osooni molekulide lagunemine ) leiab aset stratosfääri alumises osas ja suurematel laiustel kui teke.

Stratopaus – eraldab stratosfääri mesosfäärist.

Mesosfäär

Mesosfäär: ulatub 50-80km-ni, seda kihti iseloomustab kõrgusega kahanev temperatuur. 80km kõrgusel võib ulatuda vaid 190-180K ehk (-93oC kuni -83oC).
Selles piirkonnas sisuliselt pole osooni ja veeauru. Seega on temperatuur madalam kui troposfääris ja stratosfääris.
Maast kaugenemisel muutub õhu keemiline koostis sõltuvaks kõrgusest ja atmosfäär muutub kergemate gaasidega rikastatuks.
Väga suurtel kõrgustel hakkavad lisandgaasid kihistuma vastavalt molekuli massile – gravitasioonilise separatsiooni tõttu.

Termosfäär

Temperatuur termosfääris kasvab kõrgusega ja võib ulatuda 1000 kuni 1500K (727oC kuni 1227oC). See temperatuuri tõus on tingitud sellest, et mõned järelejäänud hapniku molekulid neelavad intensiivselt päikesekiirgust.
100-200km kõrgusel on peamisteks gaasideks veel lämmastik ja hapnik. Molekulide vaba tee pikkused selles piirakonnas on väga suured (10km-d, kuid Maa lähedal 10-8m).

Eksosfäär

Eksosfäär on üleminekukiht Maa atmosfääri ja planeetidevahelise ruumi vahel. Tema ülapiir võib ulatuda 960-1000km-ni.

Ionosfäär

Alumises troposfääris on ioonipaaride arv väike: 500-700 paari/cm3. [Troposfääris praktiliselt vabu elektrone pole (Ne=0)]. 60-70km kõrgusel esimene oluliselt laetud kiht: D kihi alaosa, kus vabade elektronide kontsentratsioon on Ne=108/m3.
Kõrgus
Laetud kiht
Vabade elektronide arv
60-70km
D kihi alaosa
Ne=108/m3
80km (öösel 90km)
D kihi ülaosa
Ne=109/m3
100km
E kiht
Ne=1,5* 1011 /m3
240km
F kiht
Ne=4*1011/m3
320km
Ne=16*1011/m3
F-kiht säilib ka öisel ajal, aga nõrgeneb. Ülespoole elektronide kontsentratsioon väheneb. Ka ionosfääris on elektronide ja positiivsete ioonide kontsentratsioon kõikjal väiksem neutraalsete aatomite omast (320km kõrgusel on näiteks 1/120).

Atmosfääri koostis

Meteoroloogias vaadeltakse atmosfääriõhku koosnevat kolmest komponendist : puhas ja kuiv õhk, veeaur, õhus hõljuvad vedelad ja tahked osakesed.
Atmosfääri gaaside kriitilised temperatuurid (v.a veeaur ja CO2) on tunduvalt madalamad kui need, mida täheldatakse atmosfääris. Süsihappegaasi kriitiline temperatuur on küll saavutatav, kuid süsihappegaasi partsiaalrõhk on väike. See kõik kindlustab, et kuiv õhk käituks gaasina, mis oma omadustelt on lähedane ideaalsele gaasile.
Kõige olulisema bioloogilise ja geofüüsikalise rolliga on lämmastik, hapnik, veeaur, süsihappegaas ja osoon.
Lämmastik – on atmosfääriõhu põhiline koostisosa, ta osaleb valkude koosseisus ja igas taimes /loomas.

Hapnik

Hapnik: on maakeral levinuim keemiline element. Atmosfääriõhus on teda 23,2% massi järgi. Ta kuulub vee, erinevate mineraalide, kivimite, taimede ja loomade koostisse. Peamine tekkehallikas on fotosünteesi protsess. Taimed annavad iga aasta 3*1010km hapnikku, mis on 0,015% kogu tema sisaldusest atmosfääris.
Kaasaegses atmosfääris on hapnikusisaldus suhteliselt stabiilne Suhtelisus on seotud sellega, et hapnikku kuub põlemisprotsessides, viimaste hulk on aga tänapäeval tohutult kasvanud. Kogu inimese eksisteerimisajast kuni 1979. aastani on vaba hapniku hulk vähenenud 0,0182% kusjuures 0,0164% viimase 50 aasta jooksul.
Kulutatud hapnik läheb seotud vormi, kas siis süsihappegaasiks või veeauruks. See on lisanud atmosfääri 288*1012kg veeauru ja kasvatanud veeauru sisaldust 12% võrra.
Tegelikult ei ole siiski suuremat atmosfääri keemilise koostise muutumist oodata. Maa atmosfäär praktiliselt ei hoia soojust planeedi pinnal. Aga tühine hulk selliseid aineid nagu veeaur, süsihappegaas ja osoon soodustavad tema temperatuuri kasvu.

Veeaur

Veeaur: satub atmosfääri merede ja ookeanide, maismaaveekogude, mulla ja taimede pinnalt aurudes. Ookeanide kohal on veeauru sisaldus alati suurem kui maismaa kohal. Iga aasta aurub ligikaudu 577*103 km3 vett, kusjuures ligikaudu 86% sellest kogusest merede ja ookeanide pinnalt.
Atmosfääris on keskmiselt 14*103 km3 vett.See hulk kõigub maapinna lähedal sõltuvalt aluspinna iseloomust ja temperatuurist. 0,01 kuni 4.0% ruumala järgi. Mida rohkem on veeauru, seda protsentuaalselt vähem on konstantseid gaase samal rõhul ja temperatuuril.
Mida kõrgem temperatuur, seda suurem on veeauru absoluutne sisaldus õhus tänu suuremale autumisele. Aastaajaliselt on veeautu kõige enam kõige soojemal kuul, minimaalselt kõige külmemal.
Veeauru hulk kahaneb kõrgusega väga kiirest. Veeauru tihedus on 2x väiksem juba 1,5-2km juures (õhu puhul alles 5-6km kõrgusel). 5-6km on 10x vähem veeauru ja 10-15km on 100x vähem veeauru kui maapinnal. Seega enamik veeaurust paikneb alumises 2-3km kihis, allikast kaugenedes veeauru hulk väheneb. Ka mandrite siseosade kohal on veeauru sisaldus väiksem. Kõige enam on veeauru troopilise ookeani kohal, sealt ta liigubki pooluste suunas.
Atmosfääris võib toimuda veeauru küllastumine – küllastunud olek saavutatakse tavaliselt õhutemperatuuri langemisel . Kui seisund on saavutatud, siis edasisel temperatuuri langemisel osa veeaurusst kondenseerub. Õhku tekivad veepiisad või jääkristallid, millest tekivad pilved , udu. Pilved võivad jälle aurustuda, teisel juhul kui pilvepiisad kasvavad veelgi, võivad nad sadada vihma või lumena alla. Seega veeauru hulk atmosfääris kogu aeg muutub.
Vesi võib olla atmosfääris kõigis kolmes oma faasis. Vee faasiüleminekute (varjatud) energiavahetus mängib suurt rolli Maa energiabilansis. Veeaur on kiirguslikult aktiivne komponent . Neelab ligikaudu 60% Maa pikalainelisest kiirgusest, sest neelab peaaegu täielikult pikemad lained kui 20µm. On kõige olulisem kasvuhoonegaas ja suleb veeringe.

Süsihappegaas

Süsihappegaasi hulk atmosfääris kõigeb 0,02%-0,04% piires. On värvitu gaas , õhus peaaegu 1,5korda raskem. CO2 hulk atmosfääris kasvab, tekib orgaaniliste ainete oksüdeerumisel, kütuste põlemisel, hingamisel jne. Teda tuleb veel maalõhedest ja vulkaanipurestel. Taimed tarvitavad teda fotosünteesil. Ookean neelab suure hulga CO2. Süsihappegaasi jaotus ei ole ühtlane. CO2 hulk on viimase 600miljoni aasta jooksul kahanenud, on olnud aegu, kui teda oli sama palju kui praegu, aga on ka 15korda rohkem olnud.
Süsihappegaas on kiirguslikult aktiivne. Neelab 12,9-17,1µm lainepikkusi. Peab kinni 18% kogu soojuskiirgusest.

Osoon

Osoon tekib UV lagundava toime mõjul. Vertikaalne ja horisontaalne jaotus atmosfääris on väga keerulised ja muutlikud.
Enamus temast tekib troopika kohal 30opõhja-laiust kuni 30o lõuna-laiust.
Osoon on kiirguslikult aktiivne ja kaitseb meid päikese kiirguse eest.
Osooniauguks nimetatakse piirkonda kus koguosooni paksus on alla 220DU ( Antarktikas ) ja alla 300DU (Arktikas).

Soojus, kiirgus

Energia – füüsikaline suurus, mis kirjeldab keha või jõu võimet teha tööd.
Potentsiaalne energia – Võime teha töd on tingitud keha asendist teiste kehade suhtes.
Kineetiline energia – Võime teha tööd on tingitud keha liikumisest teiste kehade suhtes.
Temperatuur – on füüsikaline suurus, mis iseloomustab keha või süsteemi soojustaset. Soojematel kehadel on kõrgem temperatuur.
Absoluutne null – on teoreetiline temperatuur, kus entroopia saavutab minimaalse väärtuse. Termodünaamika kolmanda seaduse järgi on 0K. Selles olekus peaks aatomite ja molekulide liikuvus olema madalaim, mis olla saab.
Erisoojus – on soojushulk, mis on vajalik ühikulise massiga ainekoguse temperatuuri tõstmiseks ühe temperatuuri ühiku võrra.
Soojusmahtuvus – Keha soojusmahtuvus näitab, kui suur soojushulk tuleb sellele kehale anda, et tõsta tema temperatuuri ühe kraadi võrra.
Soojusjuhtivus – on nähtus, kus soojusenergia kandub ühelt kehalt teisele (kuumemalt külmemale).
Konvektsioon – on suurte ainehulkade liikumisega kaasnev soojuse levimine vedelikus või gaasis, tekib raskusjõu toimel.
Advektsioon – on õhu horisontaalne ümberpaigutumine atmosfääris.
Absoluutselt must keha – on keha, mille neelamisvõime on 1 (neelab kogu langenud valguse).
Albeedo – on mingi pinna valguse peegeldumise näitaj. Kujutab endast suhet pinnalt peegeldunud ja pealelangeva valguse vahel.
Päikesetuul – madala tihedusega laetud osakeste vool (enamasti elektronid ja prootonid ), mida Päike välja paiskab. Liigub umbes 450km/sek läbi Päikesesüsteemi.
Varjatud ( latentne ) soojus on seotud aine üleminekuga ühest olekust (faasist) teise.
Gaas kondenseerub vedelikuks aurustub gaasiks.
Gaas depositsiooneerub tahkeks kehaks sublimeerub gaasiks.
Vedelik tahkub tahkeks kehaks sulab vedelikuks.
Veel (H2O) on väga suured latentsed soojused, aurustumissoojus/kondensatsioonisoojus on 600cal/g = 2500J/g. Sulamissoojus/tahkumissoojus on 80cal/g = 335J/g.
Elektromagnetlaine liigub valguse kiirusega (300000km/s)

Kiirgusseadused

Stefan-Boltzmanni seadus – mida kõrgem on keha temperatuur, seda enam energiat keha kiirgab.
Wien’i nihkeseadus – lainepikkus, millel keha kiirgab maksimaalselt, on pöördvõrdeline tema temperatuuriga.
Kirchoffi seadus – Neil lainepikkustel, kus kehad neelavad kiirgust hästi, nad ka kiirgavad hästi (kehtib täpselt vaid gaaside kohta).
Solaarkonstant (kõige olulisem Maa kliima seisukohalt) – on päikesekiirguse võimsus atmosfääri ülapiiril (väljaspool atmosfääri), ristiasetsevale ühikpinnale. Maa ja Päikese keskmisel kaugusel (1aü) on So = 1363 kuni 1372W/m2.
Kosmiline kiirgus on 0,01W/m2. Fossiilsed kütused ja tuumaenergia 0,02W/m2. Geotermiline energia 0,06W/m2. Vajalik energia, et ookeani temperatuuri tõsta 0,3K/sajandis on 0,2W/m2. Vajalik energia, et 1000 aastaga sulatada jääkilbid täielikult 0,6W/m2.

Atmosfääri kasvuhooneefekt

Veeaur kui ka süsihappegaas on tugevad neelajad infrapunases ja nõrgad päikesekiirguse neelajad. Nad neelavad Maalt lahkuvat infrapunakiirgust ja soojendavad sellega alumist atmosfääri. Lisaks sellele kiirgavad nad infrapunakiirgust. See kiirgus levib kõikides suundades, osa sellest kiiratakse ka Maa suunas ja neeldub seal, soojendades sedasi maapinda.
Maa kiirgab omakorda infrapunakiirgust ülessuunas, kus see neeldub ja soojendab alumist atmosfääri.
Veeaur, CO2 ning teised kiirguslikult aktiivsed lisandgaasid neelavad ja kiirgavad infrapunakiirgust ning toimivad kui isoleeriv kiht maapinna lähedal, hoides sedasi ära osa infrapunakiirguse lahkumise ilmaruumi.
Järelikult on maapind ja alumine atmosfäär palju soojemad, kui nad oleksid ilma nende selektiivselt neelavate gaaside olemasoluta. Ilma kiirguslikult aktiivsete gaasideta oleks Maa keskmine kiirgusliku tasakaalu temperatuur -18oC, seega 33oC madalam kui praegu.
Kasvuhoone efekti atmosfääris soovitatakse nimetada atmosfääri kasvuhooneefektiks, sest tegelikult ei takista kasvuhoone klaas lahkuvat infrapunast kiirgust. Kasvuhoones on soe pigem sellepärast, et õhk ei suuda tsirkuleerida ja seguneda jahedama välisõhuga. Atmosfääri kasvuhooneefekt toimib aga põhimõttel, et valguskiirgus pääseb atmosfääri gaasidest läbi, aga Maalt tagasi peegelduv infrapunakiirgus atmosfääris olevatest aktiivsetest gaasidest läbi ei pääs, mis tõttu temperatuur kasvab.
Globaalse pinnalähedase õhutemperatuuri tõus 100 aasta jooksul on 0,75±0,18oC (5-95% määramatusega). Määramatus on põhjustatud: vaatluste puudusest hõredalt asustatud piirkondades, vaatlusmeetodite muutumisest ajas ja linnastumisest.

Magnetväli

Maa magnetväli on sarnane varda magnetväljale. Virmaliste vöö, näitab mitmel ööl aastas on tõenäoline näha virmalisi.

Temperatuuri aastane ja ööpäevane käik

Periheel – ümber Päikese tiirleva taevakeha orbiidi punkt, mis asub Päikese massikeskmele kõige lähemal. Maa on periheelis jaanuaris (147 500 000km).
Afeel – ümber Päikese tiirleva taevakeha orbiidi punkt, mis asub Päikese massikeskmele kõige kaugemal. Maa on afeelis Juulis (152 500 000)
Suvine päikeseseisak – ehk suvene pööripäev on päev, millal on põhjapoolkeral pikim päev ja lühim öö ja lõunapoolkeral vastupidi.
Talvine päikeseseisak – ehk talvine pööripäev on päev, millal on põhjapoolkeral pikim öö ja lühim päev ja lõunapoolkeral vastupidi.
Sügisene, kevadine võrdpäevsus – on päev millal, on kogu Maal päev ja öö sama pikad – 12tundi. Päike asub siis seniidis ekvaatori kohal. See on astronoomilise sügise/kevade algus.
Isoterm – samatemperatuuri joon kliimakaardil või graafikul, ühendab ühesuguse õhutemperatuuriga punkte.
Tajutav temperatuur – selle puhul võetakse arvesse tuule kiirust, õhu niiskust ja temperatuuri.
Tuuletemperatuur – selle puhul võetakse arvesse tuule kiirust ja temperatuuri.
Hüpotermia – ehk alajahtumine on olukord kus keha ületab alumise temperatuuri piiri.
Vedeliktermomeeter – koosne vedeliku reservuaarist ja selle küljes olevast ühtlase siseläbimõõduga kapilaartorust. Töötab aine paisumise tõttu temperatuuri muutudes.
Termograaf – on õhutemperatuuri pidevaks ja automaatseks registreerimiseks mõeldud seade.
Insolatsioon – on Päikese kiirgusvoog horisontaalpinnale.
Takistustermomeetrid: metallist või pooljuhist (termistorid) – ainete juhtivusomadused sõltuvad nende temperatuurist. Metallides kasvab takistus temperatuuri tõustes ja peaaegu et lineaarselt. Pooljuhtide takistus väheneb temperatuuri tõustes (mittelineaarselt). Termopaar – koosneb kahest eri metallist juhtmest, mis on kokku joodetud. Temperatuurimuutused ühenduses initsieerivad elektromootrjõu nende otste vahel. Selle elektromootorjõu suurus sõltub temperatuurist.
Bimetalltermomeetrid : põhinevad metallide erineval soojuspaisumisel . Kaks metallriba on kokku ühendatud, kui seda kooslust soojendada , siis see paindub , sest eri metallid paisuvad erinevalt. Temperatuuri mõõdetakse selle mehaanilise pinge järgi. On samuti kompaktsed mõõduriistad ja ei nõua elektrit.

Vesi atmosfääris

Sublimatsioon (depositsioon) – Jää läheb üle veeauruks, jättes vahele vedela vee oleku. (Depositsioon on vastassuunaline protsess).
Aurumine ( kondensatsioon ) – Vedeliku üleminek auruks. (kondensatsioon on vastupidine protsess).
Kondensatsioonituumad – on vedeliku või tahke keha väike osake atmosfääris, mille pinnale kondenseerub veeaur väikeste veetilkade või jääkristallidena.
Hüdroloogiline tsükkel – veeringe Maa pindmiste sfääride (litosfäär, hüdrosfäär ja atmosfäär) vahel.
Transpiratsioon – ehk taimaurumine on vee auramise protsess taimedelt, peamiselt lehtedelt.
Niiskus – on vee sisaldus aines.
Absoluutne niiskus – ühes kuupmeetris niiskes õhus sisalduv vee mass.
Eriniiskus – on antud ruumalas 1kg gaasis sisalduv veeaurukogus grammides.
Daltoni seadus osarõhust – ütleb, et gaaside segus on segu kogurõhk võrdne segus olevate erinevate gaaside osarõhkude summaga .
Küllastatud auru rõhk – on rõhk, millel vedelik antud temperatuuril aurustub.
Suhteline niiskus – ehk relatiivne õhuniiskus on õhus leiduva veeauru koguse ja selles õhuosas samadel füüsikalistel tingimustel maksimaalselt sisalduda võiva veeauru koguse suhe.
Molekulmass – on arv, mis näitab mitu korda on ühe molekuli mass suurem kui aatommassiühik.
Kastepunkt – on temperatuur, milleni konstantse õhurõhu ja niiskusesisalduse juures peab õhku jahutama, et õhk küllastuks veeauruga.
Härmapunkt – on temperatuur, milleni tuleb õhku jahutada, et tekiks küllastus jää suhtes, õhurõhku ja segusuhet muutmata.
Psühromeeter – koosneb kahest termomeetrist, millest ühe mõõtlekolb hoitakse märjana. Niiskuse väärtus määratakse termomeetrite näitude erinevuse põhjal.
Lingpsühromeeter – õhuniiskuse mõõtmiseks on vaja ühes käes termomeetrit ringi keerutada.
Aspiratsioonpsühromeeter – on kompaktne õhuniiskuse mõõteseade, mis ei vaja onni. Töötamisel imetakse õhku aspiraatorisse läbi torude, milles paiknevad termomeetrid , ühte (parempoolset) termomeetrit niisutatakse ja termomeetrite näitude järgi arvutatakse õhuniiskus.
Hügromeeter – on seade suhtelise õhuniiskuse mõõtmiseks.
Juushügromeeter – on rasvavabaks töödeldud inimese juus. Suhtelist õhuniiskust mõõdetakse karva pikkuse järgi.
Maa on ainuke päikesesüsteemi planeet, kus vesi on kõigis kolmes olekus. Enamus veest, mis on Maa ajaloo jooksul vulkaanidest pursatud on kuhugi kadunud (99%). Väga väike osa veest on atmosfääris 0,001%, ookeanides 97%, jääs 2,4%, põhjavees 0,6%, järvedes ja jõgedes 0,02%.
Vee hulk muutub kõrguse, asukoha kui ka temperatuuriga seoses. Ta võib olla atmosfääris kõigis kolmes faasis. Kondensatsiooni ja aurustumisega on seotud väga suured latentse energia vood, mis on olulised atmosfääri enetrgiatranspordis ja on atmosfääri dünaamika käivitajad. Veeauru profiil määrab temperatuuri profiili atmosfääris. Vihm on oluline atmosfäärisaaste väljapesi ja veeaur on olulisim kasvuhoonegaas.
Küllastatud veeauru rõhk kasvab temperatuuriga. Ühel ja samal temperatuuril on vee kohal küllastatud veeauru rõhk suurem kui jää kohal.
Kõige niiskem on troopikas, sest seal on soe. Järelikult mida jahedam on ilm, seda kuivem on õhk.

Kondensatsiooninähtused maapinna lähedal

Kaste – on õhust temperatuuri langemisel ja veeauru kondenseerumisel maapinale ja esemeile sadestunud veepiisakesed.
Hall – valge kristalliline sade, mis tekib õhus oleva veeauru sublimatsiooni tagajärjel, kui öösel aluspinna temperatuur langeb alla 0oC.
Härm – on valge/lumetaoline sade esemetel, mis tekib udu ehk väga peenikeste veepiiskade külmumisel. Teraline härmatis on lumetaoline sade (amorfse ehitusega), mis tekib tuulise ilmaga. Kristalliline härmatis on valge sade esemetel, mis koosneb jääkristallidest ja tekib tuulevaikse ilmaga.
Udu – õhus hõljuvate väga peenikeste veepiiskade kogum, mis sumestab õhku ja muudab selle valkjaks. Nähtavus horisontaalsuunas on alla 1km.
Kondensatsioonituumade ja pilveosakeste karakteristlikud suurused ja kontsentratsioonid.
Osakese tüüp
Ligikaudne raadius µm
Osakeste arv cm3-s
Vahemik
Tüüpiline
Väikesed (Aitkeni) kondensatsiooni tuumad
0,1
10
10 kuni 1000
300
Somp tekib tavaliselt öösiti (õhu kihistus stabiilne). Paistab sinine vastu tumedat tausta ja kollakas vastu valgust. Nähtavus 1-10km, sama moodi ka udulooril ja uduvinel.
Udu – nähtavus alla 1000m. Tekib kas õhu jahutamisel või vee aurumisel ja õhumasside segunemisel.
Liik
Kuidas tekib ?
Kiirguslik udu
Õhu kiirguslikul jahtumisel
Oruudu
Jahe õhk koguneb orgu
Advektsiooniudu
Soe niiske õhk liigub külma aluspinna kohale (veekogu kohal)
Nõlvaudu
Õhk liigub nõlva mööda üles ja jahtub (mägede nõlvadel)
Segunemisudu
Külm õhk liigub sooja pinna kohale
Auramisudu
Soojalt pinnalt auramine (veekogu kohal)

Pilved

Von Karmani pöörised – tekivad igas piirkonnas, kus vedeliku voolamine on mingi objekti poolt häiritud. Nende pööriste tänavad tekivad vedelike voolamisel kõigis mastaapides. Pööriste mastaap on võrreldab takistuse suurustega. Atmosfääris on need priste tänavad lihtsalt identifitseeritavad Sc pilvede kaudu. Sellised pilved on sageli seotud temperatuuri inversiooniga atmosfääri alumistes kihtides. Temperatuuri inversioon on oluline, sest see määrab, kas õhk voolab üle või ümber saarte. Lisaks peab alumiste nivoode tuul olema väga ühtlane ja umbes 10m/s ning aluspinna isobaarid peavad olema ligikaudu sirgjooned . Alad, kus need tingimused on täidetud, esinevad kõige sagedamini passaatide piirkonnas. Kui pöörised liiguvad allavoolu , siis nad püüavad kasvada läbimõõdult ja nad moodustavad ala, mille laius on umbes 100km ja pikkus mõned sajad kilomeetrid. Iga pööriste paar on tekitatud saare poolt 8 tunni järel ja nende eluiga on umbes 30 tundi.

Ülemised pived, mille alus on kõrgemal kui 6km.

Kiudpilved – Cirrus (Ci)

Alumine pilvepiir vahemikus 6-10km. Nad on valged või valkjad, tavaliselt kiulise ehitusega ega põhjusta pilvevarjusid. Koosnevad jääkristallidest.

Kiudrünkpilved – Cirrocumulus (Cc)

Esinevad enamasti 5-12km kõrgusel. Koosneb põhilised jääkristallidest, kuid võib ka sisaldada vähesel määral veepiisku, kuigi nad on ülijahutatud olekus.

Kiudkihtpilved – Cirrostratus (Cs)

Tekivad tavaliselt vahemikus 6-8km. Nende teke on sageli seotud sooja frondi või tsükloni lähenemisega.. Paksus on 100m-2km. Koosnevad jääkrillidest ja sademeid ei anna.

Keskmised pilved, pilve alus on 2-6km kõrgusel.

Kõrgrünkpilved – Altocumulus (Ac)

Nende paksus on 200- 700m , pilvekiht on alt tasane . Kõrgrünkpilved on valged, hallid või sinakad kujult on nad vöödid, vallid, tükid, tombud ja tihti paistavad äärtelt läbi. Koosnevad allajahtunud veepiisakestest kui ka jääkristallidest. Enamasti nendelt ei saja, aga mõnikord võivad langeda peenikesed vihmapiisad .

Kõrgkihtpilved – Altostratus (As)

Pilved tekivad kõrgusevahemikus 3-5km ja pilvekihi paksus on tavaliselt 1km, harvem 2km. Kõrgkihtpilved moodustavad taevas ühtlase valkja , halli või sinaka värvusega pilvkatte. Päikese ja Kuu jaoks on nad poolläbipaistvad. Varjud tavaliselt puuduvad. Sademeid ega optilisi nähtusi tavaliselt ei kaasne.

Alumised pilved, mille alus on madalam kui 2km.

Kihtünkpilved – Stratocumulus (Sc)

Kiudpilvede kõrval kõige levinum pilvede liik. Kihtrünkpilved moodustavad halli või nõrgalt sinaka pilvede kihi, mis kohati heledam. Koosneb rünklikest, kuid lamedate ja räbaldunud tippudega suurtest pilvetükkidest ja laamadest. Alumine piir on tavaliselt kõrgusel 500-1500m ja kihi paksus on tavaliselt 200 kuni 800m. Koosnevad nii vihmapiiskadest või lumehelveste segust . Tavaliselt nendest ei saja.

Kihtpilved – Stratus (St)

Kihtpilv on madal, kogu taevast kihina kattev pilv, mis tekib maapinnale lähedal. Kõrgusel 500m kuni 2km. Tavaliselt sajab sealt talvel nõrka lund ja suvel nõrka uduvihma.

Kihtvihmapilved – Nimbostratus (Ns)

Harilikult moodustavad ühtlase tumehalli või sinaka, mõnikord kollaka jumega pilvemassi üksikute tumedamate viirgude või murrujoontega. Pilvemassi paksus võib olla kuni 10km. Nad koosnevad nii veepiisakestest kui ka lumehelvestest ja jääkristallidest, seetõttu on nad sajurohked. Tekivad vahemikus 1,5-3,5km. Mõnikord võib nende alumine piir olla kõrgusel 100- 200m . Teke on seotud tsüklonite moodustumise ja liikumisega.

Vertikaalse arenguga (konvektsiooni) pilved

Rünkpilved – Cumulus (Cu)

Konvektiivsete vertikaalse arenguga pilved, tekivad 0,8-1,5km kõrgusel. Nende paksus võib olla mitmesajast meetrist kuni mitme kilomeetrini. Nad on topi - või rüngakujulised, mille tõttu said oma nime. Tekivad tavaliselt päikesepaistelise ilma korral konvektsioonivoolude abil. Koosnevad veepiiskadest, kui pilved edasi arenevad, siis võivad nad koosneda ka lume- ja jääkristallide segust. Tekivad suvel lõunaks ja kaovad õhtuks, sügisel võivad rünkpilved tekkida veekogude kohal, sest maismaa on sel ajal külmem kui vesi.

Rünkvihmapilved – Cumulonimbus (Cb)

Samuti konvektiivse arenguga pilv. See on tohutu suur taevasse kerkiv tume pilvemass, millega kaasnevad äike ja tugev vihmasadu. Rünkvihmapilvede alumine piir on tavaliselt 300-600m ja ülemine piir võib ulatuda 7-9km-ni. Pilvedel on kõrgele ulatuvad tipud, turbulentne ja kobrutav välimus ning seetõttu on nad väga rünklikud. Rünksajupilvede alumine osa koosneb vihmapiiskadest, ülemine osa koosneb jääkristallidest. Rünkpilvedest sajab tavaliselt hoovihma, hoolörtsi ja lund. Sageli kaasneb hoovihmaga äike.

Atmosfääri tasakaal ja pilvede teke

Õhuosake – on terviklik õhukogum, mille maht on mõne kuni mõnesaja kuupmeetri suurune. Väga oluline on õhuosakese mõiste atmosfääri tasakaalu analüüsi puhul.
Stabiilne tasakaal – kui vetrikaalselt ära nihutatud osakest ,surub ümbritsev õhk teda tagasi oma algnivoo suunas (org).
Labiilne tasakaal – kui vertikaalselt ära nihutatud osakest, surub ümbritsev õhk teda veelgi kaugemale oma algnivoost – võimendab esialgset häiritust (mäetipp).
Ükskõikne tasakaal – kui osakest nihutada oma asukohast vertikaalselt ära, ei suru ümbritsev õhk teda ei algnivoo suunas ega eemale algnivoost – võimaldab osakesel jääda uuele nivoole.
Adiabaatiline protsess – on protsess, mille vältel süsteem ei ole väliskeskkonnaga soojusvahetuses.
Kuivadiabaatiline gradient – kui õhuosakese temperatuur muutub 10oC/1km kohta.
Märgadiabaatiline gradient – kui õhuosakese temperatuur muutub 6oC/1km kohta.
Absoluutselt stabiilne atmosfäär – Tõusev, küllastumata/küllastunud õhk on igal nivool külmel (raskem) kui ümbritsev õhk. Kui võimalik naaseb õhk oma esialgsesse olekusse.
Absoluutselt labiilne atmosfäär – Tõusev, küllastumata/küllastunud õhk on igal nivool soojem (kergem) kui ümbritsev õhk. Kui võimalik kiirendub õhk eemale oma esialgsest olekust.
Tinglikult labiilne atmosfäär – Tõusev, küllastumata õhk on igal nivool külmem (raskem) kui ümbritsev õhk. Tõusev, küllastunud õhk on igal nivool soojem (kergem) kui ümbritsev õhk.
Tinglik labiilsus – on olukord, kus seisev õhusammas muutub labiilseks.
Konvektiivne labiilsus – on olukord, kus õhusammas muudetakse labiilseks tõstmise tulemusel.
Orograafiline tõus – kui õhumass tõuseb mööda tuulepoolset mäekülge üles.
Orograafilised pilved – tekivad õhu tõusmisel mööda tuulepoolset mäekülge.
Potentsiaalne temperatuur – on selline temperatuur, mille vedelikuosake omandab – adiabaatilised tõstmisel merepinnale.
Üleslükkejõud õhuosakese jaoks – kui õhuosakese ja ümbritseva õhu tihedus pole võrdsed, siis hakkab ta tõusma vi laskuma summaarse üleslükkejõu toimel. Õhu tiheduste erinevus on tingitud tavaliselt temperatuuride ja/või niiskuse erinevusest.
Tõusev õhuosake paisub , sest kõrgemal on õhurõhk väiksem ning jahtub, sest õhk teeb paisumisel tööd. Laskuv õhuosake surutakse kokku ning seetõttu soojeneb ning muutub väiksemaks. Mõlemal juhul eeldatakse adiabaatilist protsessi – see tähendab, et õhuosake ei vaheta ümbritseva õhuga soojust. Kuni õhuosakeses on niiskus küllastumata, on adiabaatilise soojenemise/ jahtumise kiirus jääv = 9,8oC/1km on kuivadiabaatiline gradient. Kui õhu soojenemisel/jahtumisel leiab aset kondensatsioon, siis nimetatakse seda märgadiabaatiliseks gradiendiks. Adiabaatilised gradiendid ei ole konstantsed, need sõltuvad temperatuurist, õhurõhust ja niiskusest. See tõttu edaspidistes arvutustes kasutame väärtust 6oC/1km.
Kui tõusev õhk jahtub, siis tema suhteline niiskus kasvab, sest temperatuur läheneb kastepunktile. Kui õhk jahtub kastepunktini, siis on tegu küllastusega ning edaspidisel tõusul algab kondensatsioon. Kondensatsioonil vabaneb varjatud soojus (latentne), tänu millele õhk jahtub vähem kui kuiv õhk samades tingimustes.
Laskumisinversioonid: Õhukihi laskumine muudab seda stabiilsemaks. Õhukihi tõusmine muudab seda aga labiilsemaks. Segunemine muudab atmosfääri temperatuurigradiendi kuivadiabaatilisele lähedasemaks.

Sademed

Sademed – on atmosfäärist maapinnale langev vedel või tahke vesi.
Kumeruse efekt – aururõhk kumeral pinnal on alati suurem kui sirgel pinnal.
Koaleerumine – on protsess, mille käigus kaks või rohkem mulli üksteisega kokkupuutudes liituvad üheks suuremaks mulliks.
Allajahutatud pilvetilgad – vedelas olekus veetlgad, mis on temperatuuriga alla -0oC.
Jääembrüo – tekib külmumispunktist natuke madalamal temperatuuril, kui veekogus on liiga väike, siis võib molekulide soojusliikumise tõttu embrüo puruneda.
Jäätuumad – väiksed aineosakesed, mis soodustavad igasugustel temperatuuridel kristallide teket.
Kontaktkülmumine – toimub kui õhk puutub kokku külmema kehaga ja jahtub.
Jää-kristalli (Bergeroni) protsess – selle protsessi käigus kasvavad jääkristallid veepiisakeste arvel veeauru tasakaalulise rõhkude erinevuse tõttu.
Difusioon – energia või aine ülekandumine kõrge kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda.
Kuhjumine (accretion) – protsess, mille käigus pilvedes olev veeaur moodustab tuumakeste ümber vihmapiisad.
Agregatsioon – tähendab millegi kokku kogunemist (näiteks jääkristallid moodustavad lumehelve)
Lumehelbeke – on lume- või jääkristall, mis on enamasti kuuekiirelise tähekese või kuusnurkse plaadi kujuline.
Vihm – on vee sadu vedelas olekus.
Virga – viirud langevatest sademetest, mis aurustuvad enne maapinnale jõudmist.
Hoogvihm – vedelad sademed mis algavad ja lõpevad järsku.
Lumi – väikeste jääkristallide kogum.
Tuisk – lume edasikandumine lumepinnalt tugeva puhangulise tuule mõjul.
Lobjakas (sleet) – tekib kui osaliselt sulanud lumehelves või külm vihmapiisk külmub jääkruubiks enne maapinnale jõudmist. Langevad maapinnale suurte räätsakatena ning sulavad kiiresti.
Jäätuv vihm – täielikult vedelad sademed, aga vihmapiisad jäätuvad allajahtunud maapinna ja esemetega kokku puutudes moodustades jääkihi.
Jäide – jääkiht, mis tekib esemetele allajahutanud vihma-, uduvihma- või usupiiskade külmumise tagajärjel.
Teralumi – kujult ümarad, lamedad või piklikud. Langeb kihtpilvedest või udust , terade läbimõõt ei ole üle 1mm. Värvuselt valged ja läbipaistmatud, tekivad intensiivse veeauru sublimeerumisel lähtekristallil.
Lumekruubid – sademed, mis kujutavad läbipaistmatu südamega ümmargusi või ebakorrapärase kujuga läbipaistvaid jääterakesi, diameetriga kuni 3mm. Maaga kokkupuutumisel põrkuvad üles.
Rahe – sademed, mis kujutavad endast väga erineva kuju ja suurusega jäätükke. Kõige sagedamini diameetriga alla 0,5cm.
Vihmamõõtja – seadeldis , mis näitab kui palju sademeid on langenud mm-tes.
Radar – on seadmete süsteem, mida kasutatakse raadiolokatsioonis. Selles kasutatakse elektromagnetlaineid liikuvate või liikumatute objektide kauguse, kõrguse, kiiruse ja/või liikumise suuna kindlakstegemiseks.
Doppler radar – doppleri radar mõõdab mikrolainete abil kui kiiresti mingi objekt liigub. Põhineb doppleri efektil ja kasutab liikumiste iseloomustamisel, selle seaduste omadusi. Mõõtmised toimuvad tänu ajale, mille jooksul signaal jõuab objektini ja sealt tagasi jõuab.
Tüüpiline vihmapiisk läbimõõt = 2000µm, tüüpiline pilvetilgake = 20µm ja konsensatsioonituum 0,2µm.
Tasakaaluline aururõhk kumera piisa kohal on suurem kui tasapinnalise vee kohal. Raoult’ seadus: Tasakaaluline aururõhk on lahuse kohal väiksem kui puhta lahusti kohal.
Nukleatsioon – Iga protsess, mille puhul tuleb ületada vaba energia barjäär (aurust veeks või veest jääks üleminekud).
Homogeenne nukleatsioon: pilvetilgad moodustuvad otse aurufaasist. Nõuab sadades % üleküllastusi. Tegelikult tekib veetilk , kui tõusev õhk jõuab tasakaalulisele küllastusele, sest õhus on alati kondensaatsioonituumi.
Heterogeenne nukleatsioon: pilvetilgad moodustuvad tuumadele aurufaasist. Kondensatsiooniprotsess on liiga aeglane, et tekitada sademeid.
Sademed tekivad pilveosakeste liitumise või jää-kristalli protsessi tõttu. Esimene neist protsessidest on tõenäolisem suure veesisaldusega soojades pilvedes, teine protsess külmades pilvedes (allla -15oC). Jääkristalli protsess – suurem veevaru molekulide arv veetilkade ümbruses põhjustab nende difusiooni veetilkade lähedusest jääkristallide suunas. Jääkristallid neelavad veeauru ja kasvavad suuremaks, kuna veetilgad jäävad väiksemaks.
Kristallid kasvavad difusioonilisel depositsioneerimisel (sadenemisel) –tekivad tavaliselt lumehelbed . Akretsioonil – juurdekasv, kokkukasvamine – kristallid kasvavad kokkupõrgetel allajahutatud veetilkadega. Veetilk külmub ja tekib härm. Agregatsioon – kokkukasvamine – kristallid põrkuvad omavahel ja liituvad (kleepuvad), tekivad suuremad lumehelbed.
Jääkristallid kasvavad väikese vedela vee sisaldusega pilvedes: Jääkristallid -> diffusioon -> suured kristallid -> agregatsioon -> lumehelbed -> lumi ja kui on soojem, siis -> sulamine ->vihm.
Jääkristallid kasvavad suure vedela vee sisaldusega pilvedes: Jääkristallid -> kirmetamine -> kirmetanud kristallid -> lumised terad -> rahe, kui soojem siis -> sulamine -> vihm.
Lörts ehk lobjakas – tekib kui osaliselt sulanud lumehelves või külm vihmapiisk külmub jääkruubiks enne maapinnale jõudmist.