Atmosfera terestra

1. Caracteristici generale.

Atmosfera este învelişul gazos situat la exteriorul celorlalte învelişuri (geosfere), care ia forma Pământului şi pe care îl înconjoară. Aerul este vital pentru viaţa oamenilor (fără aer un om nu trăieşte mai mult de 5 minute). Il respirăm, ne dăm seama că există, dar nu îl vedem pentru că este incolor.

Fără atmosferă Pământul ar fi un deşert lipsit de viaţă. Cerul ar părea de culoare neagră, noaptea ar veni şi ar dispărea brusc. Soarele ar apărea ca un disc de foc. Nu am vedea culorile aurii ale aurorelor. Ziua ar fi foarte cald +100°C, iar noaptea ar fi un ger năprasnic, temperatura ar coborî la -100°C.

A luat naştere în urma formării Litosferei, cu 4,5 mld. ani în urmă. La început avea în compoziţie oxigen mai puţin, dioxidul de carbon fiind în cantităţi mai mari, vapori de apă, hidrogen, heliu, kripton, neon, ozon şi microorganisme etc.
In alcătuirea ei intră un amestec de mai multe gaze, microorganisme şi praf. Dintre acestea, în cantitatea cea mai mare se găsesc azotul şi oxigenul, care este foarte important pentru că întreţine viaţa, se găseşte în cantităţi mari în apropierea scoarţei Pământului. Cu cât urcăm în atmosferă se răreşte, iar la 1 000 m dispare.
Azotul se găseşte în atmosferă în cea mai mare cantitate şi în amestec cu oxigenul îl face pe acesta să fie bun pentru viaţa omului. Vaporii din atmosferă dau naştere la nori, din care cad ploile pe Pământ.

Structura atmosferei

Cercetările cu sateliţi au stabilit că grosimea atmosferei este cuprinsă între 0 şi 35 000 - 40 000 km, iar limita până la care se manifestă gravitaţia este de 30 000 km. Este alcătuită din mai multe straturi concentrice.

• Troposfera este situată în imediata apropiere a suprafeţei Pământului, mai groasă la Ecuator şi mai subţire la poli (bombată la Ecuator şi turtită la poli, datorită mişcării de rotaţie a Pământului). Este cel mai important strat al atmosferei (80% din masă şi aproape 90% din vaporii din atmosferă). Aici se produc fenomenele meteorologice: plouă, ninge, bate vântul şi trăiesc vieţuitoarele (inclusiv omul). Temperatura scade cu 6,4°C la 1 000 m, astfel că la limita superioară este de -60°C şi mai scăzută la Ecuator în altitudine (-80°C).
Partea superioară a troposferei se numeşte tropopauză şi face trecerea spre al doilea strat, numit stratosfera.

• In stratosfera aerul devine rarefiat iar temperatura creşte de la -60°C la -4°C. Pe secţiunea cuprinsă între 20-40 km conţine un strat de ozon, care are proprietatea de a absorbi radiaţiile ultraviolete emise de Soare. Dacă aceste raze ar ajunge în totalitate la suprafaţa Pământului, ar distruge viaţa.

• Mezosferă. Până la jumătatea sa temperatura creşte la +60° - +70°C şi apoi scade spre partea superioară la -80°C - -110°C. Aerul este rarefiat.

• Termosfera. Temperatura creşte foarte mult. Aerul este foarte rar. între 60-600 km altitudine au loc ionizări (formare de ioni). Ionii formaţi şi electronii sunt grupaţi în patru regiuni, D, E, F, G, ce reflectă undele radio pe diferite lungimi de undă. Acest strat, cuprins între 60-800 km, poartă numele de ionosferă. Aici se formează aurorele polare.

• Exosfera. Aerul este extrem de rar, aproape că dispare (urme). Este învelişul exterior al atmosferei.

2. Factorii genetici ai climei

Toate procesele şi fenomenele din atmosferă şi de la suprafaţa scoarţei terestre (plouă, ninge, bate vântul, schimbarea temperaturii şi umidităţii aerului) se datoresc factorilor genetici care sunt de trei categorii: radiativi, dinamici şi fizico-geografici.
a) Factorii radiativi. Dintre toţi factorii amintiţi cel mai important este radiaţia solară.

• Radiaţia solară. Pământul primeşte de la Soare radiaţiile sub formă de spectru în cantitate de: 0,5 x 109, iar din aceasta la suprafaţă ajunge jumătate. O parte a radiaţiei solare este oprită din drumul său spre Pământ, fiind captată de diferite elemente atmosferice.
Din radiaţia solară o parte vine direct spre Pământ sub numele de radiaţie directă (S), alta este captată de nori şi particulele din atmosferă: radiaţia difuză (D) şi o altă parte este emisă de atmosferă (datorită absorbţiei selective), numită radiaţia atmosferică (A).

Aceste trei tipuri de radiaţie contribuie la încălzirea suprafeţei terestre. Alte două tipuri de radiaţii (radiaţia reflectată de Pământ - R; radiaţia terestră - T) contribuie la răcirea suprafeţei terestre; astfel se păstrează un echilibru normal la suprafaţa Pământului.

Se creează astfel o diferenţă între tipurile de radiaţii (S, D, A) şi (R, T) care poartă numele de bilanţ radiativ (Q). Formula de calcul a bilanţului radiativ este: Q = (S + D + A) - (R + T). Valoarea bilanţului nu este la fel peste tot pe Glob şi nici în timpul unui an; se manifestă pe latitudine de la Ecuator spre Poli, la Ecuator este mai mare iar în Poli mai mică.
De valoarea bilanţului radiativ depinde variaţia regimului termic la nivelul Globului (care dă naştere la zonele climatice) precum şi desfăşurarea proceselor legate de existenţa şi menţinerea vieţii pe Pământ.
La limita superioară a atmosferei Pământul primeşte o cantitate de energie egală cu 1,94 cal/cm³/ min = constantă solară.

b) Factorii dinamici
Datorită încălzirii inegale a atmosferei (radiaţia solară) în unele zone aerul este mai dens, în altele rarefiat. Aceasta face ca în unele regiuni ale Globului aerul să fie mai rece, în altele mai cald.
Aerul rece este mai dens, mai greu, formând centrul de presiune maximă (anticiclon).
Aerul cald este rarefiat, este mai uşor, formând centrul de presiune minimă (ciclon).
Intotdeauna aerul se va deplasa din centrul de presiune maximă spre centrul de presiune minimă, formând vântul.
Presiunea atmosferică  este greutatea cu care apasă centrul asupra noastră şi se măsoară cu barometrul. Este de trei feluri:
• presiune normală, când barometrul indică 760 mm/ col/Hg, la această presiune aerul apasă cu 1 kg/cm².
• presiune minimă este mai mică de 760 mm/col/ Hg şi aerul apasă cu o greutate sub 1 kg/cm²;
• presiune maximă, mai mare de 760 mm/col/Hg şi aerul apasă cu peste 1 Kg/cm².

Presiunea se schimbă în funcţie de temperatură şi altitudine. Cu cât aerul este mai cald, cu atât presiunea este mai mică şi invers. Şi cu cât urcăm în atmosferă, aerul se rarefiază şi presiunea scade.
Presiunea aerului influenţează foarte mult organismul şi sănătatea oamenilor. La schimbări bruşte de presiune cardiacii şi asmaticii nu se simt bine.
Datorită încălzirii neuniforme de către Soare şi a mişcării de rotaţie a Pământului, presiunea aerului este şi ea diferită. Diferenţele de presiune care mişcă aerul formează între Ecuator şi Poli circulaţia generală a atmosferei. Aceasta se explică astfel:
• între Ecuator şi tropice, aerul se deplasează de la tropice spre Ecuator, formând vânturile alizee (AIizee de Nord şi Alizeul de Sud);
• între 40°-60° - latitudine nordică şi sudică, bat vânturile de vest, pe direcţia S-V  → N-E în emisfera nordică şi N-V → S-E în emisfera sudică;
• în zonele polare, circuitul se realizează dinspre Poli spre cercurile polare la suprafaţă în ambele emisfere şi invers în atmosfera înaltă, formând vânturile polare.
Cele trei vânturi formează circulaţia generală a atmosferei, bat tot anul în aceeaşi direcţie şi se numesc vânturi regulate.

Pe lângă vânturile regulate, bat şi alte vânturi: periodice şi neregulate.
• Vânturile periodice bat o perioadă din an într-o direcţie, altă perioadă în altă direcţie. Acestea sunt: musonii (musonul de vară, musonul de iarnă) care bat din Oceanul Indian spre sudul Asiei (vara) şi dinspre continentul Asia spre Oceanul Indian (iarna); brizele marine (briza de zi şi briza de noapte) bat dinspre mare
spre uscat, ziua şi invers, noaptea; brizele de munte (briza de dimineaţă şi briza de seară).

Toate funcţionează pe baza diferenţei de presiune.
• Vânturile neregulate bat un timp într-o direcţie, alt timp în altă direcţie. îşi schimbă foarte des direcţia în care bat (ex: Crivăţul). Sunt şi vânturi care bat în anumite locuri (ex: Vântul Mare care bate dinspre Munţii Făgăraşului spre Depresiunea Făgăraşului).
c. Factorii fizico-geografici influenţează clima şi caracteristicile ei, pe spaţii mai mici (local) sau mai întinse. Dintre factorii fizico-geografici amintim:
• Poziţia geografică a unei regiuni este dată de locul pe care o regiune îl ocupă pe latitudine într-o anumită zonă sau tip de climă (ex: România este situată în zona temperată, deci are caracteristicile generale ale tipului de climă temperată).
• Oceanele omogenizează elementele climatice fără prea mari diferenţieri (apa se încălzeşte greu şi se  răceşte lent). Diferenţele de temperatură şi precipitaţiile sunt mici.
• Gheţarii: în locurile unde se găsesc răcesc clima (vara fiind răcoare).
• Relieful: se ştie că pe măsură ce urcăm în altitudine temperatura aerului devine mai rece (scăzută) conform principiului 6,4°C la 1 000 m altitudine. Se schimbă şi precipitaţiile şi mişcările aerului. Pe munţii înalţi se observă mai bine zonarea climatică (ex: Kilimandjaro, Anzi etc).
• Norii împiedică suprafaţa pământului să se răcească tare noaptea şi să se încălzească ziua.
•Alţi factori fizico-geografici sunt: curenţii oceanici mareele, dispunerea versanţilor, vegetaţia, lacurile etc.

3. Elementele meteorologice specifice.

Nu putem vorbi de climă, fără ca mai întâi să amintim de elementele climei: temperatura aerului, precipitaţiile şi vânturile.

Elementele climei

a) Temperatura aerului este în strânsă legătură cu latitudinea şi altitudinea, cu radiaţia solară, depinde de unghiul sub care cad razele Soarelui pe Pământ.
• In altitudine, atmosfera se încălzeşte de la Soare, prin intermediul Pământului, jos fiind mai cald, şi pe măsură ce urcăm în atmosferă temperatura scade. De aceea, pe munţii înalţi (ex: Himalaya, Anzi, Kilimandjaro) este mai rece şi zăpezile nu se topesc niciodată.
• Pe latitudine se ştie că temperatura aerului scade de la Ecuator spre Poli. Aceasta se explică prin faptul că:
- în zona caldă razele cad perpendicular pe suprafaţa terestră şi încălzesc mai puternic (suprafaţa mică);
- în zonele temperate unghiul sub care cad razele este oblic, încălzind o suprafaţă mai mare, dar va fi mai rece;
- în zonele reci, datorită sfericităţii Pământului, razele sunt tangente cu suprafaţa, aproape că fug şi nu pot să încălzească. In concluzie, datorită sfericităţii, temperatura scade treptat de la Ecuator spre cei doi poli.
Temperatura aerului variază în funcţie de anotimpuri şi de la zi la noapte sau în cursul aceleiaşi zile.
Amplitudinile termice anuale pe Glob sunt mai mari în regiunile reci şi mici în climatul ecuatorial.
b) Precipitaţiile atmosferice depind de circuitul apei în natură, iar regimul lor depinde de evaporaţie.
In formarea precipitaţiilor atmosferice important este că în atmosferă vom găsi în permanenţă apa în cele trei stări: vapori, lichidă, solidă (gheaţă). Precipitaţiile sunt legate de nori.
Principalele tipuri de nori sunt: nimbostratus, altostratus, stratus, cumulus, cumulonimbus, cirus, cirocumulus etc.
Repartiţia precipitaţiilor pe Glob. în repartiţia precipitaţiilor pe Glob sunt mari diferenţieri. Sunt regiuni în care plouă zilnic (ex: tipul cu climă ecuatorială 2000-4000 mm/an) şi regiuni unde plouă foarte puţin (ex: Climatul tropical-uscat, Deşertul Sahara, Deşertul Kalahari, Marele Deşert Australian etc).
Pe Glob există mai multe tipuri de precipitaţii. De la Ecuator spre Poli acestea sunt:
• tipul ecuatorial, între 5° latitudine nordică şi sudică, cantitatea de precipitaţii este cuprinsă între 2000-4000 mm/an, plouă în fiecare zi după-amiază;
• tipul tropical, la latitudini între 5°-12° latitudine nordică şi sudică, şase luni plouă, şase luni este secetă (1500-2000 mm/an);
• tipul deşertic, cuprins între 12° - 30° latitudine nordică şi sudică, cad cele mai puţine precipitaţii: 25-50 mm/an;
• tipul mediteranean, între 30° - 40° latitudine nordică şi sudică, plouă iarna, iar vara este secetă;
• tipul oceanic-temperat, cuprins la latitudini medii (în general, 40°- 60°), latitudine nordică şi sudică. Precipitaţiile cad în oceane şi pe ţărmurile continentelor;
• tipul temperat-continental, între 40° - 60° la latitudini medii, în interiorul continentelor. Precipitaţiile cad mai mult primăvara şi vara;
• tipul musonic, în sudul şi sud-estul Asiei. Cad precipitaţii bogate vara, când musonul bate dinspre ocean pe continent aducând ploi;
• tipul polar, între Cercul Polar şi Poli, cad precipitaţii puţine (evaporaţie foarte mică) şi sub formă de zăpadă.

4. Clima. Principalele tipuri de climă

Delimitarea zonelor de climă pe Glob nu s-a făcut întâmplător, ci în funcţie de câţiva factori:
• radiaţia solară diferită în funcţie de latitudine (razele cad pe pământ sub unghiuri diferite);
• mişcarea de revoluţie a Pământului;
• circulaţia generală a atmosferei;
• înclinarea axei Pământului etc.
In  funcţie de aceşti factori sunt cinci zone de climă: o zonă caldă, două zone temperate şi două zone reci, în fiecare zonă existând mai multe tipuri de climă.

Principalele tipuri de climă

De la Ecuator spre nord şi spre sud, până în Poli, se desfăşoară următoarele tipuri de climă:
• Clima ecuatorială este situată între 5° latitudine nordică şi sudică faţă de Ecuator. Temperatura este ridicată tot anul (nu coboară sub +25°C). Există un singur anotimp-vară. Cantitatea medie de precipitaţii este cuprinsă între 2000-4000 mm/an. Evaporaţia are loc tot timpul anului. Nu bat vânturi, este zona calmelor ecuatoriale. Aerul are o mişcare ascendentă.
Teritorial corespunde Bazinului fluviului Congo (Africa), Bazinului Amazonului (America de Sud), ţărmului Golfului Guineea, Arhipelagului Indonezian etc.
• Clima subecuatorială se găseşte între 5°-12° latitudine nordică şi sudică. Temperatura este cuprinsă între +20 - + 27°C. Există două anotimpuri, şase luni anotimp ploios şi şase luni anotimp secetos (octombrie-aprilie, aprilie-octombrie). Cantitatea de precipitaţii căzută în anotimpul ploios este cuprinsă între 1000-2000 mm/an. Bat alizeele (Alizeul de Nord şi Alizeul de Sud).
• Clima musonică este dată de cei doi musoni (musonul de vară şi musonul de iarnă), formaţi datorită diferenţei de temperatură şi presiune existentă între continentul Asia şi O. Indian. Acest tip de climă este întâlnit în sudul şi sud-estul Asiei. Temperatura este cuprinsă între 20-25°C. Sunt două anotimpuri: unul ploios şi unul secetos, după cum bat musonii. Când musonul de vară bate dinspre Oceanul Indian aduce ploi bogate. La poalele M. Himalaya, în localitatea Assam (India) cad printre cele mai mari cantităţi de ploi de pe Glob.
• Clima tropical-deşertică este cuprinsă între 12°-30° latitudine nordică şi sudică. Temperatura atinge ziua +50°C, iar noaptea coboară sub zero grade, până pe la -10°C, -11°C; cantitatea de precipitaţii este mică, 50-150 mm/an. Aşa s-au format cele mai mari deserturi de pe Glob: Sahara, Kalahari, Arab, Marele Deşert Australian, Tharretc. Bat alizeele.

Zona temperată

• Clima subtropicală (mediteraneană) este cuprinsă între 30°-40° latitudine nordică şi sudică, în jurul M Mediterane, sudul Africii, sud-vestul Australiei şi I Tasmania etc. Bat vânturile de vest, iar spre sud alizeele Verile sunt foarte călduroase, iernile blânde şi ploioase Temperatura medie anuală este cuprinsă între 15°-17°C Cantitatea de precipitaţii este între 400-800 mm/an şi cad mai mult iarna.
• Clima temperat-oceanică o întâlnim între 40°-60°, pe ţărmul Oceanului Atlantic şi Oceanului Pacific. Vânturile de vest sunt dominante, iernile blânde iar verile răcoroase şi ploioase, cu multă ceaţă. Temperatura medie este cuprinsă între 10°-15°C, precipitaţiile bogate cantitativ, peste 1000 mm/an. Caracteristică în acest tip de climă este ceaţa (Marea Britanie, Irlanda etc).
• Clima temperat-continentală este localizată între 40°-60° în interiorul continentelor America de Nord, Europa, Asia. Verile sunt calde şi iernile reci. Există patru anotimpuri, vânturile bat în direcţii diferite, sunt neregulate. Precipitaţiilecad mai ales primăvara şi la începutul verii, în centrul Asiei şi al Americii de Nord există aşa-numitul climat temperat-continental excesiv, unde verile sunt foarte călduroase (temperaturi de +40°C şi iernile foarte friguroase, cu puţine precipitaţii). în centrul Asiei, datorită aridităţii s-au format deserturile: Kâzâl-Kum, Kara-Kum, Betpak-Dala (deserturile de la latitudini temperate).

Zona rece

• Clima subpolară face trecerea de la clima temperată spre clima polară, fiind o climă de tranziţie. Se întinde între 50°-70° latitudine şi are două anotimpuri: iernile durează 9-10 luni, iar verile sunt scurte, 2-3 luni. Temperatura medie anuală este de 0°C, cea mai ridicată măsoară vara 10°-11°C. Aerul polar care vine dinspre Polul Nord coboară temperatura până la -40°C (cea mai scăzută temperatură s-a înregistrat la Verhoiansk şi Oimeakan: -70°C). Acest tip de climă se întâlneşte în nordul Asiei, Europei şi al Americii de Nord.
• Clima polară se desfăşoară între paralele de 66° şi Polul Nord şi 66° şi Polul Sud. Există un singur anotimp: iarnă. Temperatura medie anuală este cuprinsă între -30°C şi -50°C. Precipitaţiile cad tot anul sub formă de zăpadă. Este răspândită în Groenlanda, în nord, şi Antarctica, în sud. Este patria gheţarilor şi a zăpezilor permanente.
• Clima regiunilor muntoase se caracterizează prin etajarea pe verticală de la poale până pe vârfuri. Sunt aproape aceleaşi tipuri de climă ca şi pe latitudine.
Tipurile climatice depind şi de latitudinea unde sunt aşezaţi munţiif Pe vârful munţilor există gheţari şi zăpezi permanente (ca la Poli). întâlnim această climă în Munţii Himalaya, Caucaz, Anzi, Kilimandjaro, Alpi etc.

5. Vremea si caracteristicile climatice locale

Vremea studiază starea medie a fenomenelor atmosferice (temperatură, precipitaţii, vânturi, presiune atmosferică) ce au loc pe o suprafaţă mică de teren (ex. Valea Prahovei) şi la un moment dat.
Harta sinoptică înscrie principalele caracteristici ale elementelor meteorologice dintr-un teritoriu restrâns, la un moment dat. O hartă sinoptică nu este construită în mod amănunţit, ci redă anumite elemente meteorologice cu ajutorul cărora putem să ne formăm o imagine asupra mersului vremii.

In construcţia hărţii sinoptice se ţine seama de repartizarea în teritoriu a presiunii atmosferice. Harta sinoptică se mai numeşte şi harta câmpului baric. Pe ea sunt reprezentate centrele de minimă presiune notate cu D şi de maximă presiune notate cu M. Ea cuprinde şi cele mai importante fronturi atmosferice.

Pentru realizarea hărţilor sinoptice (mai ales pentru suprafeţe mari) se fac schimburi de date meteorologice de la staţiile sinoptice (ex: Harta Asiei) din fiecare ţară sau zonă din 6 în 6 ore. Pe baza acestor hărţi se pot comunica datele meteorologice pentru 12, 24 şi 36 ore (timpul probabil) în emisiunile de radio şi televiziune despre starea vremii, despre activităţi şi instituţii. Datele comunicate de meteorologi sunt de folos în navigaţie, transportul aerian, în agricultură.
Pe baza datelor obţinute se întocmesc prognozele pe o zi, două sau trei zile. Prevederea vremii se realizează în staţiile meteorologice. Valoarea temperaturii se realizează de patru ori pe zi, la orele 1,7, 13, 19.

După ce datele despre elementele meteorologice (temperatură, vânturi, precipitaţii etc.) au fost măsurate în cadrul staţiilor meteorologice, cu aparatele specifice de măsurat (termometre, pluviometre, anemometre, giruete, hidrometre etc.) sunt aduse în centrele meteorologice unde sunt prelucrate şi analizate.

Datele prelucrate şi analizate sunt trecute pe harta sinoptică şi apoi transmise pe posturile de radio şi televiziune către populaţie, întreprinderi şi instituţii.
Transmiterea datelor despre fenomenele meteorologice se face pentru o perioadă de 24 ore sau 3-5 zile.
într-o regiune există staţii de bază şi staţii pilot. în staţiile de bază caracteristicile vremii se măsoară şi se transmit mai des şi cu mai multe amănunte, în staţiile pilot se transmit mai rar şi cu mai puţine amănunte.
Cu cât durata de transmitere a prognozei vremii creşte, cu atât exactitatea predicţiilor scade.
Meteorologii întocmesc harta sinoptică pe baza datelor culese prin telefon, radio sau sateliţi de la mai multe staţii meteorologice. Pe baza lor se transmit buletinele meteorologice.

Tipuri de hărţi sinoptice

O hartă sinoptică are în cuprinsul ei următoarele caracteristici: fronturile atmosferice calde, fronturi atmosferice reci, arii anticiclonale (M), arii depresionare (D), direcţii ale vânturilor, cantitatea de precipitaţii, direcţia de deplasare a mareelor de aer etc.
Tehnica utilizată în staţiile meteorologice s-a modernizat (automatizat), la stabilirea prognozelor folosindu-se datele primite prin internet sau cu ajutorul sateliţilor meteorologici. Datele sunt mai exacte. Hărţile construite sunt colorate pentru a reprezenta intensitatea fenomenelor meteorologice.

Radarele utilizate în meteorologie pot detecta rapid orice tip de evenimente atmosferice neprevăzute (ex: furtunile).

Caracteristicile climatice locale

Datorită activităţii umane (în special industria) asupra mediului aerul devine tot mai poluat. Se solicită din partea noastră să luăm măsuri de ocrotire a lui. Aerul curat va facilita existenţa unui climat local sănătos.
Având la bază cunoştinţele însuşite despre atmosferă, studiaţi cu atenţie atmosfera locală (temperatura aerului, presiunea atmosferică, mişcările aerului, cantitatea de precipitaţii din orizontul loca! etc).