RODICA POVAR

METEOROLOGIE GENERAL

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei POVAR, RODICA Meteorologie general / Rodica Povar, Bucureti: Editura Fundaiei Romnia de Mine, 2006 212 p., 20,5 cm ISBN 973-725-506-2 551.5

Editura Fundaiei Romnia de Mine, 2006

Redactor: Octavian CHEAN Culegere text: Rodica POVAR, Raluca NICOLAE Tehnoredactare: Raluca NICOLAE Florentina STEMATE Coperta: Marilena BLAN Bun de tipar: 3.02.2006; Coli tipar: 13,25 Format: 16/61 x 86 Editura i Tipografia Fundaiei Romnia de Mine Splaiul Independenei, Nr. 313, Bucureti, S. 6, O. P. 83 Tel./Fax.: 316 97 90; www.spiruharet.ro e-mail: contact@edituraromaniademaine.ro

UNIVERSITATEA SPIRU HARETFACULTATEA DE GEOGRAFIE

RODICA POVAR

METEOROLOGIE GENERAL

EDITURA FUNDAIEI ROMNIA DE MINE Bucureti, 2006

CUPRINS

PREFA 1. INTRODUCERE N METEOROLOGIE 1.1. Definiie. Obiect de studiu. Sarcini ........................................... 1.2. Metode de cercetare n Meteorologie ......................................... 1.3. Reeaua de staii meteorologice. Organizaia Meteorologic Mondial........................................................... 1.3.1. Posturile meteorologice sau pluviometrice ... 1.3.2. Staiile meteorologice .. 1.3.3. Observatoarele aerologice 1.4. Istoricul Meteorologiei............................................................... 1.4.1. Dezvoltarea Meteorologiei pe glob .. 1.4.2. Dezvoltarea Meteorologiei n Romnia 1.5. Ramurile Meteorologiei ............................................................. 1.6. Relaia Meteorologiei cu alte tiine........................................... 2. ATMOSFERA TERESTR 2.1. Origine. Form. Limite............................................................... 2.1.1. Originea atmosferei......................................................... 2.1.2. Forma atmosferei ............................................................ 2.1.3. Limitele atmosferei ......................................................... 2.2. Masa i densitatea atmosferei..................................................... 2.3. Compoziia aerului atmosferic ................................................... 2.3.1. Elemente constante ......................................................... 2.3.2. Elemente variabile .......................................................... 2.3.3. Aerosolii ......................................................................... 2.4. Structura atmosferei ................................................................... 2.4.1. Structura vertical ........................................................... 2.4.2. Structura orizontal......................................................... 2.5. Poluarea aerului.......................................................................... 2.5.1. Gazele cu efect de ser.................................................... 3. ENERGIA RADIANT 3.1. Tipuri de radiaii n atmosfer .................................................... 3.2. Spectrul radiaiilor solare ........................................................... 3.2.1. Radiaiile ultraviolete......................................................

511 12 14 14 15 16 16 16 20 22 23 25 25 26 27 28 29 29 30 32 33 33 36 37 39 43 44 44 5

3.2.2. Radiaiile vizibile............................................................ 3.2.3. Radiaiile infraroii ......................................................... 3.3. Factorii care influeneaz radiaia solar.................................... 3.3.1. Durata de insolaie .......................................................... 3.3.2. Unghiul de inciden....................................................... 3.3.3. Distana Pmnt-Soare.................................................... 3.3.4. Influena atmosferei ........................................................ 3.4. Componentele fluxului radiativ.................................................. 3.4.1. Radiaia solar direct (S)............................................... 3.4.2. Radiaia solar difuz (D) ............................................... 3.4.3. Radiaia global sau total (Q)........................................ 3.4.4. Radiaia reflectat (R) i absorbit (a) ............................ 3.4.5. Radiaia terestr (Et) ....................................................... 3.4.6. Radiaia atmosferic (Ea)................................................ 3.4.7. Radiaia efectiv (Re) ..................................................... 3.5. Bilanul radiativ-caloric.............................................................. 3.5.1. Bilanul radiativ (Br) al suprafeei terestre ..................... 3.5.2. Bilanul radiativ al sistemului Pmnt-Atmosfer .......... 3.5.3. Bilanul caloric (Bc) ....................................................... 4. TEMPERATURA SOLULUI I A MARILOR SUPRAFEE DE AP 4.1. nclzirea suprafeei terestre....................................................... 4.2. Temperatura solului ................................................................... 4.2.1. Factorii care influeneaz temperatura solului ................ 4.2.2. Temperaturii suprafeei solului ....................................... 4.2.3. Temperaturile extreme de la suprafaa solului ................ 4.2.4. Variaia temperaturii solului n adncime ....................... 4.2.5. ngheul solului ............................................................... 4.3. Temperatura apei........................................................................ 4.3.1. Regimul termic al marilor suprafee de ap .................... 4.3.2. Variaiile temperaturii apei ............................................. 4.3.3. Temperatura marilor suprafee de ap n diferite zone geografice.............................................................. 4.4. Circuitul caloric n sol i ap...................................................... 4.4.1. Circuitul caloric diurn..................................................... 4.4.2. Circuitul caloric anual..................................................... 5. TEMPERATURA AERULUI 5.1. nclzirea i rcirea aerului ........................................................ 5.1.1. Modalitile de transmitere a cldurii n aer ................... 5.1.2. Rcirea aerului ................................................................ 5.2. Variaiile temperaturii aerului .................................................... 5.2.1. Variaiile temporale ........................................................ 5.2.2. Variaiile neperiodice sau accidentale............................. 5.2.3. Variaiile spaiale ............................................................ 6

44 45 46 46 47 48 48 49 49 52 53 53 55 56 56 57 57 59 61 63 64 65 71 76 77 80 82 82 85 86 87 87 87 89 89 92 93 93 97 97

5.3. Transformrile adiabatice ale aerului ......................................... 5.4. Stabilitatea i instabilitatea vertical a atmosferei...................... 5.4.1. Stratificaia instabil ....................................................... 5.4.2. Stratificaia stabil .......................................................... 5.4.3. Stratificaia indiferent ................................................... 5.5. Inversiunile de temperatur........................................................ 5.5.1. Inversiunile termice ........................................................ 5.5.2. Inversiunile dinamice...................................................... 5.5.3. Inversiunile mixte ........................................................... 6. VAPORII DE AP N ATMOSFER 6.1. Sistemul de faze al apei.............................................................. 6.2. Evaporarea i evapotranspiraia.................................................. 6.2.1. Evaporarea ...................................................................... 6.2.2. Evapotranspiraia ............................................................ 6.3. Umezeala aerului........................................................................ 6.3.1. Mrimile care definesc umezeala aerului........................ 6.3.2. Regimul umezelii aerului................................................ 6.4. Condensarea i sublimarea vaporilor de ap .............................. 6.4.1. Condiiile principale ale condensrii vaporilor de ap.... 6.5. Forme de condensare i sublimare a vaporilor de ap ............... 6.5.1. Produse primare de condensare ...................................... 6.5.2. Condensarea i sublimarea vaporilor de ap pe suprafaa terestr............................................................ 6.6. Norii ........................................................................................... 6.6.1. Geneza norilor ................................................................ 6.6.2. Clasificarea norilor ......................................................... 6.6.3. Descrierea norilor ........................................................... 6.7. Nebulozitatea i durata de strlucire a Soarelui.......................... 6.7.1. Nebulozitatea .................................................................. 6.7.2. Durata de strlucire a Soarelui........................................ 6.8. Precipitaiile atmosferice............................................................ 6.8.1. Geneza precipitaiilor...................................................... 6.8.2. Clasificarea precipitaiilor............................................... 6.8.3. Regimul precipitaiilor ................................................... 6.9. Bilanul umiditii la suprafaa Terrei ........................................ 7. DINAMICA AERULUI 7.1. Presiunea aerului ........................................................................ 7.1.1.Variaiile temporale ......................................................... 7.1.2 Variaiile spaiale ............................................................. 7.2. Vntul......................................................................................... 7.2.1. Definiie i genez .......................................................... 7.2.2. Forele care acioneaz asupra aerului n micare........... 7.2.3. Elementele caracteristice vntului ................................. 7.2.4. Clasificarea vnturilor.....................................................

101 103 103 105 105 105 106 106 107 108 110 110 111 111 112 115 119 119 120 120 123 125 125 126 130 134 134 138 139 139 142 145 149 151 152 156 160 160 160 163 166 7

8. METEORII 8.1. Definiie ..................................................................................... 8.2. Tipuri de meteori........................................................................ 8.2.1. Hidrometeorii.................................................................. 8.2.2. Litometeorii .................................................................... 8.2.3. Fotometeorii.................................................................... 8.2.4. Electrometeorii ............................................................... 9. NOIUNI FUNDAMENTALE DE METEOROLOGIE SINOPTIC 9.1. Masele de aer.............................................................................. 9.1.1. Clasificarea maselor de aer ............................................. 9.2. Fronturile atmosferice ................................................................ 9.2.1. Clasificarea fronturilor atmosferice ................................ 9.3. Ciclonii i anticiclonii ................................................................ 9.3.1. Geneza ciclonilor i anticiclonilor .................................. 9.3.2. Ciclonii .......................................................................... 9.3.3. Anticiclonii ..................................................................... 9.4. Prognoza meteorologic............................................................. 9.4.1. Radarul i prognoza meteorologic ................................ 9.4.2. Sateliii i prognoza meteorologic................................. 9.4.3. Modele matematice atmosferice i prognoza meteorologic ................................................................ BIBLIOGRAFIE ................................................................................

168 168 168 173 174 180 184 184 187 189 194 194 198 200 204 205 206 207 210

8

PREFA

Meteorologia este o disciplin de baz a Geografiei fizice, cu o importan deosebit n formarea viitorilor geografi, cu profiluri diferite, profesori sau specialiti n cercetarea mediului i, de ce nu, a viitorilor meteorologi. Procesele i fenomenele fizice care se petrec n atmosfer i la suprafaa terestr contribuie n mod considerabil la formarea peisajelor geografice, stnd la baza i influennd toate fenomenele ce se produc n cadrul celorlalte geosfere: hidrosfera, reliefosfera, climatosfera, biosfera etc., studiate n cadrul Facultii de Geografie. De aici rezult complexitatea i interdisciplinaritatea tiinei meteorologice cu celelalte tiine ale mediului natural i uman i aplicativitatea ei practic. Cursul de fa este destinat studenilor din anul I, de la toate formele de nvmnt geografic (zi, frecven redus i la distan) i cuprinde nou capitole n care sunt prezentate principalele procese i fenomene fizice i geografice care se produc n atmosfer i, ndeosebi, n stratul inferior al acesteia, troposfera. S-a ncercat o abordare logic, concis, clar i accesibil studenilor, a tuturor fenomenelor din spaiul aerian apropiat suprafeei terestre, materializate prin elemente meteorologice observabile i cuantificabile, cum sunt: radiaia solar, temperatura aerului i solului, umezeala aerului, nebulozitatea, durata de strlucire a Soarelui, precipitaiile atmosferice, presiunea aerului, vntul etc. Problematica specific este abordat n mod clasic, dar i modern, mai ales, n prezentarea unor teorii noi legate de circulaia aerului prin intermediul anticiclonilor mobili polari i a elaborrii prognozelor meteorologice cu ajutorul unor metode i mijloace moderne de investigare, conform normelor n vigoare ale O.M.M. n acest sens, sunt prezentate performanele obinute n activitatea de prognoz meteorologic, n general, i din Romnia, n particular, prin utilizarea informaiilor radar, satelitare i a unor modele matematice atmosferice de prevedere a vremii pe diferite perioade de timp, de la cteva ore (know casting) la cteva zile (5-10) i chiar mai mult.9

Pentru analiza celor propuse s-au folosit o vast literatur de specialitate din ar i strintate, rezultate proprii ale activitii de cercetare efectuat de-a lungul anilor, dar i un material grafic bogat i variat, care s permit studenilor nelegerea ct mai bun a acestei discipline.

10

1. INTRODUCERE N METEOROLOGIE

1.1. Definiie. Obiect de studiu. Sarcini Meteorologia este tiina care studiaz structura i proprietile atmosferei, fenomenele i procesele fizice care se produc n atmosfer, n general, i n troposfer, n particular, n scopul prognozrii sau prevederii vremii. Ea face parte din categoria tiinelor geonomice1, care studiaz nveliurile Pmntului: atmosfera, litosfera, hidrosfera, pedosfera, reliefosfera, biosfera, climatosfera, criosfera, aparinnd Geografiei. Denumirea de METEOROLOGIE este de origine greac2, de aici apare vechimea tiinei, mult timp preocuprile meteorologiei fiind confundate cu ale astronomiei. Tratatele de meteorologie studiau i problemele meteoriilor (meteoarelor) de origine extraterestr. ncepnd cu Aristotel (384 .Hr.) i pn la Kmtz (1835), n publicaiile aprute, problemele meteorologiei i ale astronomiei erau tratate n comun. Obiectul de studiu al Meteorologiei este reprezentat de aerul atmosferic, n care un rol deosebit de important l au vaporii de ap a cror cantitate este n permanent schimbare ca urmare a nclzirii i rcirii aerului. Acesta, n deplasarea lui prin intermediul curenilor aerieni, transport de la o regiune geografic la alta ceaa i norii, responsabili de apariia celor mai importante fenomene care genereaz aspectul vremii la un moment dat. Transformrile care au loc n atmosfer sunt procese i fenomene fizice, meteorologia mai fiind denumit i fizica atmosferei. Totalitatea fenomenelor i proceselor fizice din atmosfer care caracterizeaz starea atmosferei la un moment dat i ntr-un anumit loc constituie vremea, iar succesiunea n timp a strii fizice a atmosferei reprezint evoluia sau mersul vremii. Caracteristicile vremii sunt reprezentate prin valori cantitative i calitative ale fenomenelor i proceselor fizice din atmosfer, ce poart denumirea de elemente meteorologice: radiaia solar, temperatura aerului i a solului, nebulozitatea i durata de strlucire a Soarelui, precipitaiile atmosferice,1 Termen, adoptat de Academia Romn, care definete toate tiinele care studiaz subsistemele ce alctuiesc geosistemul: geologice, geofizice, geografice. 2 Meteoron ceva ce se petrece n aer; logos cuvnt, tiin, vorbire. 11

presiunea atmosferic i vntul. Cuantificarea acestor elemente meteorologice se realizeaz prin determinri i observaii vizuale, dar i prin msurtori instrumentale, toate acestea reprezentnd observaiile meteorologice. Toate datele rezultate din acest complex de observaii meteorologice sunt utilizate de serviciile meteorologice n scopul elaborrii prognozelor i emiterii avertizrilor asupra apariiei i evoluiei unor fenomene periculoase. Aceste informaii sunt transmise organelor centrale i locale de stat, diferitelor instituii, n scopul asigurrii i proteciei meteorologice a navigaiei aeriene i maritime, a transporturilor rutiere i feroviare, a lucrrilor agricole i a strii de sntate a organismelor vii. n acelai timp, aceste date sunt folosite n schimbul internaional de mesaje meteorologice. Sarcina principal a Meteorologiei este aceea de a descoperi legile care guverneaz procesele i fenomenele din atmosfer n scopul prognozrii lor. De asemenea, Meteorologia, care devine tot mai mult o tiin cu mare aplicativitate practic, are ca sarcini perfecionarea continu a metodelor de prevedere a vremii sau timpului i a metodelor de influenare activ asupra evoluiei vremii. n acest sens, informaiile meteorologice sunt din ce n ce mai necesare n toate domeniile activitii umane: agricultur, construcii, transporturi, telecomunicaii, lucrri hidrotehnice i amelioraii, balneo-climatologie, turism, urbanism, asisten social etc. Prin folosirea mijloacelor tehnice moderne, omenirea are posibilitatea unei intervenii active n desfurarea unor procese atmosferice, cum ar fi: activarea sistemelor noroase i a precipitaiilor atmosferice, sistemele antigrindin, disiparea ceii, combaterea unor fenomene periculoase ca ngheul, seceta, inundaiile etc. 1.2. Metode de cercetare n meteorologie Metodele de baz n cercetarea fenomenelor i proceselor fizice din atmosfer sunt observaia i experimentul. Observaiile meteorologice pot fi vizuale i instrumentale. Cele vizuale permit aprecierea calitativ asupra unor fenomene atmosferice care nu pot fi determinate instrumental: nebulozitatea (gradul de acoperire a cerului cu nori i felul norilor), producerea unor hidrometeori (ceaa, roua, bruma, poleiul), a unor fenomene optice (halo), a strii solului, a caracterului stratului de zpad etc. Observaiile instrumentale se efectueaz cu ajutorul aparaturii i instrumentarului meteorologic. Exist instrumente cu citire direct: termometrul (temperatura aerului i a solului), higrometrul (umezeala aerului), barometrul (presiunea atmosferic), pluviometrul (precipitaiile12

atmosferice), anemometrul (vntul), chiciurometrul (grosimea stratului de chiciur), rigla de zpad (grosimea stratului de zpad) etc. Pentru nregistrarea evoluiei diurne sau sptmnale a diferiilor parametri meteorologici sunt folosite aparatele nregistratoare: termograf, barograf, higrograf, pluviograf, anemograf, heliograf etc. Pentru determinarea fenomenelor atmosferice din regiunile greu accesibile se utilizeaz staiile meteorologice automate i sateliii meteorologici, dintre care cei mai cunoscui sunt NOAA, METEOR i TIROS. Pentru cercetarea dinamicii atmosferei, a apei din sol i a rezervelor de ap din stratul de zpad se folosesc izotopi radioactivi, radiosondele, radarul, laserul, balonul pilot, rachete i avioane meteorologice, navete spaiale. Izotopii radioactivi ofer meteorologiei o nou metod de cercetare, ndeosebi a circulaiei maselor de aer, dar i a microfizicii norilor, ceii i precipitaiilor. Radiosonda recepioneaz de la sol valorile variabilelor meteorologice de la nlimi de peste 30 km. Radarul meteorologic, sistem electromagnetic activ, folosete la depistarea i urmrirea fronturilor atmosferice, a direciei i vitezei de deplasare a acestora, la descoperirea zonelor cu precipitaii i cu perturbaii atmosferice, la cercetarea microfizicii norilor i precipitaiilor, a fenomenelor periculoase etc. Laserul, tot un sistem electromagnetic activ, perturb controlat mediul i msoar rspunsul la o excitare optic. Fasciculul luminos determin cu o precizie mult mai mare regiunea de la care se primete rspunsul. Cu instalaii laser se msoar concentraia n aerosoli, nlimea bazei norilor, compoziia lor, dar i a ceii, prezena i variaia concentraiei unor gaze, depistarea de la distan a unor perturbaii atmosferice (cicloni tropicale, furtuni etc.), direcia i viteza vntului etc. Spectroscopia este o metod optic folosit n meteorologie pentru determinarea aurorelor polare, dar i a altor fenomene referitoare la compoziia i starea atmosferei la nlimi mari. Rachetele meteorologice sunt, de asemenea, folosite pentru cercetarea atmosferei nalte, valorile elementelor msurate fiind transmise prin radio. Sateliii meteorologici studiaz atmosfera din spaiul extraterestru pe suprafee mari i pe timp ndelungat. Se transmit fotografii ce furnizeaz informaii asupra sistemelor noroase, maselor de aer i fronturilor atmosferice aflate n deplasare, ciclonilor tropicali, altor fenomene meteorologice utilizate n prognoza meteorologic. Experimentul reprezint o metod aplicat n condiii naturale pentru stimularea artificial a precipitaiilor atmosferice i pentru13

disiparea ceii i a grindinii cu ajutorul rachetei antigrindin. Cercetrile experimentale n laboratoare se efectueaz n scopul aflrii structurii microfizice a norilor i precipitaiilor atmosferice, a unor fenomene aerodinamice, electrice, acustice i optice din atmosfer. n afara acestor metode expuse anterior, se mai folosesc mijloace moderne statistico-matematice, de calcul electronic, de analiz prin intermediul calculatoarelor performante. 1.3. Reeaua de staii meteorologice. Organizaia Meteorologic Mondial Cel mai important lucru n Meteorologie este observaia meteorologic. Aceasta const n aprecierea calitativ a particularitilor fenomenelor meteorologice, dar i n determinarea cantitativ a valorilor diferitelor variabile atmosferice. Observaia meteorologic st la baza tuturor activitilor din domeniu, materializate prin: informarea zilnic a meteorologilor previzioniti; desfurarea corect a activitii de servire meteorologic; elaborarea prognozelor i asigurarea proteciei meteorologice a navigaiei aeriene, maritime, rutiere i a avertizrilor pentru agricultur; asigurarea schimbului internaional de date meteorologice impus rilor membre ale Organizaiei Meteorologice Mondiale; stocarea irurilor de date; ntocmirea anuarelor, atlaselor i a altor lucrri de specialitate. Pentru asigurarea compatibilitii observaiilor meteorologice, acestea trebuie s se realizeze conform normelor emise de ctre Organizaia Meteorologic Mondial prin ndeplinirea unor condiii stricte: toate observaiile s se efectueze numai la orele stabilite i s se noteze ceea ce s-a msurat n realitate; s se efectueze corect cu instrumentar verificat periodic, etalonat i ntreinut conform instruciunilor n vigoare; aparatura trebuie s fie instalat conform instruciunilor O.M.M. Toate observaiile meteorologice se efectueaz n platforme special amenajate la posturile i staiile meteorologice, dar i la observatoarele aerologice incluse n reeaua naional. 1.3.1. Posturile meteorologice sau pluviometrice Sunt locaii unde se efectueaz observaii i msurtori asupra felului i cantitii precipitaiilor, grosimii i duratei stratului de zpad. De asemenea, se pot efectua i observaii vizuale asupra unor14

fenomene meteorologice periculoase, atunci cnd este cazul. Unele posturi sunt dotate i cu termometrie pentru determinarea temperaturii aerului, acestea denumindu-se posturi termo-pluviometrice. 1.3.2. Staiile meteorologice Sunt uniti complexe care au n dotare aparatur specific scopului urmrit. Exist, astfel, mai multe categorii de staii pentru observaii: sinoptice, cu program din or n or sau din trei n trei ore: 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, ora oficial, care furnizeaz date pentru prognoza meteorologic; climatice, cu aparatura necesar pentru determinarea tuturor elementelor meteorologice efectuate la orele 1, 7, 13, 19, ora local; actinometrice, pentru determinarea componentelor fluxului radiativ solar la orele 0, 6, 9, 12, 15, 18, ora local; agrometeorologice, unde se efectueaz msurtori asupra temperaturii aerului i solului, umezelii aerului, rezervei de ap accesibil plantelor, fenologiei3, fenometriei4, elementelor de producie5 pe tipuri de culturi specifice zonei: gru de toamn, porumb, floarea soarelui, sfecl de zahr, cartof, vi de vie, pomi fructiferi etc. Orele de observaii sunt aceleai ca la cele climatice, iar pentru rezerva de ap, fenologie i fenometrie se efectueaz n funcie de faza fenologic i de calendarul lucrrilor n cmp; radar, pentru urmrirea evoluiei vremii n scopul avertizrii n situaia producerii unor fenomene periculoase. Observaiile se fac din or n or, ndeosebi asupra sistemelor noroase, felului i cantitii precipitaiilor. n ultimii ani, n Romnia aceste staii au fost dotate cu radare Doppler, ultraperformante; ATP, receptoare ale datelor transmise de sateliii meteorologici, instalate n centre meteorologice importante, unde se primesc informaii la 6 sau 12 ore; cu program special, unde se fac determinri asupra electricitii aerului, radioactivitii aerului, solului i vegetaiei, concentraiei de ozon i noxe6. Programul de observaii este difereniat: electricitatea i radioactivitatea la amiaz, ozonul la 9, 12, 15, or local, iar noxele de la o jumtate de or la o lun.Succesiunea fazelor de vegetaie sau a fenofazelor Msurarea unor elemente de cretere: nlimea i densitatea plantelor, grosimea tulpinii, lungimea i diametrul frunzelor etc. 5 Numrul de plante fertile /m2,greutatea a 1000 boabe etc. 6 Impuriti i gaze nocive cu efect puternic asupra mediului i oamenilor. 154 3

Centrul Meteorologic TRANSILVANIA S.M.A.C. Cluj 1 staie clasic 3 staii automate

Centrul Meteorologic TRANSILVANIA S.M.A.C. Tg. Mure 2 staii clasice 4 staii automateSATU MARE RDUI SUCEAVA BOTOANI L E G E N DA

staie mixt staie automat staie clasic

COTNARI ZALU ORADEA DEJ IAI PIATRA NEAM ROMAN SRMAU TG. MURE CHIINEU-CRI DUMBRVENI SNNICOLAUL MARE ARAD SEBE-ALBA TIMIOARA LUGOJ SIBIU BRAOV GHIMBAV BANLOC CURTEA DE ARGE RM. SRAT RM. VLCEA TG. JIU PITETI TRGOVITE DRGANI STOLNICI SLOBOZIA PLOIETI BUZU GRIVIA BRILA TULCEA FOCANI GALAI TECUCI ADJUD BRLAD VASLUI

BISTRIA

Centrul Meteorologic MOLDOVA S.M.A.C. Iai S.M.A.C. Bacu 6 staii clasice 8 staii automate

Centrul Meteorologic BANAT-CRIANA S.M.A.C. Timioara S.M.A.C. Oradea 4 staii clasice 3 staii automate

CORIGEA

SLATINA CRAIOVA

FUNDULEA CLRAI

MEDGIDIA

CONSTANA

Centrul Meteorologic DOBROGEA S.M.A.C. Constana 3 staii automate

ADAMCLISI BILETI ALEXANDRIA BECHET TURNU MGURELE GIURGIU MANGALIA

Centrul Meteorologic OLTENIA S.M.A.C. Craiova 1 staie clasic 5 staii automate

Centrul Meteorologic MUNTENIA S.M.A.C. Buzu S.M.A.C. Piteti 4 staii clasice 6 staii automate

20

0

20 40

60

80 km

Fig. 1. Staiile cu program agrometeorologic din Reeaua Naional de staii meteorologice. Sursa: A.N.M. colectiv AGRO

n prezent, Reeaua Naional de staii meteorologice din Romnia este format din 160 de staii, mprite pe 7 Centre meteorologice teritoriale, din care 54 sunt cu program agrometeorologic (fig. 1). 1.3.3. Observatoarele aerologice Sunt destinate msurrii elementelor meteorologice din atmosfera nalt i sunt dotate cu aparatur special adecvat scopului urmrit: baloane pilot, radiosonde, rachete meteorologice, laser. Observaiile se fac la orele 2, 8, 14, 20, or local. 1.4. Istoricul Meteorologiei 1.4.1. Dezvoltarea Meteorologiei pe glob Interesul pentru aspectul, evoluia i efectele pozitive sau negative ale vremii, de care depindea nsi viaa primilor oameni de pe Terra, ca i a celorlalte vieuitoare, dateaz nc din perioada preistoric.16

n Grecia antic, locul de origine i dezvoltare a ntregii civilizaii europene, marii filosofi ai diferitelor perioade au avut preocupri i n domeniul meteorologiei, ncercnd s stabileasc anumite relaii ntre micarea vntului, formarea norilor i producerea fenomenelor electrice n atmosfer. Au fost construite chiar unele instrumente pentru determinarea direciei i intensitii vntului. Printre nvaii lumii antice greceti trebuie amintii: Herodot (484425 .Hr.), cu primele nsemnri de mare finee asupra unor fenomene atmosferice observate n timpul cltoriilor sale geografice, descriind, printre altele, clima Sciiei, din care fcea parte i Dobrogea (despre clima acestei provincii au rmas informaii i n scrierile poetului latin Ovidiu, exilat aici ntre anii 9 i 17 d.Hr.), Platon (427-347 .Hr.), Aristotel (384-322 .Hr.), autorul primului tratat de meteorologie, n care a ncercat explicarea cauzelor diferitelor fenomene meteorologice i hidrologice, ca o consecin a primelor (circuitul apei n natur i bilanul hidric al Terrei), Seneca (4 .Hr. - 65 d.Hr), Ptolemeu (90-168 d.Hr.), care era convins c fenomenul de reflexie al atmosferei se datora nveliului gazos al planetei. n antichitatea greac se cunotea c n funcie de nclinarea unghiului de inciden al razelor solare cu suprafaa terestr se formeaz principalele zone de clim, iar nvatul Empedocle a stabilit, nc din secolul V .Hr., relaia dintre atmosfer, radiaia solar, suprafaa Pmntului, prezena suprafeelor acvatice i a apei din atmosfer, considernd c cele patru elemente de baz: aerul, apa, focul i pmntul sunt la originea climatelor: cald, rece, umed i uscat. Din China antic s-au pstrat primele descrieri climatice (sec. XI .Hr.). n Evul Mediu, n perioada marilor descoperiri geografice, o important contribuie la cunoaterea fenomenelor atmosferice au avut-o temerarii navigatori, care s-au confruntat i au descris vnturi importante ca alizeele i musonii, dar i furtunile tropicale i alte fenomene atmosferice deosebite. Sfritul secolului al XVI-lea i secolul al XVII-lea reprezint epoca premergtoare dezvoltrii meteorologiei instrumentale. S ne amintim de construirea primelor instrumente: termometrul (Galileo Galilei, 1597), barometrul cu mercur (Torricelli, 1643), barometrul aneroid (Hooke, 1673), scara termometric (Huygens, 1665) care are ca puncte de reper temperatura de nghe i cea de fierbere a apei, higrometrul cu fir de pr (Saussure, 1783), anemometrul (Woltzmann, 1790), psihrometrul (R. August), pirheliometrul (H. Poillet). Folosirea acestor instrumente a permis obinerea unor determinri concrete ale valorilor elementelor meteorologice, care au oferit astfel fizicienilor17

posibilitatea elaborrii unor legi care au constituit fundamentul teoretic al cercetrilor ulterioare. Tot n secolul al XVII-lea, n anul 1648, fizicianul francez Pascal a demonstrat matematic greutatea aerului, i scderea presiunii cu altitudinea, punnd bazele hidrostaticii aerului atmosferic. Ctre sfritul aceluiai secol, astronomul englez Halley i publica teoria sa asupra formrii i permanenei alizeelor i musonilor, vnturi dominante din zonele intertropicale, aparinnd marii circulaii atmosferice a globului, generatoare de tipuri de clim i climate specifice. n 1735, acelai autor i prezenta teoria asupra relaiei dintre permanena, direcia i intensitatea acestor vnturi i micarea de rotaie a Pmntului n jurul propriei axe, evideniind devierea alizeelor de la direcia iniial nord-sud i sud-nord, n cadrul celor dou emisfere ale globului, la cea real, nord-est sud-vest i sud-est nord-vest, datorat permanentei micri de rotaie a planetei n jurul axei polilor. Din acest punct de vedere, el poate fi considerat precursor al tiinei climatologiei. n aproximativ aceeai perioad (1750), Benjamin Franklin i fcea public celebra descoperire legat de electricitatea atmosferei, iar Lavoisier i Dalton asupra naturii, strii fizice i compoziiei chimice a aerului. Secolul al XVIII-lea a marcat i alte momente de referin n istoria meteorologiei: stabilirea scrilor termometrice ale fizicianului german Fahrenheit, n anul 1724, utilizat i n prezent n rile anglosaxone, a fizicianului francez Reaumur n anul 1730 i a suedezului Celsius n 1742, folosit larg n toat lumea. n anul 1778, la Baden n Germania s-a nfiinat primul institut meteorologic din lume. n anul 1780 se nfiineaz prima societate meteorologic, Societatea Meteorologic Palatin, care i avea sediul la Manheim-Germania, n cadrul creia funciona o reea de 39 de staii de observaii amplasate att n Europa, ct i n Statele Unite ale Americii, precursoare a Organizaiei Meteorologice Internaionale (1873) i a Organizaiei Meteorologice Mondiale (23 martie, 1951), ca organizaie specializat a Organizaiei Naiunilor Unite, cu 179 de state membre n anul 1996, printre care i Romnia (din 1878, printre primele 10 state fondatoare ale primei organizaii internaionale), care coordoneaz ntreaga activitate meteorologic internaional i elaboreaz normele de efectuare a tuturor observaiilor meteorologice din lume. Prima hart sinoptic a fost realizat n Germania, la Leipzig, de ctre matematicianul H. V. Brandes, iar n Statele Unite ale Americii, aproximativ n aceeai perioad, Redfield ntocmea o serie de hri cu traiectoriile i sensul de micare ale aerului n cicloni. nscrierea18

elementelor meteorologice pe hri se fcea cu mult ntrziere, dup efectuarea observaiilor, hrile respective putnd fi utilizate numai n activitatea de diagnoz. Inventarea telegrafului de ctre S. Morse n anul 1843, a permis elaborarea primelor prognoze i avertizri de furtun, punndu-se astfel bazele meteorologiei sinoptice. n anul 1853, n Belgia, a avut loc prima Conferin internaional de meteorologie, iar n 1873, la Viena, primul Congres internaional. Dezvoltarea tehnologiei moderne, la sfritul secolului al XIX-lea i pe parcursul celui de al XX-lea (telefonul, radioul, mainile de calcul, radiosondele, radarul, sateliii i rachetele meteorologice, computerele i internetul) a impulsionat activitatea meteorologic, n special cea de prognoz, att de util n toate sectoarele activitii umane. Dac primele observaii meteorologice au fost la nceput disparate i se efectuau la ore diferite, neputndu-se coordona i stabili anumite concluzii, din deceniul al treilea al secolului al XVIII-lea ele s-au fcut sistematic. Dup nfiinarea Organizaiei Meteorologice Mondiale, afiliat Organizaiei Naiunilor Unite, s-a pus problema reorganizrii activitii meteorologice mondiale, conform noilor norme. La Geneva este sediul Secretariatului O.M.M., prof. G.O.P. Obasi fiind, n prezent, Secretar General. Aici funcioneaz o serie de comisii tehnice i grupe de lucru, care prezint rapoarte anuale de activitate. S-a convenit, de asemenea, ca data de 23 martie, cnd a fost nfiinat organizaia, s fie decretat Ziua Mondial a Meteorologiei, care se srbtorete n fiecare an. Realizarea primelor hri climatice a permis descoperirea legilor fundamentale referitoare la repartiia temperaturii i presiunii pe suprafaa globului i s-a putut reprezenta poziia principalelor sisteme barice permanente, evideniindu-se, astfel, influena distribuiei uscatului i apei asupra temperaturii i presiunii aerului. n cadrul Organizaiei Meteorologice Mondiale exist o larg cooperare internaional n cadrul unor proiecte de anvergur, cum ar fi sistemul mondial de cercetare global Veghea Meteorologic Mondial, ca un sistem fr precedent, fondat pe tehnici i metode moderne, pe utilizarea sateliilor artificiali, prelucrarea datelor n calculatoare puternice i folosirea metodelor matematice n meteorologie (Un secol de la nfiinarea Serviciului Meteorologic al Romniei, I.M.H., Bucureti, 1984) i recent programul CLIVAR, pentru variabilitate i predictibilitate meteorologic i climatic, n cadrul cruia sunt dezvoltate modele complexe de circulaie general atmosfer-ocean i scenarii ale creterii emisiilor de gaze cu efect de ser, responsabile de nclzirea global i de schimbrile climatice globale.19

1.4.2. Dezvoltarea Meteorologiei n Romnia Primele informaii, cu caracter general, asupra specificului vremii de pe teritoriul Romniei aparin poetului roman Publius Ovidius Naso, exilat la Tomis, pe litoralul Mrii Negre, n anul 8 d.Hr., care, citat de B.P. Hadeu, scria n lucrarea sa Tristae despre asprimea iernilor din Dobrogea. Din anul 1420, n Cronicele Braovului se gsesc informaii referitoare la fenomene meteorologice periculoase: geruri puternice, ninsori abundente, inundaii, grindin, secete, cu efecte grave, n special asupra agriculturii. n Letopiseul rii Moldovei, cronicarul Grigore Ureche, n anul 1585 descrie seceta puternic din acest an, n urma creia au secat izvoarele i blile. n anul 1716, Dimitrie Cantemir n lucrarea sa Descriptio Moldaviae face referiri la regimul climatic al Moldovei. Primele msurtori instrumentale au aparinut unor oameni de tiin dornici s investigheze aspectul vremii n oraele de domiciliu. Astfel, sunt observaii termometrice la Iai efectuate de medicul militar rus Lerche ntre anii 1770-1774, iar la Bucureti de ctre medicul Caraca ntre anii 1773-1789. n perioada 1829-1831, Gh Asachi public date meteorologice n ziarul Albina Romneasc. n anul 1836, prof. Poenaru efectueaz observaii meteorologice la Colegiul Sf. Sava din Bucureti. ncepnd cu anul 1856 sunt organizate observaii sistematice la coala de Medicin de ctre prof. dr. Carol Davila. Primele staii meteorologice permanente au fost nfiinate la Sibiu n anul 1851 i la Sulina n anul 1859, n cadrul Comisiei Dunrene, care au funcionat pn n prezent, observaiile fiind ntrerupte numai n perioada celui de al doilea rzboi mondial. n anul 1873 are loc primul Congres Internaional de Meteorologie de la Viena, dup care se nfiineaz n ara noastr o serie de staii meteorologice, iar prima reea naional aparine perioadei 1880-1884, nfiinat de ctre Petre Poni i tefan Hepites. Meteorologia ca tiin a nceput s se dezvolte dup nfiinarea Institutului Meteorologic la 30.07.1884, al crui prim director a fost tefan Hepites, care a iniiat i primele observaii fenologice pe ntreaga ar. n anul 1885 apare primul buletin meteorologic i ncepe extinderea reelei de staii meteorologice. n anul 1920, prin decretul lege nr. 3678, se hotrte separarea meteorologiei de Observatorul astronomic i revenirea acesteia la Ministerul Agriculturii i Domeniilor, unde s-a organizat Institutul20

Meteorologic Central. n aceast nou perioad a meteorologiei romneti un rol deosebit de important l-a avut prof. Enric Otetelianu. Este de menionat faptul c, n aceast perioad, Meteorologia a nceput s fie predat n nvmntul superior, la Facultatea de tiine din Bucureti ncepnd cu anul 1923 i la coala Superioar de Silvicultur, ncepnd cu anul 1919, trecut apoi la Politehnica din Bucureti. De asemenea, Noiuni de Meteorologie se predau la colile superioare de agricultur din Bucureti i Cluj, ncepnd cu anul 1921. Reorganizarea reelei de staii meteorologice se face n anul 1926, dup ce n timpul primului rzboi mondial se distrusese n cea mai mare parte. O a doua reorganizare are loc dup anul 1945. Din perioada interbelic trebuie amintit faptul c la 1.01.1930 se nfiineaz Observatorul Meteorologic Bneasa i primele Centre Regionale de prevedere a vremii i de protecie a navigaiei maritime la Constana n 1936, i aeriene la Bneasa i Cluj n 1938 i la Iai n 1941. Tot n acest an se nfiineaz catedra de Fizica Atmosferei la Facultatea de fizic-chimie din Bucureti. n 1946, Nicolae Topor elaboreaz primele prognoze de lung durat, iar n 1949 profesorul Mircea Herovanu nfiineaz Observatorul de Fizica Atmosferei de la Afumai. n 1951 Romnia particip la primul Congres al Organizaiei Meteorologice Mondiale ca membru fondator, iar n anul 1955 la Institutul Meteorologic Central din Bucureti se nfiineaz Secia de Agrometeorologie sub conducerea lui Virgil Jianu. ncepnd cu anii '60, Meteorologia se pred n toate Facultile de Geografie din ar. n aceeai perioad apar o serie de publicaii de valoare, cum sunt: Ani ploioi i secetoi, Viscolele din R.P.R., Regimul termic al solurilor din zonele agricole, Tipurile de circulaie i centri de aciune atmosferic deasupra Europei, articole de cercetare tiinific n Studii i Cercetri de Meteorologie i n revista Meteorologia, Hidrologia i Gospodrirea Apelor sub semntura unor prestigioi meteorologi: N. Topor, O. I. Blescu, C. Stoica, C. orodoc, N. Cristea, Florica Militaru, N. Beleag, I. Stncescu, A. Doneaud, D. Bacinski, Elena Milea, Rodica Stoian, Lidia Rahu, Ecaterina Ion Bordei, N. Ion Bordei, I. Drghici. I.V. Pescaru, n majoritate meteorologi previzioniti de marc. n acelai timp, activitatea de prognoz meteorologic pe 24, 36 i 48 de ore este mbuntit prin introducerea unor modele statistico-matematice i dinamice. De asemenea, s-au dezvoltat o serie de metode i modele matematice noi pentru elaborarea prognozelor de lung durat.21

n 1970 se constituie Institutul de Meteorologie i Hidrologie i se d n funciune staia de recepie a imaginilor satelitare. De-a lungul timpului, titulatura Institutului Meteorologic a fost de multe ori schimbat; n ultimii ani, activitile de Meteorologie i Hidrologie s-au separat, formndu-se Administraia Naional de Meteorologie (A.N.M.) i Institutul Naional de Hidrologie (I.N.H.). 1.5. Ramurile Meteorologiei Dezvoltarea meteorologiei de-a lungul timpului, necesitatea tot mai accentuat a folosirii datelor i prognozelor meteorologice n diverse ramuri ale activitii umane au dus la apariia i diversificarea ramurilor meteorologiei, ndeosebi a celor cu aplicativitate practic accentuat. Ramurile meteorologiei se pot mpri dup mai multe criterii: obiectul de studiu, nivelul stratului de aer studiat i domeniul practic vizat. Dup obiectul de studiu, ramurile principale ale Meteorologiei sunt urmtoarele: Actinometria sau radiometria studiaz componentele fluxului radiativ solar, radiaia atmosferic i terestr, dar i probleme legate de bilanul radiativ-caloric al sistemului Atmosfer-Pmnt; Meteorologia sinoptic cerceteaz macroprocesele din troposfer (activitatea ciclonilor i anticiclonilor, a maselor de aer i a fronturilor atmosferice etc.) n scopul prevederii vremii. Pentru scopul propus sunt ntocmite i studiate hrile sinoptice pe care sunt reprezentate cartografic elementele meteorologice principale ca: presiunea atmosferic, formele barice, temperatura, gradienii termici i barici orizontali, pentru depistarea direciei i vitezei vntului. Aceast ramur poart i denumirea de tiina prevederii vremii; Meteorologia dinamic studiaz din punct de vedere teoretic micrile aerului atmosferic i transformarea energiei acestora prin metode de analiz fizico-matematic ale termo i hidrodinamicii, pentru realizarea prognozelor meteorologice; Aerologia cerceteaz fenomenele i procesele fizice din atmosfera liber, pn la nlimea de 100 km; Aeronomia cerceteaz atmosfera superioar, procesele fizicochimice generate de activitatea solar n ionosfer, exosfer i magnetosfer. Folosete datele transmise de rachete i satelii meteorologici. n funcie de nlimea stratului de aer studiat, Meteorologia se poate mpri n urmtoarele ramuri:22

Micrometeorologia, care studiaz stratul de aer de lng sol pn la nlimea de 2 m, aflat sub aciunea puternic a suprafeei active subiacente; Fizica stratului de aer de la limita planetei sau Fizica stratului limit, care se ocup cu cercetarea proceselor fizice din aerul situat la nlimi cuprinse ntre 500 m i 2 000-3 000 m; Fizica atmosferei libere, care cerceteaz procesele fizice din aerul situat la nlimi foarte mari, de regul peste 3-5 km, ce corespund domeniilor Aerologiei i Aeronomiei. n funcie de aplicabilitatea n practic a rezultatelor cercetrii, Meteorologia se mparte n urmtoarele ramuri: Agrometeorologia sau Meteorologia agricol, care se ocup cu relaia dintre vreme i creterea, dezvoltarea i productivitatea plantelor i animalelor de ferm; Meteorologia silvic sau forestier, care studiaz relaiile dintre componentele vremii i dezvoltarea vegetaiei de pdure; Meteorologia aeronautic studiaz procesele i fenomenele atmosferice cu influen mare asupra navigaiei i transporturilor aeriene, n scopul protejrii acestora; Meteorologia marin care se ocup cu studierea condiiilor meteorologice de pe ntinderile marine i oceanice ale planetei, n scopul proteciei navigaiei i transportului de mrfuri; Meteorologia medical sau Biometeorologia (denumire improprie7); Meteorologia urbanistic studiaz rolul fenomenelor meteorologice n amplasarea i sistematizarea oraelor; Meteorologia balneo-climateric studiaz calitatea i influena factorilor meteorologici n cura balneo-climateric; Climatologia ce studiaz geneza climatelor, clasificarea, tipologia i repartiia geografic a diferitelor tipuri de climat, pe baza sintetizrii datelor meteorologice pe perioade lungi de timp8. 1.6. Relaia Meteorologiei cu alte tiine Meteorologia este, n acelai timp, o tiin veche, dar i nou i modern, care s-a adaptat permanent la cerinele tot mai sporite n concordan cu evoluia societii omeneti. Ca rspuns la aceste7 Vezi Rodica Povar (2001), Biometeorologie i Bioclimatologie, Editions du Goland, Bucureti. 8 Prerea noastr n aceast privin este expus n Climatologie general, Editura Fundaiei Romnia de Mine, Bucureti, 2004. 23

exigene, spectrul conexiunilor cu alte tiine devine tot mai larg, de la tiinele exacte trecnd prin cele fizico-geografice, geologice biologice, agronomice, medicale i pn la tiinele moderne, cum sunt informatica, statistica matematic, cibernetica etc. Meteorologia, al crei obiect de studiu l reprezint procesele i fenomenele fizice care se produc n cadrul atmosferei, un mediu gazos, legate de transformrile de faz ale apei, de micrile aerului ca urmare a diferenierilor n repartiia presiunii aerului, de prezena unor volume de aer ncrcate cu electricitate, are legturi strnse cu anumite capitole ale fizicii: termodinamica, mecanica fluidelor, electricitatea. optica etc. n acelai timp, studiind unul din subsistemele geosistemului, Meteorologia gsete rspunsuri n explicarea cauzal a fenomenelor ce se petrec n mediul aerian n alte procese i fenomene care aparin domeniilor celorlalte subsisteme terestre i n tiinele respective: geologie, geomorfologie, hidrologie, pedologie, botanic, geobotanic, medicin etc. Relaia cu alte tiine se materializeaz i prin adoptarea n cadrul cercetrilor i prognozelor meteorologie a unor metode i mijloace specifice altor tiine, cum sunt: statistica matematic, calculul diferenial i integral, calculul probabilitilor, informatica etc. Realizrile deosebite obinute n ultimii ani n domeniul tiinelor tehnice (electronic, electrotehnic, astronomie, astrofizic, radiometrie) sunt folosite din plin n meteorologie i au permis abordarea i aprofundarea unor studii referitoare la procesele macro atmosferice, cum sunt: poziia i direcia de deplasare a maselor de aer i a fronturilor atmosferice acompaniatoare, formarea i deplasarea sistemelor barice, a ciclonilor tropicali etc. Folosirea sateliilor meteorologici i a navetelor spaiale au facilitat o cunoatere aprofundat a studierii la nivel global a oceanului aerian i, implicit, apariia i dezvoltarea unei ramuri noi n meteorologie, meteorologia spaial. Necesitatea tot mai mare a folosirii cunotinelor din domeniul meteorologiei n diverse activiti umane demonstreaz gradul ridicat de aplicativitate practic i modernitatea acestei tiine, prin apariia unor ramuri noi ce se dezvolt nencetat, cum sunt: meteorologia medical, meteorologia estetic, meteorologia habitatelor etc.

24

2. ATMOSFERA TERESTR

Atmosfera este nveliul gazos al Terrei, considerat un imens ocean aerian pe fundul cruia i desfoar activitatea societatea uman (Mhra, 2001). Atmosfera este considerat interfaa dintre corpul planetar i spaiul interplanetar (Ecaterina Ion Bordei i Simona Cpun, 2000). Este constituit dintr-un amestec de gaze n care se afl n suspensie particule lichide solide sau gazoase de origine terestr i cosmic, natural sau antropic. Din punct de vedere teoretic, aerul atmosferic este considerat un gaz ideal, un fluid, care se supune legilor fizicii, n general, i ale mecanicii fluidelor, n particular. Aerul atmosferic este indispensabil vieii prin coninutul de oxigen necesar respiraiei i ofer protecie mpotriva radiaiilor solare ultraviolete care distrug viaa prin intermediul stratului de ozon. n acelai timp, el asigur o temperatur constant planetei Terra prin existena gazelor cu lungimi de und din domeniul infrarou, care funcioneaz ca un ecran protector mpotriva pierderii cldurii noaptea i nclzirii excesive ziua. 2.1. Origine. Form. Limite 2.1.1. Originea atmosferei n legtur cu originea atmosferei, s-au dezvoltat mai multe ipoteze. Prima consider c atmosfera s-ar fi format o dat cu Sistemul Solar, n urm cu aproximativ 4,6 miliarde de ani i ar trebui s conin aceleai gaze din care s-a format i planeta Pmnt: hidrogen, heliu, carbon i compuii lor: metan (CH4) i amoniac (NH3). Se tie, n prezent, din cercetarea spaiul interplanetar c hidrogenul i heliul se afl numai la limita superioar a atmosferei. Aceasta este considerat o situaie similar cu cea a Lunii, care datorit forei gravitaionale reduse, ca urmare a rotaiei n jurul axei sale a contribuit la pierderea n cosmos a apei i aerului (Ielenicz, 2000). O alt ipotez presupune c atmosfera terestr ar fi aprut n25

urma rcirii treptate a Pmntului, avnd ca rezultat: 85% vapori de ap, 10% dioxid de carbon i azot. Prin scderea temperaturii s-a produs condensarea vaporilor de ap, au aprut norii i precipitaiile, formndu-se astfel subsistemul hidrosfer. O parte din dioxidul de carbon s-a dizolvat n apa oceanelor, iar alta s-a acumulat n rocile calcaroase. n urma acestor procese atmosfera se mbogete treptat n azot, care i confer claritate i luminozitate. Datorit disocierii moleculelor de ap prin fluxul radiativ solar s-au format hidrogenul i oxigenul, ultimul fiind mai greu s-a acumulat, apariia lui genernd apariia primelor forme de via n ap, ferite de aciunea nociv a razelor ultraviolete, cum ar fi Euglena viridis, care i sintetizeaz energia prin fotosintez. O dat cu creterea concentraiei de oxigen din aer crete i proporia ozonului (O3) prin procesul de fotoionizare, care contribuie la dezvoltarea vieii i pe uscat. Intensificarea proceselor de fotosintez, respiraie i descompunere chimic ncepnd cu perioada cambrian (580 mil. ani n urm) a determinat apariia unei atmosferei secundare, care, n timp, a evoluat ctre cea prezent. O alt ipotez este de origine divin, creaionist, care consider vrsta atmosferei ntre 10 000 de ani i 30 000 de ani, care ar fi aprut o dat cu omul. Trebuie s considerm c formarea i evoluia atmosferei a fost ndelungat, fiind asociat cu cea a planetei nsi, ea modificndu-i compoziia n urma transformrilor de la suprafaa terestr, n funcie de evoluia societii omeneti. 2.1.2. Forma atmosferei Atmosfera efectueaz mpreun cu Pmntul micarea de rotaie n jurul axei polilor, deci ea mprumut forma acestuia de elipsoid de rotaie, adic mai turtit la poli i mai bombat la Ecuator. Astfel, la poli grosimea troposferei, primul strat al atmosferei, este de 7-9 km, iar la ecuator poate s ating 16-18 km. La nivelul paralelei de 45, n zonele temperate, grosimea acesteia este de 11-12 km. Soarele i Luna, prin atracia exercitat, determin n masa atmosferei micri asemntoare apei oceanelor i mrilor, de flux i reflux, cunoscute sub denumirea de maree atmosferic. Dimensiunile i forma atmosferei sufer modificri diurne i sezoniere n funcie de nclzirea i rcirea difereniat a acesteia i datorit presiunii exercitate de vntul solar. Ca urmare a acestor factori, atmosfera ar avea forma unui ovoid. O alt prere despre acest26

subiect a fost expus de V. G. Fesenkov, n anul 1960, acesta afirmnd c forma atmosferei ar fi de par, nu elipsoidal. Aceast concepie a fost confirmat ulterior de investigaiile prin intermediul sateliilor meteorologici, n urma crora s-a observat o turtire a atmosferei ctre Soare generat de vntul solar, un flux de protoni i electroni emii permanent de acesta i o prelungire n partea opus (fig. 2 a, b).Tropop a10

uz a

5 kmkm

Polul Nord

45

a18 km

Ecuator

PMNTULTR45

OP

OS

FE

RA

Polul Sud

Fig. 2. Forma teoretic a atmosferei inferioare (a); schema n plan orizontal, turtit n partea orientat spre Soare (b) Sursa: Mhra, 2001

2.1.3. Limitele atmosferei Limita inferioar a atmosferei este uor de delimitat deoarece aceasta se ntreptrunde cu celelalte subsisteme ale geosistemului: litosfera, hidrosfera, biosfera, pedosfera, reliefosfera, criosfera. Limita superioar este mai dificil de delimitat, deoarece, ntre atmosfer i spaiul cosmic, nu exist o limit clar, trecerea fiind treptat n urma rarefierii aerului. Este considerat totui ca limit superioar, spaiul27

pn la care se manifest procesele i fenomenele fizice caracteristice unui amestec gazos, adic aproximativ 1200-1800 km, unde se formeaz aurorele boreale, ca urmare a ionizrii aerului rarefiat. Teoretic, limita superioar a atmosferei s-ar afla n zona n care forele de gravitaie i centrifug ale Pmntului se echilibreaz, adic la nlimile de 28 000 km deasupra polilor i de 42 000 km deasupra ecuatorului. n realitate, la aceste nlimi aerul este foarte rarefiat, atomii gazelor scap de sub atracia gravitaional i ptrund n spaiul interplanetar. 2.2. Masa i densitatea atmosferei Masa real a atmosferei terestre este de 5,1471015 tone, reprezentnd o milionime din masa Pmntului, 5,981027 tone. Altitudinal, masa atmosferei scade datorit scderii presiunii i densitii aerului, astfel c, la nivelul mrii masa unui metru cub de aer are o valoare de 1,293 kg, la 12 km nlime este de 319 g, la 25 km de 43 g, iar la 40 km de 4 g. Jumtate din masa atmosferei este concentrat pn la nlimea de 5 km, iar aproape ntreaga cantitate pn la limita superioar a stratosferei. Densitatea este unul din parametrii principali ai atmosferei alturi de presiune, temperatur, mas i volum i reprezint raportul dintre mas i volum, exprimat n grame/cm3 sau kilograme/ m3. Densitatea aerului depinde de urmtorii parametri: altitudine, presiune, temperatur, umiditate. O dat cu creterea altitudinii, scade densitatea aerului i deci i presiunea i temperatura lui. n funcie de gradul de umezeal, s-a constatat c aerul uscat are o densitate mai mare dect aerul umed. Aerul uscat are, astfel, la nivelul mrii, o densitate de 0,001293 g/cm3 sau 1,293 kg/ m3, la o presiunea medie de 1013,25 mb i o temperatur de 0C.Tabelul 1. Relaia densitii aerului cu temperatura(C) i presiunea atmosferic (mb) Umezeala Aer uscat Temperatura -20 0 20 1000 mb 1,376 1,276 1,190 900 mb 1,239 1,148 1,070 Sursa: Ciulache, 2002 -20 1,375 1,239 Aer umed 0 20 1,273 1,180 1,145 1,061

De raportul dintre densitatea aerului i ceilali parametri28

meteorologici depind procesele termodinamice din aer, care determin stabilitatea sau instabilitatea vremii (tab.1). 2.3. Compoziia aerului atmosferic Atmosfera reprezint un amestec de gaze, n principal azot i oxigen (fapt demonstrat prima dat de ctre Lavoisier) n care se afl n suspensie diferite particule solide i lichide de origini diferite, denumite aerosoli. Gazele care formeaz aerul atmosferic sunt: azotul n proporie de 79,2%, oxigenul cu 20,8%, cantiti mici de bioxid de carbon, amoniac i vapori de ap. Azotul i oxigenul reprezint peste 99%, restul de 1%, celelalte gaze. Dup O.M.M., n aerul uscat pn la nlimea de 25 km se afl urmtoarele elemente: argon, bioxid de carbon, neon, heliu, kripton, hidrogen, xenon, ozon, radon, iod, metan, oxid de azot, ap oxigenat, bioxid de sulf, bioxid de azot, oxid de carbon, clorur de sodiu, amoniac. La suprafaa terestr, unele gaze sunt variabile, n special dioxidul de carbon, vaporii de ap, radonul i ozonul, iar oxigenul i hidrogenul sunt constante. O alt component a aerului atmosferic este reprezentat de suspensiile lichide i solide, numite aerosoli. n concluzie, atmosfera este alctuit din trei categorii principale de componente sau elemente: constante; variabile; aerosoli. 2.3.1. Elementele constante Sunt acelea care nu i schimb concentraia. Principale sunt: azotul (78%), i oxigenul (21%). Azotul este un element care nu ntreine viaa, dar n amestec cu oxigenul reduce fora oxidant a acestuia, fcnd posibil viaa pe Terra. Are un rol important n nutriia plantelor i este folosit pe scar larg n industriile chimic i farmaceutic la fabricarea ngrmintelor azotoase, a coloranilor i medicamentelor.

29

Oxigenul este cel mai important gaz deoarece ntreine viaa i are proprietatea de a absorbi radiaiile ultraviolete nocive (fig.3). Cantitatea de oxigen se pstreaz n limite constante deoarece pierderile prin respiraie i reaciile cu alte elemente sunt compensate prin aportul din procesul de fotosintez clorofilian a plantelor.

Fig. 3. Rolul protector al ozonului mpotriva radiaiilor ultraviolete

2.3.2. Elemente variabile Prezint variaii cantitative temporale i spaiale din cauze naturale sau antropice. Cele mai importante sunt: bioxidul (dioxidul) de carbon (0,02-0,03%), ozonul, vaporii de ap. 2.3.2.1. Bioxidul de carbon Este un produs de ardere, dar rezult i din procesele biochimice (respiraie, descompuneri organice i erupii vulcanice). Cele mai mari concentraii se gsesc deasupra marilor centre populate i industriale sau n regiunile cu intens activitate vulcanic. Este considerat principalul gaz cu efect de ser antropic, o dublare a concentraiei sale ar determina o nclzire a planetei cu 2-4C. De variaiile cantitii de bioxid de carbon sunt legate oscilaiile i schimbrile climatice. Ca urmare a impactului puternic antropic se estimeaz c n viitorii 10030

de ani cantitatea de bioxid de carbon va putea atinge 600 ppm9 Concentraia bioxidului de carbon scade proporional cu nlimea coloanei de aer, astfel c la 20-30 km cantitatea devine neglijabil. Este un gaz foarte important n fotosinteza plantelor, iar dizolvat n ap asigur nutriia acestora. n acelai timp absoarbe o parte din cldura format la suprafaa terestr prin convertirea energiei radiante i nclzete aerul troposferic, avnd astfel, un efect de ser natural mpreun cu vaporii de ap. 2.3.2.2.Ozonul Este un oxidant puternic foarte toxic, care se formeaz n atmosfer la nlimi de 10-60 km sub aciunea razelor ultraviolete i a particulelor electrizate emise de ctre Soare. Pe vertical, maximum de concentrare se afl ntre 25-30 km n stratosfer i ntre 40-50 km n mezosfer, zone care se numesc ozonosfere. n atmosfer au loc att procese de formare a ozonului, ct i procese de dezagregare cu degajare mare de cldur (cteva zeci de grade). Distrugerea ozonului se produce pe cale natural i antropic (cea mai periculoas): prin zborul avioanelor supersonice, a rachetelor, sateliilor, difuzarea n atmosfer a unor compui ai azotului din ngrmintele minerale azotoase i din emisii de clor. Pe cale natural, distrugerea ozonului este cauzat de absorbia radiaiilor ultraviolete: O3 + ultraviolete = O2 + O, prin ciocnirea atomilor de ozon cu atomii clorofluorocarburilor i a oxidului nitric: NO + O3 = NO 2 + O2 Ozonul are un rol protector deosebit de important asupra vieii de pe Pmnt, deoarece absoarbe radiaiile ultraviolete cu lungime de und scurt (0,22-0,29 ) nocive. ncepnd cu anul 1970 s-a descoperit deasupra Antarcticii diminuarea concentraiei i a stratului de ozon i apariia gurilor negre, fapt confirmat n 1980 de observaiile efectuate cu sateliii meteorologici. Diminuarea stratului de ozon i apariia gurilor negre i n alte zone de pe glob pun n pericol viaa, din acest motiv s-a elaborat la nivel mondial o strategie economic i politic de eliminare a efectelor activitii antropice asupra stratului de ozon, materializat prin acorduri, convenii internaionale, la care particip i Romnia.9

Pri pe milion pe volum de aer. 31

2.3.2.3.Vaporii de ap Ajung n aerul atmosferic n urma proceselor de evaporare de la suprafaa terestr, a proceselor fiziologice (respiraie i transpiraie a organismelor vii) i ca urmare a erupiilor vulcanice. Distribuia vaporilor de ap depinde de: temperatura aerului, prezena surselor de evaporare, dinamica curenilor de aer. ntotdeauna aerul cald este mai bogat n vapori de ap dect aerul rece. n sens vertical, concentraia lor scade cu altitudinea datorit condensrii i sublimrii, la 10 km nlime apar accidental, cea mai mare concentrare este pn la 5 km. Cea mai mare cantitate de vapori de ap (4%) se afl n zona ecuatorial i cea mai mic (0,1%) n zonele reci continentale. n cele temperate, procentul lor este diferit de la var (1,3%) la iarn (0,4%). Vaporii de ap au un rol deosebit de important, nu numai prin formarea precipitaiilor n urma proceselor de condensare i sublimare, dar i pentru faptul c ei absorb o parte din radiaiile infraroii emise de suprafaa terestr i le returneaz, amplificnd mpreun cu bioxidul de carbon efectul de ser natural. Fr existena vaporilor de ap n atmosfer, temperatura aerului ar fi cu mult mai sczut, comparativ ce cea actual, deci influeneaz i bilanul caloric al sistemului Atmosfer-Pmnt. 2.3.3. Aerosolii Sunt suspensii solide, lichide sau gazoase naturale sau de origine antropic, de natur mineral (cenu, fum, praf, sare marin) i organice (microorganisme). Suspensiile solide se mai numesc i pulberi i sunt particule cu diametre diferite, care plutesc sau cad pe suprafaa terestr. Originea lor poate fi natural sau antropic, cele naturale sunt minerale sau organice. Suspensiile naturale de origine mineral sunt: praful cosmic, praful terestru provenit din degradarea rocilor i uscarea solului, fumul i cenua vulcanic, fumul provenit n urma incendiilor, particule de sare marin etc. Praful terestru este purtat de curenii convectivi ascendeni n straturile nalte ale troposferei i prin intermediul vnturilor la mari distane fa de zonele de origine. Astfel, vntul cald care bate peste Deertul Sahara sirocco poate transporta pn n Europa particule ce conin oxizi de fier de culoare roie, pe care condenseaz vaporii de ap formnd aa numitele ploi de snge". n32

urma erupiei vulcanului Krakatoa din Indonezia, n anul 1883, cenua vulcanic a fost ridicat la peste 80 de kilometri i purtat de vnturi n jurul globului mult timp. Un alt exemplu l reprezint erupia vulcanului El Chichon din Mexic, n anul 1982, cnd cenua vulcanic n asociere cu unele gaze sulfuroase au fost purtate prin atmosfer pn deasupra statului american Wyoming, barnd ptrunderea radiaiei solare, ceea ce a determinat scderea temperaturii medii a aerului n anul 1984 cu 0,3C. Suspensiile minerale de origine antropic sunt rezultate n urma activitilor industriale i casnice: arderea combustibililor, industria cimentului, chimic, transporturi, agricultur. Cea mai mare cantitate este format din cenu, funingine, praf industrial, particule fine de ciment, oxizi etc. Ele reprezint importante nuclee de condensare i sublimare a vaporilor de ap, dar au i un rol negativ prin reducerea transparenei aerului i diminuarea radiaiei solare. Suspensiile organice sunt microorganisme: virui, bacterii, fermeni, fixate pe pulberi de origine mineral sau organic (polen, mucegaiuri, semine i spori de plante, fragmente fine vegetale sau animale. Cantitatea de microorganisme variaz n funcie de anotimp i de locul de origine. Deasupra marilor aglomerri urbane densitatea lor este mult mai mare dect deasupra marilor suprafee de ap. Suspensiile lichide i gazoase sunt de origine terestr i apar n urma manifestrilor vulcanice i postvulcanice (mofete i sulfatri), emanaii din izvoarele minerale i termale, din cmpurile gazifere i petrolifere etc. Majoritatea acestora intr n combinaie cu apa din atmosfer i formeaz substane nocive cum sunt acizii sulfuric i clorhidric. 2.4. Structura atmosferei 2.4.1. Structura vertical Atmosfera nu este omogen, ea este alctuit din straturi concentrice, cu proprieti fizice i chimice diferite. Principalele straturi adoptate n anul 1951 de ctre organizaia Meteorologic Mondial sunt: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera i exosfera (fig. 4).

33

Fig. 4. Structura vertical a atmosferei Sursa: Mhra, 2001

Troposfera este stratul inferior al atmosferei situat ntre 0 m i nlimea la care temperatura nu mai scade cu altitudinea. Aici este concentrat aproximativ 80% din masa atmosferei i aproape ntreaga cantitate de vapori de ap i se produc cele mai importante procese i fenomene fizice studiate n cadrul meteorologiei. Grosimea troposferei este variabil n funcie de marile zone climatice ale globului. Astfel, n zonele polare se situeaz pn la nlimi de 6-8 km, n zonele temperate nlimea ei ajunge la 10-12 km, iar n zona cald este cea mai mare, 16-18 km. n timpul anului, grosimea troposferei sufer variaii datorit modului diferit de nclzire a aerului, iarna fiind mai mic cu aproximativ 2 km. n troposfer se produc micrile convective ale aerului, ascendente i descendente, care contribuie la distribuirea temperaturii i umezelii aerului. Temperatura scade altitudinal conform gradientului termic vertical care are o valoare de circa 0,6C/100 m. Tot aici se produc micrile orizontale ale aerului sub forma vnturilor, conform gradientului baric orizontal, de asemenea, se34

produc procese i fenomene importante legate de sistemul de faze al apei: evaporare, condensare, sublimare, nori i precipitaii. Troposfera se mparte n: inferioar, mijlocie i superioar. Troposfera inferioar se afl ntre suprafaa terestr i aproximativ nlimea de 2 km. Acest substrat de aer este cel mai mult influenat de suprafaa terestr, n mod deosebit stratul microclimatic, de pn la 2 m. Conine cea mai mare cantitate de vapori de ap i nuclee de condensare a vaporilor, dar i cel mai nalt grad de poluare. Aici se formeaz norii inferiori i cei cu mare dezvoltare vertical care dau cele mai mari cantiti de precipitaii atmosferice. Este o zon important de turbulen a aerului, datorit frecrii de rugozitile suprafeei terestre. Troposfera mijlocie se situeaz ntre 2 km i 6-7 km, influena suprafeei terestre fiind foarte sczut. Se produc micri convective i advective ale aerului i se formeaz norii mijlocii. Troposfera superioar se afl la peste 7 km pn la tropopauz, iar influena suprafeei terestre este neglijabil, la fel i dinamica aerului. Temperatura aerului scade vertiginos ajungnd pn la -60C n zonele polare i pn la -80C n zona ecuatorial. n acest substrat al troposferei se formeaz norii superiori alctuii din cristale de ghea, genul Cirrus, din care nu cad precipitaii. Zona de trecere dintre troposfer i stratosfer, al doilea strat al atmosferei se realizeaz prin tropopauz, care are o grosime variabil de la cteva sute de metri pn la 1-2 km (n zona ecuatorial). Temperatura nu mai scade cu altitudinea (izotermie) i este sediul curenilor jet cu viteze foarte mari, 200-500 km/or. Stratosfera se ntinde de la tropopauz pn la 35 km i chiar 50 km, dup unii autori. Temperatura crete spre partea ei superioar pn la 0C la nlimea de 50 km. Umezeala aerului este foarte redus deoarece nu se produc cureni de aer verticali, care s transporte vaporii de ap. La aproximativ 25 km se afl o zon n care exist o concentraie mare a ozonului, numit ozonosfer. Mezosfera este situat ntre stratopauz i nlimea de 80 km. Aerul este foarte rarefiat. Densitatea aerului este redus, dar permite aprinderea meteoriilor. La 50-55 km se afl a doua concentraie masiv de ozon care formeaz ozonosfera n urma fotodisocierii moleculelor de oxigen. Temperatura este ridicat datorit procesului de absorbie a radiaiilor ultraviolete de ctre ozon. Termosfera este segmentul situat ntre 80 km i 1000-1200 km, unde gazele sunt puternic ionizate de ctre radiaiile gama, X i35

ultraviolete cu lungime de und sub 0,2 . Poriunea din termosfer situat ntre 60 km i 700 km este cunoscut sub numele de ionosfer, foarte important pentru comunicare prin undele radio. Dup gradul de ionizare i nlimea la care se reflect undele radio, ea este alctuit din mai multe straturi. La limita superioar temperatura aerului poate s ating valori deosebit de mari, 2000-3000C, datorit absorbiei radiaiilor ultraviolete de ctre moleculele de oxigen care se disociaz cu degajare de cldur. Exosfera este situat ntre 1000-1200 km i limita superioar a atmosferei. Este alctuit din gaze foarte rarefiate. Troposfera i stratosfera formeaz atmosfera inferioar, iar mezosfera, termosfera i exosfera formeaz atmosfera superioar. Dup ultimele cercetri efectuate cu ajutorul rachetelor i sateliilor meteorologici i n urma zborurilor extraterestre s-au stabilit urmtoarele diviziuni ale atmosferei: -homosfera (de la suprafaa Pmntului pn la nlimea de 90100 km, cu prezena stratului de ozon ntre 20-35 km i 50 km; -heterosfera de la limita homosferei pn la peste 10 000 km i este alctuit din patru straturi gazoase: stratul de azot molecular, stratul de oxigen atomic, stratul de heliu, stratul de hidrogen atomic. Tot n urma cercetrilor recente s-a dovedit c Pmntul este nconjurat de un vast cmp electromagnetic, care se ntinde n afara atmosferei la distane cuprinse ntre 65 000km i 130 000 km, nveli numit magnetosfer, urmat de magnetopauza n care influena cmpului magnetic nceteaz. n acest spaiu exist trei centuri de radiaie numite centurile lui Van Allen, dup numele celui care le-a descoperit, formate din protoni, electroni i neutroni de mare energie captai din radiaia corpuscular cosmic. 2.4.2. Structura orizontal Se caracterizeaz prin neuniformitate, troposfera fiind alctuit din volume mari de aer cu proprieti fizice relativ constante, denumite mase de aer. Ele se ntind pe mii de kilometri orizontal, iar vertical pot ajunge pn la limita superioar a troposferei i se formeaz prin cantonarea i stagnarea lor deasupra unor regiuni geografice cu condiii termice i hidrice constante. Masele de aer se deplaseaz de la o regiune geografic la alta, zona de contact dintre ele fiind frontul atmosferic. Masele de aer i fronturile atmosferice sunt elementele de baz care determin aspectul i evoluia vremii i sunt studiate n cadrul Meteorologiei sinoptice sau prevederea timpului.36

2.5. Poluarea aerului Prin poluare se nelege procesul de acumulare n aer a unor substane aflate n diferite stri (gazoas, solid i lichid) care sunt sau pot deveni periculoase vieii i activitii omeneti atunci cnd concentraiile lor depesc normele maxime admise. Poluarea atmosferei reprezint o problem grav pentru omenire, ce st n permanen n atenia Organizaiei Meteorologice Mondiale i este datorat n principal industrializrii i urbanizrii accentuate. Efectele polurii se traduc prin modificri ale tuturor elementelor meteorologice principale, reducerea radiaiei solare, creterea temperaturii i a impurificrii aerului datorit gazelor nocive acumulate n straturile inferioare ale troposferei, cu consecine grave asupra sntii oamenilor i asupra ntregii viei pe Pmnt. Sursele de poluare pot fi majore i minore. Dintre cele majore, care particip cu peste 50%, trebuie amintite: - autovehiculele (genereaz oxid de carbon, hidrocarburi, oxizi de azot i sulf); - activitile industriale (elimin oxizi de sulf, carbon i azot, hidrocarburi, particule solide aflate n suspensie sau sedimentabile); - marile complexe energetice (produc oxizi de sulf i azot, pulberi n suspensie i sedimentabile); - nclzirea locuinelor (elimin noxe din categoria oxizilor de sulf i carbon); - arderea deeurilor (eman oxizi de carbon, azot i sulf, hidrocarburi, particule solide n suspensie i sedimentabile). Sursele minore le includ pe cele generatoare de: - praf (circulaia rutier, demolrile, activitile gospodreti); - fum (incendiile, igrile); - aerosoli (spray-uri); - germeni microbieni (oameni, animale). n afar de aceste surse permanente, poluarea atmosferei mai este cauzat i de manifestri accidentale, cum ar fi: aciuni militare (explozii atomice, chimice, bacteriologice), accidente la centrale nucleare (Cernobl, 1986), aciuni teroriste (World Trade Center 2001, explozii ale aeronavelor, mainilor capcan etc.), explozii ale uzinelor chimice, ale navelor marine i oceanice etc. Principalii poluani cu efect negativ asupra atmosferei i implicit asupra climei i sntii organismelor vii sunt:37

- compuii sulfului: dioxid (bioxid) de sulf (SO2), hidrogen sulfurat (H2S), acid sulfuros (H2SO3), acid sulfuric ((H2SO4), diferite sruri (sulfii, sulfai); - compuii carbonului: oxizi de carbon (CO, CO2), hidrocarburi (HC), aldehide; - compuii azotului: oxizii de azot (NOx), amoniacul (NH3), diveri nitrai (componeni ai smogului fotochimic); - ozonul (O3); - substane radioactive; - suspensii solide: cenu, funingine, gudroane. Toate aceste categorii de poluani prezint o variaie a concentraiei lor n timp i spaiu, fiind mai frecvente n aerul de deasupra marilor aglomeraii urbane i industriale, cu diferene mari ntre centrul oraelor i periferii (Constana Trufa, 2003)Profilul temperaturii aerului

Strat de inversiune termic

Stratul de turbulen TemperaturaFig. 5. Rolul inversiunilor termice n concentrarea poluanilor

Consecinele meteorologice i climatice ale prezenei surselor de poluare sunt: reducerea intensitii radiaiei solare; creterea opacitii atmosferei; intensificarea efectului de ser datorit absorbiei radiaiilor infraroii; creterea temperaturii aerului, ndeosebi n marile centre urbane; creterea nebulozitii;38

creterea umezelii relative a aerului; amplificarea fenomenului de cea; creterea cantitilor de precipitaii datorit nucleelor de condensare sporite. Un rol important n creterea gradului de poluare revine tipului de stratificaie termic a aerului, de vnt i precipitaii. n acest sens, inversiunile de temperatur i calmul atmosferic mresc concentraia poluanilor (fig. 5), n timp ce turbulena aerului disperseaz poluanii. Precipitaiile atmosferice filtreaz aerul prin antrenarea n cdere a impuritilor, de aceea dup ploaie atmosfera este mai curat. 2.5.1. Gazele cu efect de ser La suprafaa Terrei i n primii 5 km ai troposferei apare un fenomen natural numit efect de ser. Acesta poate fi definit ca un rezultat al mecanismului prin care stratul de aer nconjurtor acioneaz ca un ecran protector att pentru radiaia solar incident, ct i pentru contraradiaia atmosferic. Prin absorbia energiei contraradiat de suprafaa terestr, din spectrul infrarou, sistemul Pmnt-Atmosfer (n troposfera joas pn la 5000 m altitudine) primete un surplus termic de +33C. n acest proces, factorul esenial este reprezentat de vaporii de ap, care contribuie cu 62,5%, diferena de 37,5% fiind adus de alte gaze cu efect de ser, printre care: bioxidul de carbon, metanul, bioxidul de azot, ozonul, clorofluorocarburile i aerosolii. n ultimele decenii de industrializare puternic, echilibrul gazelor care asigur efectul de ser natural a fost puternic perturbat datorit creterii concentraiei de gaze reziduale i de particule diferite de cele care se gsesc n mod natural n troposfer. n acest fel, efectul de ser natural a fost amplificat prin aportul efectului de ser antropic, mecanism n care, creterea concentraiei de bioxid de carbon, deine rolul principal. n opinia multor cercettori, acesta ar reprezenta una din cauzele majore ale schimbrilor climatice actuale, observate tot mai intens la nivel global, prin efectele lor negative asupra populaiei i mediului natural. Gazele cu efect de ser antropic sunt acele combinaii de elemente chimice care prezint o capacitate mare de absorbie a radiaiilor din domeniul infrarou al spectrului radiativ solar, considerate rspunztoare de tendina de nclzire a climei terestre. Creterea emisiilor de gaze cu efect de ser se datoreaz activitilor umane sporite n domeniile industriei, transporturilor, agriculturii etc.39

Creterea acestor activiti depinde, la rndul ei, de: dezvoltarea economic, nivelul tehnologiei, rezervele energetice, demografie. Principalele gaze cu efect de ser sunt: bioxidul de carbon, bioxidul de azot, metanul, clorofluorocarbonaii (C.F.C.) sau freonii, ozonul, aerosolii. Concentraiile actuale ale acestor gaze n atmosfer sunt mult peste valorile normale. n aceast situaie ele au un rol n nclzirea sau rcirea climei (prerile sunt controversate, ca i faptul c variaiile pe care le produc asupra elementelor climatice sunt incluse n fenomenul de variabilitate climatic fireasc sau aparin schimbrilor climatice). Gazele cu efect de ser determin nclzirea atmosferei joase i a suprafeei terestre i o rcire, prin compensaie, a atmosferei nalte. Bioxidul de carbon acumulat n atmosfer de la nceputul secolului al XIX-lea (pus n eviden prin analiza bulelor de aer din masa ghearilor) a determinat nclzirea suprafeei terestre cu 1,3 W/m, iar mpreun cu alte gaze 2,2W/m (conform calculelor). O dublare a acestei concentraii de bioxid de carbon de la 300 ppmv10 la 600 ppmv ar determina o cretere a cldurii de 4W/m i o ridicare a temperaturii globale n urmtorii 20-30 ani cu pn la 4-5C. Creterea aceasta a concentraiei bioxidului de carbon din atmosfer este considerat de muli climatologi cauza principal a schimbrii climei globale n urmtorii 100 de ani (o problem destul de controversat, acceptat de unii i, n acelai timp, respins de alii), cu implicaii majore asupra vieii de pe planet. Observaii i msurtori exacte asupra concentraiei de CO2 din atmosfer au nceput n anul 1958 la staiile Mauna Loa (Arhipelagul Hawai) i Polul Sud. Investigarea ghearilor din Antarctida a pus n eviden o cretere treptat a concentraiei de bioxid de carbon n perioada postindustrial (dup 1740) i foarte rapid n ultimele trei decenii ale secolului al XX-lea (fig. 6). Aceast cretere rapid, de la aproximativ 280 ppmv n 1750 la 370 ppmv la sfritul anului 200111se datoreaz, n principal, activitii umane i arderii combustibililor fosili. Chiar n situaia sistrii emisiilor antropice de bioxid de carbon, concentraia lui mare din mediul aerian i cel oceanic nu ar reveni la nivelul preindustrial nici pe parcursul a ctorva secole, deci mult timp, de aici ncolo, el va continua s influeneze clima globului.Pri de milion pe volum n mesajul Secretarului General al O.M.M., O.P.Obasi, la Ziua Mondial a Meteorologiei, 23 martie, 2003. 4011 10

Fig. 6. Variaia concentraiei de dioxid de carbon pe baza msurtorilor de la Siple Station (Antarctica) i Mauna Loa (Hawaii) Sursa: Chiotoroiu, 1997

Metanul (CH4) se afl n atmosfer din surse naturale i antropice. Creterea concentraiei sale este legat, n principal, de cultivarea orezului i creterea vitelor, n prezent fiind mai mult dect dubl, comparativ cu perioada preindustrial, i cea mai mare din ultimii 150 000 ani, curba de evoluie mergnd paralel cu creterea populaiei. Durata de via a metanului este mic (10 ani) fa de a altor gaze cu efect de ser. Stabilizarea concentraiei la nivelul actual presupune o reducere a emisiilor cu 15-20%. Clorofluorocarbonaii (CFC) sunt substane chimice de origine antropic, foarte nocive, deoarece afecteaz stratul de ozon stratosferic i amplific efectul de ser. La sfritul deceniul al 9-lea din secolul al XX-lea, concentraiile acestor compui chimici oscilau ntre 280 pptv12 pentru CFC-11 i 484 pptv pentru CFC-12, care au durate de via de 65 ani i respectiv 130 ani. Sunt folosii n industria chimic drept propulsori ai aerosolilor, refrigerani, ageni generatori de spum, solveni n industrie i n ntreinerea locuinelor. Ritmul de cretere a concentraiei lor n atmosfer este mult mai mare (cu 4% i peste pe an) dect a altor gaze cu efect de ser. Strategiile mondiale privind reducerea concentraiei atmosferice a acestor gaze presupun nlocuirea lor cu hidrofluorocarbonai (HFC) i hidroclorofluorocarbonai (HCFC), a cror viabilitate este mai redus (1-40 ani). Ozonul (O3) din stratosfer are un rol deosebit de important n12

Pri de trilion din volum 41

aprarea suprafeei terestre de aciunea nociv a radiaiilor ultraviolete i n procesele chimice din troposfer i stratosfer, influennd bilanul radiativ. Dintre toate dezastrele naturale care amenin omenirea n viitorii ani (conform modelelor i prognozelor climatice, cel mai sumbru i apropiat ca timp de producere este distrugerea treptat a stratului de ozon. Lipsa acestuia ar face viaa imposibil pe Terra. n distrugerea stratului de ozon un rol covritor l au creterea clorofluorocarbonailor i oxidului de azot de natur antropic. O alt cauz ar fi zborul avioanelor supersonice la altitudini mari (18-22 km), deoarece temperatura de funcionare a reactoarelor acestora este suficient de mare pentru a disocia moleculele de azot ale aerului aspirat. Problema distrugerii stratului de ozon a revenit n atenia opiniei publice n anul 1985, cnd s-au publicat rapoartele tiinifice privitoare la existena unui gol (gaur neagr) n nveliul de ozon, deasupra Polului Sud. Reducerea cu peste 40% a nveliului de ozon ncepnd din anul 1977 a fost att de neateptat, nct descoperitorii ei, cercettorii britanici, au atribuit-o iniial unei erori tehnice. n ultimii 20 ani s-a remarcat scderea ozonului cu 3,4-5,1% n emisfera nordic la latitudinile temperate, fenomen mai intens n anotimpul de iarn. Conform conveniilor internaionale, se preconizeaz reducerile emisiilor de CFC, N2O i CH4 i, n situaia n care aceste emisii vor fi controlate, pentru anul 2060 se prognozeaz o reducere a ozonului stratosferic cu 0-4% n zonele tropicale i cu 4-12% la latitudini medii i nalte.

42

3. ENERGIA RADIANT

Reprezint totalitatea fluxurilor de radiaii ce strbat atmosfera, a schimburilor i transformrilor energiei radiante a Soarelui n energie caloric de ctre suprafaa activ terestr, distribuite ascendent (nclzirea i rcirea aerului atmosferic, n special a celui troposferic) i descendent (nclzirea i rcirea apei i a solului). Sursa energetic principal este radiaia solar, n timp ce radiaia atmosferic i cea terestr au o pondere mai mic, uneori nensemnat, i care sunt tot un rezultat al sursei principale, Soarele. Energia total emis de ctre Soare este de 6,15 kw/cm, iar energia solar recepionat de suprafaa terestr ntr-o zi i jumtate, reprezint ntreaga cantitate de energie produs n toate centralele electrice de pe glob n timp de un an (Mhra, 2001). 3.1. Tipuri de radiaii n atmosfer Toate procesele fizice, chimice i biologice de la nivelul suprafeei terestre i din atmosfer sunt determinate de energia radiant a Soarelui. Cantitatea de energie radiant solar czut pe un centimetru ptrat de suprafa neagr aezat perpendicular pe direcia razelor solare, la limita superioar a atmosferei, n timp de un minut poart denumirea de constanta solar (S0). Valoarea ei este de 1,91 cal/cm2/min., acceptat de toi cercettorii din domeniul radiometriei sau actinometriei13. Fluxurile de energie radiant solar ce traverseaz atmosfera pot fi sub form de unde electromagnetice sau termice, care alctuiesc spectrul solar (radiativ sau electromagnetic), corpusculare i cosmice, a cror importan n meteorologie i climatologie este infim, comparativ cu a primelor. Radiaiile corpusculare sunt transmise prin particule elementare de ioni, protoni, electroni i neutroni cu energii foarte ridicate i prin particule i . Ele nu ajung la suprafaa terestr, fiind dirijate prin13 Radiometria sau actinometria este o ramur a Meteorologiei care se ocup cu studierea i msurarea diferitelor tipuri de radiaii solare. 43

intermediul cmpului magnetic terestru spre regiunile polare, unde la nlimi foarte mari contribuie la ionizarea aerului i la formarea aurorelor polare. Radiaiile electromagnetice sau termice se transmit sub form de unde cu vitez mare de propagare, 300 000 km/s. Au cea mai mare importan pentru Terra i formeaz spectrul solar. Undele electromagnetice sunt caracterizate prin lungime de und i frecven, mecanica cuantic asociindu-le particule numite fotoni. 3.2. Spectrul radiaiilor solare Din cantitatea total de radiaii din atmosfer (emise de sistemul Soare-Pmnt-Atmosfer), care au cea mai mare importan n desfurarea proceselor fizice i n geneza climei, 99% sunt situate n zona spectrului electromagnetic, cu lungimi de und () cuprinse ntre 0,17 i 80-100 , aparinnd celor trei domenii principale: ultraviolete, vizibile i infraroii. Doar 1% aparin microundelor i undelor radio (la extremitatea energetic inferioar) i radiaiilor Rentgen (x i gamma), la cea superioar. 3.2.1. Radiaiile ultraviolete Reprezint 7% din energia radiant, cu lungimi de und cuprinse ntre 0,01-0,4 . Ele sunt invizibile i foarte periculoase, din aceast cauz se mai numesc i radiaii chimice datorit efectelor produse. n lipsa ecranului protector reprezentat de stratul de ozon, viaa pe Terra nu ar fi posibil. Efectele negative asupra organismelor vii sunt foarte puternice, expunerea ndelungat ducnd la sterilitate, cancer, boli i mutaii genetice. 3.2.2. Radiaiile vizibile Au lungimi de und cuprinse ntre 0,4-0,76 . Acest domeniu al radiaiilor vizibile ocup 44% din totalul energiei radiante solare i cuprinde cele 7 culori (tabelul 2), care mpreun dau lumina alb, valoarea maxim a concentraiei fiind pe lungimea de und de 0,476 , corespunztoare radiaiilor albastre, de unde i culoarea albastr a cerului senin. Radiaiile vizibile au o importan deosebit asupra plantelor, n procesele vegetative i generative (de fructificare), cunoscndu-se faptul c fotosinteza plantelor verzi se desfoar numai n prezena luminii. Radiaiile active n fotomorfogeneza plantelor sunt cele cu lungimi de44

und cuprinse ntre 0,2 i 0,8 m, n particular, ntre 660-730 nm14, care asigur fructificarea (Sndoiu, 2000).Tabelul 2. Lungimea de und specific radiaiilor vizibile Nr. crt. 1 2 3 4 5 6 7 Culoarea Rou Portocaliu Galben Verde Albastru Indigo Violet Lungimi de und n 0,62-0,76 0,59-0,62 0,54-0,58 0,50-0,55 0,45-0,49 0,41-0,44 0,39-0,45

3.2.3. Radiaiile infraroii Se mai numesc i calorice, cu lungimi de und cuprinse ntre 0,76 i 500 , reprezentnd 37% din spectrul solar.

Fig. 7. Distribuia procentual a energiei radiante solare n diferite regiuni spectrale (a), repartiia energiei n spectrul solar la diferite nlimi ale Soarelui deasupra orizontului (b). Sursa: Mhra, 2001

n cadrul spectrului energetic solar se mai afl n partea sa14

Nanomicroni 45

inferioar zona undelor radio i a microundelor cu lungimi de und de 0,1-300 mm, iar la partea superioar, radiaiile Rentgen X i gamma. Radiaia solar se modific din punct de vedere spectral datorit nlimii Soarelui deasupra orizontului: la 90, ponderea cea mai mare revine radiaiei vizibile (46%) i celei infraroii (50%), ultravioletele ocupnd numai 4%, iar la 0,5 predomin radiaia infraroie (72%), cea ultraviolet lipsind (fig. 7 a, b). Fluxurile radiative cu direcia Soare Pmnt sunt radiaii de und scurt i cuprind: radiaia solar direct, radiaia difuz, radiaia global i radiaia reflectat, iar cele cu direcia Pmnt Atmosfer, sunt considerate de und lung i cuprind: radiaia terestr, radiaia atmosferei i radiaia efectiv. Ca urmare a existenei celor dou tipuri de fluxuri direcionate diferit, se creeaz un bilan radiativ-caloric al sistemului Soare-Pmnt-Atmosfer, prin care se exprim diferena dintre energia primit i cedat, dintre aportul i consumul de cldur la suprafaa terestr. 3.3. Factorii care influeneaz radiaia solar Cantitatea de cldur pe care o primete Terra depinde de factori astronomici, cum sunt: forma i micrile Pmntului, nclinarea axei sale n raport de planul eclipticii. Factorii astronomici sau cosmici au consecine importante asupra distanei la care se afl n permanen planeta fa de Soare n cursul anului ca urmare a micrii de revoluie, duratei zilelor i nopilor, ca urmare a micrii de rotaie, oblicitii razelor solare n cursul zilei i al anului, duratei iluminrii i unghiului de inciden sub care cad razele Soarelui. Toate aceste consecine se rsfrng asupra energiei radiante i a fluxului radiativ care ajunge la suprafaa terestr i implicit la nclzirea globului prin conversia energiei radiante solare n energie caloric de ctre suprafaa activ. 3.3.1. Durata de insolaie Se mai numete i iluminare i reprezint timpul efectiv n care suprafaa terestr primete radiaii de la Soare. Durata de insolaie este diferit datorit nclinrii axei terestre fa de planul eclipticii (6633'') i fa de perpendiculara pe aceasta. Astfel apare o durat diferit a zilelor i iluminrii de la Ecuator ctre poli (fig. 8) i pe cele dou emisfere, difereniind cantitatea de radiaie solar primit i, implicit, regimul insolaiei. n emisfera nordic, n luna ianuarie, durata zilei46

scade ctre latitudinile superioare, la Ecuator fiind egal cu a nopii avnd 12 ore, la tropice 10 ore i 48 de minute, la 40 latitudine, 9 ore, iar peste 66 latitudine este de 0 ore, noaptea polar fiind de 6 luni. n emisfera sudic, durata zilei crete ctre latitudinile superioare de la 12 ore la Ecuator la 6 luni peste latitudinea de 66, unde este ziua polar.Fig. 8. Durata iluminrii i unghiul de inciden a razelor

solare la diferite latitudini n ziua solstiiului de iarn. Sursa: Mhra, 2001

3.3.2. Unghiul de inciden Are un rol important n modificarea intensitii radiaiei solare pe suprafaa terestr. Radiaiile solare cad perpendicular i nclzesc o suprafa mult mai mare dect radiaiile solare oblice. Valoarea unghiului de inciden depinde de nlimea Soarelui deasupra orizontului, care se afl n dependen de latitudinea locului i de momentul zilei. Are o valoare maxim la amiaz, cnd nlimea Soarelui este de 90 n zona intertropical la echinocii i la tropice, n timpul solstiiului din emisfera respectiv. Regiunile polare sunt lipsite aproximativ 6 luni (noaptea i, respectiv, ziua polar) de afluxul de radiaie solar, datorit formei Pmntului (geoid de rotaie) i nclinrii axei terestre,47

cum s-a vzut anterior. 3.3.3. Distana Pmnt-Soare Intensitatea radiaiilor solare este invers proporional cu ptratul distanei dintre Pmnt i Soare (legea Kepler). Conform acestei legi, cea mai mic distan este la periheliu, iar intensitatea radiaiilor solare este cu 7%