METEOROLOGIE SI CLIMATOLOGIE

- NOTE DE CURS PENTRU STUDENTII ECOLOGI 2005

0

CUPRINS Cuvnt nainte Momente din istoria meteorologiei

Pag. 4

Partea I : Unele probleme de meteorologie pentru ecologiCapitolul 1. Meteorologia i Organizaia Meteorologic Mondial 1.1. Meteorologia i obiectul su de studiu 1.2. Compartimentele de cercetare ale meteorologiei 1.3. Observaia meteorologic n conformitate cu normele OMM 1.3.1. Programul de observaii 1.3.2. Calcularea momentului de timp al observaiei la punct fix 1.3.3. Reeaua meteorologic de staii cu amplasare la sol funcioneaz n conformitate cu normele OMM 1.3.3.1. Densitatea reelei de staii meteorologice 1.3.3.2. Alegerea terenului pentru staiile meteorologice de suprafa - stabilirea reprezentativitii lor 1.3.4. Instrumentaia i aparatura clasic obligatorie a staiei meteorologice de suprafa 1.3.4.1. Instrumentaia i aparatura 1.3.4.2. Msurtori meteorologice 1.4. Sistemul meteorologic mondial, Organizaia Meteorologic Mondial 1.4.1. Sistemul meteorologic mondial 1.4.2. Sistemul meteorologic naional din Romnia 1.4.3. O.M.M Organizaia Meteorologic Mondial 11

Capitolul 2. Atmosfera, ultimul nveli al planetei Pmnt2.1. Atmosfera - identitate, form i dimensiuni 2.1.1. Definirea atmosferei 2.1.2. Opinii asupra originii atmosferei 2.1.3. Forma i dimensiunile de baz ale atmosferei 2.2. Aerul atmosferic - compoziie i proprieti fizicochimice 2.2.1.Constituenii gazoi ai atmosferei; compoziia atmosferei standard 2.2.2. Suspensiile din atmosfer 2.3. Stratificarea vertical a atmosferei

32

1

Capitolul 3. Radiaia solar, terestr i atmosferic; Bilanul radiativ3.1. Soarele, sursa cosmic radiativ 3.1.1 Spectrul solar 3.1.2 Radiaia solar direct 3.1.3 Radiaia solar difuz 3.1.4 Radiaia global 3.1.5 Reflexia radiaiei solare; albedoul. 3.1.6 Iluminarea i luminozitatea 3.2. Radiaia terestr 3.3. Radiaia atmosferei i contraradiaia atmosferei 3.3.1. Radiaia efectiv 3.4. Bilanul radiativ 3.4.1 Bilanul radiativ al suprafeei terestre 3.4.2 Bilanul radiativ al sistemului Pmnt-atmosfer

71

Capitolul 4. Circulaia general a aerului n troposfer; puncte devedere 4.1. 4.2. 4.3. Circulaia unicelular a aerului troposferic Circulaia tricelular a aerului troposferic Teoria Leroux sau a AMP-urilor

88

Capitolul 5. Formele barice majore: anticiclonii i ciclonii trsturi generale;fronturi atmosferice; mase de aer5.1. Formele barice majore ale Troposferei: anticiclonii i ciclonii 5.1.1. Trsturi generale 5.1.2. Anticiclonii 5.1.3. Ciclonii 5.2. Fronturi atmosferice 5.2.1. Clasificarea fronturilor 5.2.2. Frontul rece 5.2.3. Frontul cald 5.2.4. Frontul oclus 5.3. Masele de aer 5.3.1. Trsturi definitorii 5.3.2. Proprietile maselor de aer, conservative i neconservative 5.3.3. Clasificri ale maselor de aer

110

2

Capitolul 6. Poluarea atmosferei6.1. Scurt istoric 6.2. Sursele polurii aerului 6.3 Principalii poluani i efectele lor asupra sntii - pe scurt 6.3.1. Clasificarea poluanilor 6.3.2. Dimensiunile poluanilor 6.4. Variaia concentraiei poluanilor n spaiu i timp 6.5. Impactul impurificrii aerului i msurile luate de om

148

Partea a II-a Zonarea climatic a planetei Pmnt; Clima Romniei Capitolul 7. Zonarea climatic a planetei Pmnt7.1. Zona cald a planetei i tipurile sale climatice 7.2. Zona temperat i tipurile sale climatice 7.3. Zona rece 7.4. Clima montan 163

Capitolul 8. Clima Romniei8.1. Factorii care determin clima Romniei 8.2. Regimul i repartiia temperaturilor 8.3. Precipitaiile atmosferice n Romnia 8.4. Regimul eolian n Romnia 8.5. Etaje i nuane n clima Romniei 8.5.1. Etajele climatice ale Romniei 8.5.2. Nuanele sau influenele climatice colaterale 8.6. Procese meteoclimatice n Romnia, induse de Carpai

184

3

Cuvnt nainteCursul de fa aduce n atenia studenilor ecologi, dar i n atenia multor categorii de intelectuali interesai, unele dintre problemele actuale cu care se confrunt cunoaterea nveliului atmosferic, dac este privit ca parte component a ansamblului de mediu al Terrei. Alegerea problematicii s-a fcut de aa natur nct s exprime cele dou forme de participare ale atmosferei n ansamblul de mediu i anume: cea structural i cea funcional. Fiecare problem aleas este prezentat sau susinut prin autorii de referin care au lansat-o sau au rezolvat-o, n aa fel nct studentul s fie informat asupra stadiului de soluionare tiinific a acesteia. Cursul de fa NU i-a propus s fie exhaustiv; el a fost conceput drept suport de studiu pentru studenii de anul II ai Facultii de Ecologie din Universitatea Ecologic Bucureti care studiaz atmosfera ca element de mediu, ca parte a unui ntreg dat. Nu i-a propus nici s fie minimal sau foarte tehnic, deoarece cei ce-l studiaz vor ajunge ecologi i nu meteorologi sau climatologi i nici piloi. Este, de aceea, un summum coerent de prelegeri pe teme clasice i actuale de meteorologie i climatologie, cu o structur care respect ntrutotul programa analitic a disciplinei Meteorologie i Climatologie aprobat n cadrul Catedrei de Protecia i Ingineria Mediului din Facultatea de Ecologie a Universitii Ecologice Bucureti. Caietul de lucrri practice- editat n 1999 n cadrul aceleiai Universiti - care secondeaz cursul de fa n procesul de nvmnt, ncearc s-l deprind pe ecologul de mine s integreze informaia meteoclimatic ntrun ansamblu de date de evaluare, ct mai corect, a unor situaii reale din natur, cu care el se va confrunta i n care va trebui s ia decizii de protecie a mediului n localitatea sau zona geografic pe care o va supraveghea.

4

MOMENTE DIN ISTORIA METEOROLOGIEI

Pe fondul general de team fa de stihiile naturii, omul a fost preocupat de fenomenele atmosferei nc de la nceputurile sale pe planeta Pmnt. Meteorologii de astzi spun chiar c primele reguli empirice asupra mersului local al vremii se pierd n preistorie, dar se regsesc, pn astzi, n folclor. Lumea antic, prin personalitile sale celebre a cutat i a gsit rspunsuri, adesea fascinante, cu valoare de reguli, unor probleme ale nveliului de aer cum ar fi: micarea aerului i producerea vntului, formarea norilor, producerea fulgerelor, etc. (n Atena antic au aprut chiar unele instrumente pentru determinarea direciei i intensitii vntului). Iat cteva nume de referin: Herodot (484-425 .C), marele geograf i cltor al lumii antice face nsemnri de finee asupra unor fenomene de vreme, ca i mai recentul su urma, Teofrast care a trit n perioada 372-387 .C; i n scrierile lui Platon (427-347 .C) transpar preocupri meteorologice; Cea mai valoroas lucrare, despre aer, din acele timpuri este METEOROLOGIA lui Aristotel (384-322 .C). Meteorologii o consider ca pe un prim tratat al tiinei lor deoarece n cadrul ei se fac aprecieri asupra atmosferei, se descriu anumite fenomene meteorologice crora li se ncearc explicaii cauzale, se studiaz originea apelor i formarea viiturilor.

Iat ce noteaz Aristotel n monumentala sa lucrare: "Totdeauna vedem caznd apa care a fost ridicat. Chiar daca nu exact aceeai cantitate de ap vine napoi ntr-un an sau ntr-o anumit perioad, tot ceea ce a fost ridicat se ntoarce".

- Aristotel a fost profesorul i ndrumtorul lui Alexandru Macedon 5

Seneca (4 .C ... 65 d.C), ofer mai trziu interesante explicaii asupra formrii fulgerelor ca rezultat citez al ciocnirii norilor de ploaie, n lucrarea sa Naturales questions; Ptolemeu (n imagine), astronomul grec plasat de istorici a fi trit n intervalul 90-168 d.C, face primele referiri asupra refleciei atmosferice, fenomen pe care l consider posibil numai datorit existenei nveliului gazos planetar, acesta determinnd abaterea razei vizuale a unui observator, ce ar privi de pe Pmnt, diverii atri de pe bolta cerului. Cu asemenea contribuii, nu este de mirare c denumirea de METEOROLOGIE, pstrat pn astzi, este de origine greac: meteoros nsemnnd ceea ce este sus, sau ridicat la cer sau fenomene i corpuri cereti sau domeniul aerului, etc., iar logos nsemnnd cuvnt sau concepie sau gndire sau spirit, etc. Aadar, ntr-o formul simpl dar valabil n timp, putem spune c: Meteorologia reunete astzi, ca i pe vremea lui Aristotel, totalitatea cunotinelor despre atmosfer i fenomenele sau procesele ce se produc n cuprinsul ei (s-a modificat numai totalitatea cunotinelor a crei dinamic este impresionant mai ales n ultimul sfert de veac). Iat n continuare, momente cheie (dup prerea autoarelor acestui curs) ale evoluiei istorice a meteorologiei ca domeniu de cunoatere: nceputul secolului XIV n Anglia marcheaz efectuarea unor observaii meteorologice sistematice (conform posibilitilor tehnice de atunci) pe o durat de 7 ani, n localitatea Driby, de ctre William Merle rectorul Universitii din acel ora; - n jurul anului 1600 - Galileo Galilei (n imagine) inventeaz termometrul cu coloan de lichid; - n 1644 Evangelista Torricelli, elevul lui Galilei, inventeaz barometrul cu mercur. Foarte rapid urmeaz inventarea unor tipuri de higrometre i anemometre;

dup dicionarul grec,-francez al lui Bailly, 1903, Paris dup dicionarul grec,-francez al lui Bailly, 1903, Paris 6

n 1648, Pascal demonstreaz matematic c aerul are greutate i pune bazele hidrostaticii aerului; n 1659, Robert Boyle stabilete relaia ntre volumul i presiunea aerului impulsionnd cercetrile teoretice; n 1665, C.Huygens imagineaz prima scal termometric ntre dou repere i anume: punctul de fierbere i punctul de nghe al apei; n 1673, Robert Hooke, fizician englez, construiete primul barometru aneroid; Ctre sfritul acestui al 17-lea secol, astronomul Halley face public teoria sa asupra formrii i permanenei vnturilor alizee i a musonilor; n 1735 acelai celebru Halley i prezint teoria asupra relaiei incontestabile ce exist ntre permanena, direcia i intensitatea vnturilor alizee i micarea de rotaie a Pmntului n jurul axei proprii, pune accentul cuvenit asupra devierii alizeelor de la o direcie teoretic nord-sud i respectiv sud-nord (pentru cele dou emisfere) la cea real care este NE-SV i respectiv SE-NV, deviere indus de permanena micrii de rotaie a geoidului cu toate nveliurile sale, (deci i atmosfera) n jurul axei polilor; Dup 1750 Benjamin Franklin face descoperiri remarcabile asupra electricitii atmosferice iar - Lavoisier i Dalton asupra naturii, strii i compoziiei aerului. H.B. Saussure realizeaz n 1783 primul higrometru cu fir de pr, iar J.Woltzmann primul anemometru n 1796, etc. n 1780 ia fiin Societatea Meteorologic Palatin cu sediul la Manheim, care supravieuiete pn n 1795 cnd Manheimul capituleaz. n cadrul acestei societi funciona o reea de 39 staii de observaie amplasate n mai multe ri, dintre care 14 n Germania i 4 n S.U.A. Erau dotate cu instrumente comparabile i etalonate: barometre, termometre i higrometre de tipul celor descoperite pn la acea dat. Numai unele aveau ns cte o giruet i cte un pluviograf. Este memorabil c toate cele 39 staii executau observaii n acelai mod deci se supuneau unor instruciuni identice ceea ce n observarea atmosferei urma s se demonstreze a fi esenial. n 1820 matematicianul german H.V.Brandes ncearc s stabileasc ntr-o manier sistematic, prima hart meteorologic, folosind n acest scop datele reale culese cu 37 de ani n urm de Societatea Meteorologic Palatin, pentru anul 1783. Ulterior, acest cercettor va ncerca s realizeze hrile perturbaiilor atmosferice care au afectat Europa n 1820 i 1821. Astfel anul 1820 marcheaz nceputul de drum al indispensabilelor hri sinoptice.rigoare inexistent pn atunci, dar care a devenit pn astzi absolut n sistemul meteorologic de supraveghere a atmosferei 7

Cam n acelai timp, de cealalt parte a Oceanului Atlantic, la New York, cercettorul W.C.Redfield realiza pentru prima dat o serie de hri care ilustrau traiectoriile unor cicloni precum i sensul micrii aerului n cadrul lor. n ambele ncercri ca i n multe altele care au urmat pn la apariia telegrafului, redarea grafic pe hri s-a fcut la mult timp distan dup efectuarea observaiilor n natur (uneori decenii). Hrile realizate atunci erau deci folosite numai diagnostic, erau ncercri grafice coerente de a surprinde evenimente atmosferice ce au traversat mari spaii geografice n anumite intervale de timp i pe care omul dorea s le neleag cu mijloacele de care dispunea cunoaterea sa la acea dat. Aa au stat lucrurile pn n 1843 ... Anul 1843, marcheaz major omenirea: este anul n care Samuel Morse inventeaz telegraful. Imediat apare linia Washington DC - Baltimore prin intermediul creia se face transmiterea primelor avertizri de furtun. 1850 este anul n care, la Washington DC se afieaz public primele hri de furtun realizate pe baza datelor transmise prin sistemul Morse dezvoltat rapid n numai cei 7 ani scuri de invenia lui Morse. 1855 este anul n care acelai tip de hri dar pentru Frana este afiat public i n Paris. Legturile din ce n ce mai strnse ntre btrnul continent i statele Lumii Noi au presupus dezvoltarea rapid a comerului, aceasta realizndu-se prin intermediul flotelor comerciale care au preluat toate rezultatele tiinei i tehnicii de pn atunci punndu-le n slujba mbuntirii serviciilor lor. De aceea i primele progrese n dezvoltarea serviciilor meteorologice ale secolului XIX, marea, mai precis oceanul, le-a adus. Consensul, metodologiile unificate de observare s-au dovedit indispensabile. 1853 este anul n care locotenentul Maury din marina S.U.A. a iniiat, la Bruxelles n Belgia, Prima Conferin Internaional de meteorologie, cu adres exact asupra meteorologiei marine. Au participat 10 ri (Belgia, Danemarca, SUA, Frana, Anglia, Norvegia, Olanda, Portugalia, Rusia i Suedia); au fost 12 reprezentani ai meteorologiei din aceste ri dintre care 10 erau ofieri de marin. Conferina a avut drept scop uniformizarea observaiilor meteorologice marine i ea marcheaz, n istoria meteorologiei mondiale, prima etap a instituirii unei cooperri internaionale reale. Alte momente semnificative n istoria meteorologiei: 14 noiembrie 1854 este ziua distrugerii multor nave de rzboi franceze angajate pe Marea Neagr, n rzboiul Crimeii, (n asediul de la Balaclava). Aceast funest zi a devenit reper pentru o nou etap de dezvoltare a8

meteorologiei ca domeniu de cercetare cu implicaii majore n societate. Este vorba despre furtuna extrem de violent i neateptat pentru forele beligerante ajunse s se nfrunte n Marea Neagr pe care nu o cunoteau de fel, furtun care a determinat catastrofa naval anunat. Astronomul savant Le Verrier, nsrcinat de Ministrul de Externe al Franei lui Napoleon al III-lea, s studieze cauzele dezastrului flotei franceze a ajuns la concluzia c un vrtej de furtun traversase Peninsula Balcanic i ptrunsese n for deasupra Mrii Negre. Acest vrtej, cu vnturile sale i cu valurile uriae provocate, a spulberat pur i simplu flota angajat n rzboi, participanii netiind nimic despre secretele vremii din aceast parte a lumii i, din pcate, nimic despre cauzele care-i determinaser pe antici s-o numeasc Marea Neagr. Le Verrier afirm c, dac s-ar fi dispus de informaii anticipate catastrofa ar fi putut fi evitat. Aa a aprut ca strict, necesitatea instituirii unui sistem de veghe, bine organizat, n cadrul cruia o reea de staii meteorologice s poat furniza informaii asupra unor observaii coerente i folosibile n scopuri prognostice. i astfel s-a scris prima pagin a Meteorologiei Sinoptice La numai 19 ani dup rzboiul Crimeii cercettorii puseser deja n oper colaborarea ntre state pentru coroborarea datelor de observaie asupra aerului care nu cunoate i nu respect nici un fel de granie omeneti. n 1873 la Viena avea loc Primul Congres Meteorologic Internaional la care au participat 32 reprezentani a 20 guverne. Congresul acesta a decretat necesitatea efecturii observaiilor meteorologice pe tot globul i constituirea unui fond pentru instalarea de staii meteorologice n punctele cele mai izolate de pe glob (pe anumite insule). Pentru a se realiza un asemenea deziderat s-a nfiinat n acelai an 1873, Organizaia Meteorologic Internaional, O.M.I. care a funcionat continuu pn n 1914 i din nou, dup primul rzboi mondial ncepnd din 1919 pn n 1947. De la aceast dat O.M.I. s-a transformat n O.M.M., pentru c, dup cel de al IIlea Rzboi Mondial, se impunea din ce n ce mai clar, o colaborare meteorologic interstatal coordonat de o organizaie interguvernamental. n concluzie, ncepnd din 1854 i pn n anul 2000 meteorologia s-a diversificat i superspecializat incredibil de mult, lucrul acesta fiind posibil prin folosirea tehnologiilor performante i a sistemului informaional. n Romnia - primele observaii meteorologice nesistematice, dateaz din: 1770 la Iai, din 1773 la Bucureti i din 1851 la Sibiu; ele au fost cu totul sporadice. Dup 1854 lucrurile s-au precipitat, astfel c n 1859 la Sulina au nceput observaiile meteorologice sistematice- n limbaj modern acesta ar echivala cu un ciclon mediteranean tnr i rapid ajuns deasupra Mrii Negre n plin for 9

n 1884, la 30 iulie, a luat fiin Institutul Meteorologic Central condus de eruditul inginer tefan Hepites. n 1885 a aprut primul buletin meteorologic oficial al institutului, realizat n ntregime de directorul su. Reperele evoluiei ulterioare ale meteorologiei romneti se regsesc ntre cele generale deoarece ara noastr a fost printre primele participante la procesul de globalizare a sistemelor de observare atmosferic, devenind membru fondator al OMM-ului. Peste tot n lume exist interesul pentru ca informaia meteorologic s ajung la utilizator n timpul cel mai scurt. Ca urmare, evoluia modului de transmisie i de propagare precum i de utilizare a rezultatului muncii meteorologilor a fost i este deosebit de rapid. n orice ar, informaiile meteorologice se obin n prezent telefonic, prin radio, televiziune, pres scris i prin internet. Mediatizarea meteo este astzi intens, rapid i foarte diversificat, iar n viitorul apropiat va fi i mai cerut i, implicit, i mai inteligent practicat. nc de acum exist un numr foarte mare de oameni care i adun informaiile pe calea internetului. n momentul n care acesta se va implementa i n sistemul de televiziune, devenind WEB TV, numrul utilizatorilor va crete considerabil, iar rezultatele cercetrilor din cadrul serviciilor meteorologice vor ajunge mult mai repede la publicul larg. Astfel, meteorologii lumii i vor atinge scopul, adic protejarea vieii i activitii oamenilor, promovarea dezvoltrii economico-social a rilor din care fac parte, ceea ce reprezint cele mai noi obiective ale Programului de deservire meteorologic al OMM.

10

METEOROLOGIA I ORGANIZAIA METEOROLOGIC MONDIAL

1.1. Meteorologia i obiectul su de studiu; 1.2. Compartimentele de cercetare ale meteorologiei; 1.3. Observaia meteorologic n conformitate cu normele OMM; 1.4. Sistemul meteorologic mondial, Organizaia Meteorologic Mondial

1.1. Meteorologia i obiectul su de studiu Meteorologia aparine grupului tiinelor geonomice avnd ca domeniu de preocupri: cercetarea, descoperirea i cunoaterea structurii, compoziiei, nsuirilor, proceselor i fenomenelor atmosferei precum i a legilor care o guverneaz. Meteorologia reunete astzi, ca i pe vremea lui Aristotel, ansamblul cunotinelor despre atmosfer i fenomenele ce se petrec n cuprinsul ei; difer numai cantitatea i calitatea acestora, n cretere continu. Obiectul de studiu al Meteorologiei este, aadar, aerul atmosferic adic ultimul nveli continuu al Pmntului. Metodele de lucru sunt proprii sau din domenii conexe (observaia, analiza i sinteza, analogia, experimentul, simularea i modelarea matematic, etc.).

grupul tiinelor geonomice, adoptat de Academia de tiinte a Romniei, reunete geotiinele adic toate tiinele despre nveliurile Pmntului (geologice, geofizice, geografice, etc.). Etimologia cuvntului: geo=pmnt i nomos=ceea ce este divizat prin mprire sau divizare a unui teritoriu, n limba greac relev sensul acestei recente denumiri n locul vechiului nume mai restrictiv de tiine geofizice. Nu exist substantivul geonomie cum nu exist nici o tiin numit Geonomie. Aadar, termenul de tiine geonomice este generic i se refer la grupul larg de domenii tiinifice care studiaz nveliurile Terrei. 11

Scopul este complex dar se poate cuprinde n ideea c: printr-o ct mai bun cunoatere a atmosferei s se poat prognoza mersul vremii pe diferite intervale, fenomenele calamitare, schimbrile nefaste de vreme dar i eventualele variaii atmosferice seculare cu impact asupra ntregului ansamblu de mediu.Studenii ecologi, mai mult dect ceilali studeni care studiaz Meteorologia i/sau Climatologia n alte universiti, trebuie s perceap atmosfera ca pe o parte a ntregului, ca pe o component a SISTEMULUI TERRA; i aceasta pentru c, dei sau tocmai pentru c, este nveliul invizibil i ultim al planetei vieii, ntreine relaii, de o mare finee i de o complexitate greu de descifrat, cu celelalte nveliuri superficiale din a cror interferare decurge de fapt mediul natural devenit mediul nconjurtor al omului pe planeta vieii.

Numai cunoscnd i nelegnd rostul i rolul fiecrei componente de mediu, n dinamica sistemului, ecologul poate conserva mediul nconjurtor. Atmosfera nu este aadar un simplu mediu fizic gazos cruia dac-i simplificm ipotetic complexitatea, i putem aplica legile fizice specifice (ale gazelor, ale fluidelor) iar rezultatele, desigur n domeniul prezumiilor de cercetare, s ne mulumeasc. Exist astzi un asemenea curent puternic n lumea meteorologic deoarece folosirea exploziv a modelrii matematice pentru atmosfer i micrile ei nu poate fi conceput dect simplificnd la maximum realitatea de micare a particulelor de aer din natur. Studentul ecolog trebuie s tie de la nceput acest fapt precum i pe acela c meteorologia prognostic (indiferent de intervalul de timp prognozat) opereaz cu modele, cu scenarii de evoluie probabilistic ce decurg din calcul, opereaz deci cu scheme conceptuale bazate pe o analogie cazuistic ampl ce ine implicit de timpul trecut. Realitatea atmosferic este ns, n orice moment i n orice loc, mult mai nuanat dect modelele imaginat i tocmai n domeniul manifestrilor atmosferice de detaliu adic punctuale, de aceea prognozele nu pot fi, n mod absolut, exacte pentru orice punct geografic. Invizibila atmosfer este un nveli ct se poate de real i deosebit de complex al planetei noastre; este un dat iniial al sistemului, o component abiotic indispensabil a mediului natural unic, al Terrei, cu un rol structural i funcional perfect stabilit, rol pe care omul se strduiete s-l neleag, reuind deocamdat, numai parial i nesigur s o fac. Fa de litosfera i hidrosfera planetei, cu care se afl n raporturi de cvasiegalitate privind meninerea condiiilor abiotice favorabile, de baz, necesare vieii, atmosfera are n plus, o mare libertate de micare a particulelor sale peste celelalte nveliuri (care nu se pot desprinde de corpul planetar); masele de aer survoleaz planeta n lungul meridianelor i al paralelor ignornd orice granie de stat sau naturale, orice coordonate. Prin aceast libertate de survol aerul atmosferic este cel care d eficien circuitului apei n natur este cel care poart la mari distane suspensii solide sau lichide de provenien natural, cosmic sau antropic; aerul atmosferic,12

constituind ultimul nveli al planetei, este cel care filtreaz radiaia Soarelui reinnd numai att ct este necesar pentru perpetuarea vieii n sistem, respingnd restul prin proprietile sale, date dintru nceput.

1.2. Compartimentele de cercetare ale Meteorologiei

Meteorologia este adeseori definit simplu ca tiina aerului i a prevederii micrilor lui sau i mai simplu, atingnd simplismul, tiina despre vreme i schimbrile ei. Am urmrit n Momente din istoria Meteorologiei preocuprile omului pentru mersul vremii din copilria omenirii i pn astzi. De aceea nu ne va surprinde larga palet de subdomenii n care s-a divizat cercetarea meteorologic. Pe de o parte acest fapt demonstreaz creterea interesului omenirii pentru tiina aerului n ansamblu iar pe de alt parte apare ca evident necesitatea disecrii ntregului n compartimente pentru c aa pare a fi mai uor de studiat, de cunoscut. Vom enumera mai jos cteva dintre disciplinele meteorologice de mare interes astzi, unele dintre ele nscndu-se sub ochii ultimelor noastre dou generaii. Lista rmne deschis: Meteorologia general - cuprinde cunotinele fizico-chimice de baz asupra mediului fizic gazos pe care l reprezint atmosfera Terrei; Meteorologia sinoptic - tiina despre prognozarea vremii, studiaz legile evoluiei fenomenelor i proceselor troposferice care conduc la succesiunea aspectelor diferite de vreme ntr-un punct fix sau ntr-o zon, ntr-un interval de timp cerut; Meteorologia dinamic - se ocup cu studiul proceselor dinamice i termodinamice din atmosfer, prin metode fizico-matematice; Fizica atmosferei - studiaz legile genezei i dezvoltrii fenomenelor i proceselor fizice din atmosfer; Actinometria - observ i studiaz fluxurile radiante care strbat atmosfera precum i bilanul radiativ al geosistemului; Aerologia - studiaz procesele i fenomenele fizice proprii straturilor medii i nalte ale atmosferei libere (neinfluenat de scoara terestr);13

Aeronomia - se ocup cu studiul fenomenelor i proceselor din ionosfer, exosfer si magnetosfer; Fizica stratului limit - se ocup cu studiul fenomenelor i proceselor de transfer energetic sol/aer n stratul de contact direct al atmosferei cu scoara terestr; Meteorologia satelitar - se ocup cu studierea i interpretarea imaginilor oferite de sateliii meteorologici n scopuri practice, mai ales prognostice; Meteorologia radar - se ocup cu studierea i interpretarea imagisticii radar; Meteorologia aeronautic - elaboreaz prognoze de vreme pe rute aeronautice; Agrometeorologia - cerceteaz influena condiiilor meteoclimatice asupra culturilor agricole n scopuri prognostice i de prevenire a riscurilor de calamitare; Biometeorologia - cerceteaz influena condiiilor meteoclimatice asupra organismelor n scopuri de protejare i atenionare; Climatologia - este ramura cea mai geografic a meteorologiei, ea transform informaia observaional instantanee i punctiform, asupra aerului troposferic, n FOND DE DATE de referin, cu acoperire geografic pe termen lung (din punct de vedere al timpului istoric), fond strict necesar n realizarea oricror sinteze (diagnostice, actuale sau prognostice) privind comportamentul atmosferei n imediata apropiere a scoarei terestre. Prelum definiia cea mai expresiv a CLIMATOLOGIEI, dintre multiplele definiii ntlnite n cursurile sau tratatele de geografie de larg circulaie i anume: subramura meteorologiei care studiaz regimul multianual al vremii n funcie de condiiile geografice specifice unei localiti, zone, ri, continent sau chiar al ntregului glob terestru. Ea este n plin dezvoltare, subdiviziunile aprute dovedind-o, iat cteva: microclimatologia, topoclimatologia, paleoclimatologia, climatografia, schimbri climatice, etc. Climatologia pare mai apropiat de domeniul geografic al cunoaterii umane asupra naturii pentru c scopul su de baz - obinerea produselor de sintez meteo1 pe termen lung privind trecutul, prezentul sau viitorul - se sprijin esenialmente pe raportri spaiale de tip geografic, la scri diferite. De aceea poate, meteorologii sinopticieni care elaboreaz prognoze zilnice de vreme raportndu-se mereu la valorile mediate, devenite astfel mediiDatele observaionale concrete se numesc date meteorologice. Din prelucrarea lor pe iruri lungi de ani reies valori medii multianuale climatologice sau valori lunare, decadale, ori zilnice. Sensul de valori climatologice apare numai n momentul n care datele concrete observaionale asupra parametrilor meteorologici intr n sistemul de prelucrare statistic a Climatologiei, ca ramur a Meteorologiei pe care am definit-o anterior. 141

climatologice i considerate normale, spun i scriu chiar despre Climatologie ca despre geografia tipurilor de vreme sau geografia zonelor climatice*. Celelalte subdiviziuni ale Meteorologiei ca tiin, enumerate anterior climatologiei, n marea lor majoritate par mai apropiate de fizic, ceea ce i face pe fizicienii teoreticieni, dar nu numai, s-i adjudece din ce n ce mai ferm meteorologia ca domeniu propriu reducndu-i, dup prerea autoarelor, obiectul de studiu la ceea ce exprim urmtoarea definiie: aerul atmosferic este un amestec ideal de gaze, cruia i se pot aplica legile fizicii. Revenind la ideea de baz, cum c Meteorologia definete (desigur n mod convenional stabilit) domeniul care se ocup cu studiul complex al atmosferei, n cadrul grupului tiinelor geonomice, vom insista asupra faptului c OBSERVAIA DIRECT asupra aerului atmosferic st la baza ntregului eafodaj meteorologic i de cercetare n domeniu. Pentru c numai observaia direct ofer informaiile cinstite asupra atmosferei, privind declanarea real (nu simulat) i desfurarea real (nu simulat) a fenomenelor i proceselor atmosferice n relaie direct, prin efecte, cu celelalte componente ale mediului nconjurtor (litosfer, hidrosfer, biosfer, antroposfer). Observaiile directe, primare deci, sunt cele care intr ntr-un fel sau altul n caruselul schemelor conceptuale ale cercettorilor pentru obinerea de analogii sau nonanalogii, de generalizri sau detalieri, de sinteze. Simulrile i modelrile matematice, cu scopuri de predicie, au i ele la baz datele de observaie, dar ntr-un mod mult mai alambicat dect metodele anterioare, calculatoarele avnd o mare vitez de prelucrare a datelor iniiale. Dar, pentru ca observaia corect s se poat produce oriunde pe glob, a trebuit s nu existe nici o disfuncionalitate de fus orar, altitudine sau preferin a omului de a efectua observaii numai asupra anumitor fenomene meteo nu i asupra altora, a trebuit atins acea nlnuire perfect, n timp, spa-iu i scop, a trebuit, deci, acceptat o metodic de lucru unic. i, n cele din urm, meritoriu pentru brana meteorologilor, s-a ajuns la performana simultaneitii globale n observarea atmosferei i la cea a standardizrii elementelor de observat i de msurat n atmosfer. Este foarte interesant de cunoscut drumul parcurs pn aici precum i importana primordial pe care o dau meteorologii OBSERVAIEI METEOROLOGICE astzi.

*

poziie pe care se va situa i cursul de fa n a doua sa parte 15

1.3. Observaia meteorologic, n conformitate cu normele Organizaiei Meteorologice Mondiale Observaia meteorologic const n aprecierea caracteristicilor calitative ale fenomenelor, precum i n msurarea valorilor numerice ale diferitelor elemente meteorologice (Regulamentul tehnic al O.M.M., ad.1979). Observaia meteorologic are o importan multipl, deoarece st la baza urmtoarelor activiti ale domeniului: acumularea de date i de valori; ntocmirea de anuare, atlase i alte lucrri de specialitate; informarea meteorologic curent i fluent a elaboratorilor de prognoze meteo; asigurarea servirii contractuale cu date a diferiilor beneficiari; asigurarea proteciei meteorologice a navigaiei aeriene, maritime, rutiere, etc.; asigurarea schimbului internaional de date meteorologice impus de OMM. Pentru a se garanta calitatea corespunztoare cerut de acelai OMM a valorilor meteorologice, observaiile, msurtorile i determinrile trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: s fie efectuate corect i cu mare precizie, conform instruciunilor existente; s se utilizeze numai aparatur i instrumentaie verificat, calibrat i etalonat; aparatura s fie instalat conform instruciunilor de amplasare n perimetrul standard observaional; aparatura s fie exploatat i ntreinut corect; s se noteze numai ceea ce s-a observat sau msurat cu adevrat; s fie efectuate la termenele stabilite.

16

1.3.1. Programul de observaii Cerinele de furnizare a datelor i informaiilor meteorologice impun efectuarea unui volum mare de observaii, n aa fel nct la toate staiile meteorologice este necesar efectuarea a cel puin dou programe: climatologic i altul sinoptic. Acestora li se adaug alte programe speciale, cum sunt: actinometric, agrometeorologic, de supraveghere a polurii, etc. Iat mai jos semnificaia i motivaia fiecrui tip de observare meteo: 1. observaia sinoptic (conform Raportului Tehnic al O.M.M.) este observaia meteorologic efectuat simultan la orele sinoptice standard2 (00; 06; 12; 18), la toate staiile, n scopul obinerii unei imagini globale asupra manifestrilor atmosferice n momentul considerat. n Romnia, decalajul fa de meridianul 00 este de dou oare, drept pentru care orele sinoptice sunt 02, 08, 14, i 20 n funcie de volumul de informaie pe care-l furnizeaz, observaia sinoptic este de mai multe feluri: - simpl; - intermediar; - principal. 2. observaia climatologic , spre deosebire de cea sinoptic se execut la orele standard, calculate dup timpul solar mediu local de aceea nu coincide n totalitate cu orele sinoptice de observaie. Orele observaiei climatologice principale sunt: 01; 07; 13; 19. 3. observaia aerologic se execut n scopul obinerii unor parametri meteorologici din straturile nalte ale atmosferei la intervale de timp de 24 ore, 12 sau 6 ore. La noi n ar s-au practicat 3 tipuri de observaii aerologice i anume: radisondajul - cu ajutorul radiosondei se obin date de presiune, temperatur i umezeal din troposfer; observaii cu balonul pilot - n scopul msurrii direciei i vitezei vntului n altitudine, precum i a plafonului norilor; radiovntul - cu ajutorul radioteodolitului se obin date asupra vntului n troposfer.orele sinoptice standard sunt cele ale meridianului 0 Grnw., fiecare ar ajustndu-i timpul de observare funcie de fusul orar, n aa fel nct fiecare staie meteo de pe glob s-i execute programul de observare sinoptic la acelai moment de timp standardizat 172

4. observaia actinometric reprezint un complex de msurtori i determinri asupra radiaiilor solare directe i difuze dar i asupra radiaiilor suprafeei terestre, care permit calcularea bilanului radiativ al acestuia; 5. observaia cu radarul se execut n scopul depistrii norilor de la distan i a identificrii configuraiei, evoluiei i direciei de deplasare a unor sisteme noroase fa de centrul radar care efectueaz observaia. 6. observaia agrometeorologic este complex, se refer la temperatura solului la diferite adncimi i are scopul de a stabili interaciunea dintre condiiile meteorologice i culturile agricole; 7. observaia de supraveghere a polurii mediului const n determinri i msurtori asupra polurii mediului cu diferii ageni poluani; 8. observaia asupra radioactivitii mediului const n determinri i msuri asupra polurii mediului cu particule radioactive. Toate aceste observaii se efectueaz dup metodologii proprii omologate i obligatorii prin norme OMM. 1.3.2. Calcularea momentului de timp al observaiei la punct fix ntruct datele rezultate n urma observaiilor se pot valorifica numai dac sunt comparabile n timp i spaiu, aceast condiie se asigur, aa cum s-a mai spus anterior, prin efectuarea observaiilor n acelai moment; aceast rigoare de timp este impus deoarece variaia parametrilor atmosferici este strns legat de radiaia solar direct, adic de unghiul de inciden al razelor solare cu suprafaa terestr. Cum unghiul de inciden se modific legic pe parcursul zilei (din cauza micrii aparente a Soarelui pe bolta cereasc) valoarea parametrilor este n continu schimbare; din aceast cauz, momentul n care se execut observaiile are o deosebit importan. n timp, variaia elementelor meteorologice este caracterizat de modificri periodice, anotimpuale i diurne, cauzate de factori astronomici, de aceea observaiile trebuie efectuate la anumite ore caracteristice i nu altele. Astfel, observaiile sinoptice fiind executate n acelai moment de timp de ctre toate staiile meteorologice din lume, redau fotografia condiiilor meteorologice la acel moment, pentru ntregul teritoriu observat. Ele setiut fiind c n realitate Pmntul se rotete n jurul Soarelui n decursul a 365 de zile (o rotaie complet).

18

efectueaz, aa cum se meniona anterior, dup ora oficial a fusului orar n care se gsete ara respectiv, n cazul Romniei dup ora meridianului central al fusului su, adic 3000 log. E, ceea ce presupune un adaos de 2 ore fa de meridianul 00. n schimb, observaiile climatologice se execut la ora local a fiecrei staii meteorologice, dnd posibilitatea ca unghiul de nclinare a razelor solare fa de planul orizontal al locului s fie acelai pentru toate staiile meteorologice din ar.

Dac vrei s tii mai multOra local pentru observaia climatologic se calculeaz prin adugarea coreciei de timp la ora oficial, dup formula: TL = To + t TL = ora local T0 = ora oficial t = corecia de timp Pentru calculul coreciei de timp se ine seama c: pentru 1 longitudine corespund 4 min. de timp, iar pentru 1 longitudine. corespund 4 secunde de timp. Astfel: t = ( 1 ) t; = longitudinea fusului orar (30.00); 1 = longitudinea staiei meteo.

1.3.3. Reeaua meteorologic de staii cu amplasare la sol funcioneaz n conformitate cu normele OMM Reeaua meteorologic de sol este constituit din totalitatea staiilor i posturilor meteorologice, precum i a observatoarelor aerologice amplasate la suprafaa Terrei, dotate cu aparatur de acelai tip i executnd observaii dup programe i metode unice. Este tiut deja c obinerea unor rezultate de valoare este asigurat numai dac observaiile sunt furnizate de o reea de uniti meteorologice, dotat cu19

aparatur etalonat unitar i n cadrul creia se aplic aceeai metodologie de msurare, determinare i prelucrare a datelor. Staia Meteorologic este amplasat deliberat ntr-un anumit punct de pe suprafaa terestr ales dup anumite criterii pentru a putea s asigure reprezentativitatea datelor de observaii i msurtori meteorologice efectuate la momente de timp standard. Din punct de vedere material staia dispune de o platform meteorologic standard pe care sunt instalate la distane riguroase, cea mai mare parte a instrumentelor precum i de o ncpere unde se afl birourile i restul aparaturii de interior, plus calculatoarele. Dup volumul i felul observaiilor, staiile meteorologice se mpart n diferite categorii i tipuri. Cele mai numeroase sunt staiile sinoptice i climatologice, dar mai pot fi agrometeorologice, aerologice, actinometrice,etc. Dup zona fizico-geografic n care sunt amplasate, staiile sunt: de cmpie, de deal, de munte (vrf, creast, versant, de vale), de litoral (de larg, de coast) i maritime (fixe, mobile). Dup programul executat sunt staii cu program continuu i staii cu program redus. Dup modalitatea efecturii msurtorii: coexist staiile cu personal, deci neautomatizate cu cele semiautomate i automate. Cu ct ara este mai dezvoltat cu att sunt mai numeroase staiile automate (ex. Germania). Observatorul aerologic este amplasamentul de la suprafaa terestr, de unde se execut lansri de radiosondaje i/sau baloane aerologice pentru efectuarea de observaii i msurtori n straturile medii i nalte ale troposferei i uneori pn i n baza stratosferei. Lansrile se fac n limitele unui orar tot att de riguros respectat ca i n cazul staiilor meteorologice clasice de sol numai c intervalele ntre momentele de lansare a radiosondelor sunt mai mari: 12 ore, 24 ore, 6 ore n cel mai fericit caz (dar acesta nu este cazul Romniei!).1.3.3.1. Densitatea reelei de staii meteorologice

Informaiile meteorologice pot fi folosite cu eficien maxim, cnd staiile meteorologice au funcionat timp mai ndelungat i fr ntrerupere n acelai loc (dnd posibilitatea constituirii unor iruri de date lungi i omogene) i cnd sunt repartizate armonios n cadrul natural al teritoriului unei ri, continent, glob asigurnd deci o bun reprezentare a principalelor trepte de relief terestru. De aceea repartizarea staiilor trebuie s respecte o anumit densitate, care este stabilit n funcie de variaia n timp i spaiu a principalilor parametri

20

meteorologici dar i n funcie de gradul de precizie care se dorete n determinarea acestei variaii de timp. n general, densitatea reelei de staii meteorologice este determinat de doi factori i anume: 1 - scopul cruia i sunt destinate rezultatele observaiilor i msurtorilor; 2 - caracterul morfologic al reliefului. n cazul staiilor amplasate n scopuri sinoptice - densitatea nu trebuie s fie prea mare avnd n vedere att numrul mare de informaii furnizate de reeaua staiilor din sistemul mondial, ct i faptul c prevederea timpului se bazeaz pe studiul proceselor produse n macro - i mezozone geografice. n cazul staiilor amplasate pentru scopuri climatologice - densitatea reelei de staii trebuie s fie mult mai mare dect la cea sinoptic. n ceea ce privete caracterul morfologic al reliefului, valorile rezultate n urma observaiilor meteorologice pot fi valabile pentru suprafee foarte mari numai n cazul n care acestea sunt omogene. Dar de cele mai multe ori, relieful este fragmentat diferit, aprnd, astfel, necesitatea ndesirii reelei de staii pentru a surprinde unele fenomene meteorologice ce se produc pe versani, sau pe funduri de vale, pe creste muntoase, pe interfluvii, n depresiuni, lunci mari, etc. Cum o astfel de ndesire a reelei la fiecare versant sau vale nu este posibil, rezolvarea acestor probleme se realizeaz prin amplasarea staiilor meteorologice pe profile morfologice, pe trepte de relief caracteristice cu alte cuvinte. n Romnia acest lucru a fost destul de simplu (staii de cmpie, de deal i podi i staii de munte). 1.3.3.2. Alegerea terenului pentru staiile meteorologice de suprafa stabilirea reprezentativitii lor Platforma meteorologic reprezint o suprafa de teren pe care sunt instalate majoritatea instrumentelor i aparatelor, unde se execut aproape toate observaiile, msurtorile i determinrile atmosferice. La toate staiile dintr-o reea se impun urmtoarele cerine: - platformele meteorologice s fie identice ca dimensiuni, mprejmuire, amplasare a aparatelor, etc; - platformele meteorologice s fie distanate n mod corespunztor fa de orice surs de influenare direct a msurtorilor; - staiile s fie instalate n locuri tipice, reprezentative pentru zonele geografice pe care le reprezint.

21

Prima cerin se rezolv n practic, prin construcia de platforme meteorologice standard, iar celelalte dou trebuie satisfcute nc n faza de alegere a terenului. Alegerea terenului necesar unei staii meteorologice trebuie fcut cu mult discernmnt i cu mult competen. Prima aciune n alegerea unui teren pentru o staie const n analiza condiiilor locale de relief, vegetaie, soluri, precum i a factorilor antropici (localiti, ci de comunicaie, centre industriale, etc.). A doua aciune n alegere trebuie s fie cea referitoare la cerinele de distanare fa de sursele de influenare direct a msurtorilor. Diferitele obstacole existente n apropierea terenului ales, pot exercita o influen direct asupra valorilor, care se traduce prin: - alterarea circulaiei naturale a aerului; - umbrirea platformei; - troienirea zpezii; - modificarea strii termice i hidrice a aerului; - influena asupra cantitii de precipitaii czute. Protecia platformelor meteorologice la noi n ar este asigurat prin lege.

1.3.4. Instrumentaia i aparatura clasic obligatorie a staiei meteorologice de suprafa 1.3.4.1. Instrumentaia i aparatura Cea utilizat la msurarea elementelor meteorologice cu citire direct sau nregistratoare, trebuie s ndeplineasc o serie de condiii, din care, cele mai importante sunt: - s aib o construcie simpl i s fie uor de manipulat; - s asigure precizia msurtorilor; - s-i pstreze timp ndelungat sensibilitatea; - s fie robuste, cu un volum i o greutate mic; - s aib inerie mic; - s intre repede n echilibrul cu mediul;22

- s reziste la oscilaiile brute de temperatur i umezeal, fr a pierde de precizie; - s nu oxideze sau s corodeze. Automatizarea, folosirea senzorilor, etc., asigur prin ele nsele toate aceste condiii fr eforturile necesare pn acum la aparatura clasic, dup cum se va urmri mai jos. 1.3.4.1.1. Erori i corecii n determinrile instrumentale, intervin fie erori obiective (determinate de funcionarea sau dereglarea aparatelor), fie erori subiective, determinate de observatori. Aceste erori sunt: - erori de mobilitate (datorate jocului axelor i articulaiilor); - erori de influen cnd indicaiile aparatelor sunt influenate de alte mrimi (presiunea influenat de temperatur);- erori datorate efectului remanent - adic deformrile elastice ale pieselor, persist i dup ce aciunea care a produs deformarea a ncetat;

- erori de inerie - determinate de faptul c elementul sensibil al aparatului nu reacioneaz n acelai moment cu cauza fizic exterioar; - erori de citire (nesigurana citirii, erori de paralax, aprecieri inexacte). S mai reinem c aparatele de nregistrate nu au corecii instrumentale, deoarece acestea reglndu-se pentru o funcionare corect, cu ocazia verificrii lor sistematice. Suma tuturor erorilor instrumentale ce intervin la msurri indic clasa de precizie a acestora. 1.3.4.1.2. Verificarea instrumentaiei Deoarece aparatele i instrumentele meteorologice clasice i schimb cu timpul caracteristicile, pentru stabilirea coreciilor i asigurarea unei funcionri optime, acestea trebuie verificate i etalonate periodic. Pot exista i staii sau posturi meteorologice speciale, nfiinate la cererea unor anumii beneficiari, ale cror amplasamente se pot abate de la unele cerine impuse staiilor de baz, n sensul c raza de reprezentativitate poate fi mai redus, dar s respecte totui cerinele distanate fa de sursele de influenare. Din acest motiv, toate staiile meteorologice trebuie s aib n dotare aparatur de rezerv, verificat, pentru continuitatea msurtorilor. Intervalele de

23

timp la care staiile sunt obligate s trimit aparatele meteorologice la verificarea periodic sunt menionate n buletinul de verificare care nsoete fiecare aparat.1.3.4.2. Msurtori meteorologice

Prin regulamentul OMM, orice staie meteorologic efectueaz msurtori ritmice asupra urmtoarelor elemente: Presiunea atmosferic n orice punct de pe Terra reprezint greutatea unei coloane de aer cu seciunea de 1 cm2 i cu nlimea cuprins ntre la nivelul punctului respectiv i limita superioar a atmosferei. Se consider drept presiune normal sau de referin cea pe care o exercit aerul atmosferic asupra suprafeei Pmntului la nivelul mrii, la latitudinea de 45 i temperatura de 0C. Aceast presiune este echivalat de o coloan de mercur, cu nlimea de 760mm, pus n aceleai condiii de temperatur, latitudine i altitudine (standard deci). Aparatele3 i instrumentele de msurare a presiunii se afl n mod obligatoriu n adpostul meteorologic amplasat la nlimea standard de 2 m, ele fiind att instrumente de citire direct (barometre) ct i aparate nregistratoare (barografe). Temperatura aerului este mrimea fizic ce caracterizeaz starea de nclzire sau de rcire a unui corp (n cazul de fa aerul), ea fiind determinat de proprietatea corpului de a transmite sau de a primi energie caloric. Aparatele i instrumentele de msur din adpostul meteorologic sunt termografele i respectiv termometrele. Umezeala relativ a aerului reprezint raportul procentual dintre tensiunea real a vaporilor de ap i tensiunea maxim posibil. Ali parametri ai umezelii sunt: - umezeala absolut cantitatea de vapori de ap existent ntr-un metru cub de aer la un moment dat (gr/m3); este de dou feluri: real (a) i maxim sau de saturaie(A); - tensiunea vaporilor presiunea parial a vaporilor de ap exercitat asupra suprafeei terestre; poate fi real (e) sau maxim/de saturaie (E); - deficitul de saturaie diferena dintre tensiunea maxim a vaporilor i cea real (d=E-e); - temperatura punctului de rou temperatura la care se produce saturaia cu vapori a masei de aer ().Vezi Caiteul de lucrri practice, capitolul Vizit la Institutul Naional de Meteorologie, Hidrologie i Gospodrirea Apelor 243

Aparatele i instrumentele de msur folosite n platforma meteorologic clasic sunt: - psihrometrul - pentru determinarea tensiunii actuale; - higrometrul - pentru determinarea umezelii relative; - higrograful - pentru nregistrarea umezelii relative. De reinut c, aparatele pentru msurarea temperaturii aerului i a umezelii sale, ca i cele ce msoar presiunea atmosferic, sunt amplasate n adposturi meteorologice standardizate a cror nlime obligatorie trebuie s fie de 2 m fa de nivelul solului. Msurtorile se efectueaz ntotdeauna n condiiile de umbr impuse de adpostul meteorologic de lemn i de construcie standard (Fig. 1).

Fig. 1. Adpostul meteorologic standard

Vntul reprezint componenta deplasrii orizontale a aerului, n raport cu suprafaa terestr. Vntul se definete n meteorologie prin dou elemente i anume: direcie i vitez. Direcia vntului reprezint sensul din care se ndreapt aerul n micare alert spre punctul de observaie adic spre staia meteorologic. Viteza reprezint spaiul pe care-l parcurge aerul n deplasarea sa orizontal ntr-o unitate de timp (m/s sau k/h). Aparate de msur consacrate sunt urmtoarele: - girueta pentru direcie i vitez; - anemometrul pentru vitez; - anemograf pentru direcie i vitez (nregistrare).25

Precipitaiile atmosferice reprezint produsele de condensare i cristalizare a vaporilor de ap din atmosfer care cad dintr-un nor sau dintr-un sistem noros atingnd solul i ca atare pot fi msurate. Aparatele i instrumentele de msur consacrate sunt: - pluviometrul pentru determinarea cantitii precipitaiilor; - pluviograful pentru nregistrarea precipitaiilor. Durata de strlucire a Soarelui reprezint intervalul de timp din cursul zilei, n care razele solare directe iau contact cu suprafaa terestr ntr-un punct dat, respectiv platforma meteorologic unde se face msurarea acestuia cu heliograful (instrumentul specific). Stratul de zpad este covorul de zpad format pe suprafaa terestr prin acumularea precipitaiilor czute sub form solid. Instrumente de msur folosite pentru definirea acestuia sunt: - rigla pentru determinarea grosimii stratului i - densimetrul pentru stabilirea densitii zpezii din strat.

1.4. Sistemul meteorologic mondial, Organizaia Meteorologic Mondial (OMM) 1.4.1. Sistemul meteorologic mondial De la nceputul meteorologiei moderne, dup cum s-a prezentat anterior, sa impus ca necesar constituirea unui sistem unitar specific de supraveghere i msurare nentrerupt a manifestrilor de baz sau caracteristice ale aerului n continu micare. i aceasta pentru c aerul atmosferic n micare nu respect nici o grani de stat, iar msurtorile asupra lui trebuie s respecte acest fapt. Astzi exist un sistem concertat de observare meteorologic i transmitere a datelor, demn de invidiat de ctre multe alte organisme de supraveghere i control global de pe Pmnt. Este vorba despre Sistemul Meteorologic Mondial n cadrul cruia observaiile asupra aerului prezentate anterior, se fac dup norme standard i se transmit n flux continuu n toate lumea, prin intermediul unui limbaj de cod propriu, printro reea de transmisiuni proprie i sub semnul unei discipline de fier. Reperele de timp privind momentele efecturii observaiilor sunt foarte riguroase i sunt calculate n funcie de fusele orare ale fiecrei ri n aa fel nct, datele observaionale odat transmise s reprezinte starea de fapt a atmosferei la o anumit i unic or h pe tot globul. Figura 1 prezint sugestiv26

cum funcioneaz Sistemul Meteorologic Mondial. Aadar, Sistemul Meteorologic Mondial este un sistem informaional care realizeaz sarcinile de culegere, transmitere i prelucrare a informaiilor meteorologice, n conformitate cu nevoile interne ale fiecrei ri, cu reglementrile i acordurile din cadrul OMM, cu acordurile bilaterale cu rile vecine i cu alte cerine internaionale.

Fig. 1. Schema circulaiei informaiei meteorologice (sgeile), de la satelii i aparatur nregistratoare, pn n biroul meteorologului, de unde este prelucrat i apoi oferit tuturor domeniilor de activitate uman.

Informaiile meteorologice care se vehiculeaz n sistemul informaional meteorologic vizeaz parametrii atmosferici msurai precum i fenomenele meteorologice observate care redau concret manifestrile atmosferice din momentul efecturii lor. Pentru a fi eficiente, aa cum sa mai spus, informaiile trebuie s ndeplineasc anumite caliti i anume: corectitudine, actualitate, comparabilitatea (care poate decurge numai din simultanitatea observaiilor). De aceea se folosete un limbaj de semne, simboluri i valori general inteligibil n lumea specialitilor, numit codul meteorologic. Activitatea meteorologic nu ar exista dac nu s-a practica schimbul de informaii meteorologice, deoarece procesele atmosferice implic spaii27

geografice ntinse i influene difereniate asupra zonelor traversate. (exemplu: unui front atmosferic cu o vitez medie de deplasare de 30km/or, ajuns n vestul Romniei, i vor trebui cca. 20 ore pentru a ajunge la Marea Neagr, ceea ce nseamn c pentru o prognoz de 24 de ore, meteorologului i sunt necesare informaii prealabile de pe o raz care s depeasc cu cel puin 700km, teritoriul rii. i aceasta, presupunnd c manifestrile nu se modific, ci pur i simplu se translateaz, ceea ce nu coincide niciodat cu realitatea). Cu ct intervalul de prognoz este mai mare, cu att spaiul de pe care sunt necesare informaii prealabile actului prognostic devine mai mare. Aceast necesitate a fcut din meteorologie Cea mai mondial dintre tiine i din O.M.M organizaia cu cei mai muli adepi. Sistemul informaional meteorologic este coordonat de ctre O.M.M i are 3 componente interdependente: 1. Sistemul mondial de observaii; 2. Sistemul mondial de transmisiuni; 3. Sistemul mondial de prelucrare a datelor. Sistemul mondial de observaii (SMO), cuprinde totalitatea staiilor i mijloacelor de observare i msurare a parametrilor i fenomenelor atmosferice. El este sistemul care coordoneaz toate metodologiile i mijloacele destinate s permit executarea observaiilor, la scara globului, conform normelor i n cadrul O.M.M. Sistemul mondial de observaii, cuprindere 2 subsisteme i anume: a. Subsistemul de baz sau de suprafa care se compune din: reelele sinoptice de baz naionale i regionale (aproximativ 9000 staii terestre); staii pe mri i oceane, cu poziii fixe: (staii pe nave, nave staionare, platforme fixe) staii pe nave n mers (aproximativ 7000 staii maritime la bordul navelor n mers); staii maritime automate, geamanduri; aeronave speciale sau comerciale care transmit zilnic mai mult de 1500 mesaje meteorologice; radare (imaginea alturat);28

staii radiometrice; staii de poluare; staii de msurare a ozonului; staii climatologice; staii agrometeorologice; aproape 900 staii care fac observaii aerologice.

b. Subsistemul satelitar se compune din: satelii de pasaj, din seriile TIROS, NOAA, METEOR, care se deplaseaz pe orbite polare la altitudini de 700 pn la 1000km; satelii geostaionari, care ocup o poziie fix deasupra Ecuatorului, la o distan n jur de 36.000km altitudine. Aceti satelii pot observa ntreaga suprafa a globului i funcioneaz att ziua ct i noaptea (vezi Fig. 3). - staii de recepie la sol unde se prelucreaz i se descifreaz datele satelitare. Sistemul mondial de telecomunicaii meteorologice (SMT)Milioanele de date de observaii, rennoite n permanen sunt vehiculate pe circuitele sistemului mondial de telecomunicaii (SMT) stabilit special pentru nevoile meteorologiei i ale altor discipline conexe, legate de atmosfer i mediu. SMT cuprinde un circuit principal care leag cele 3 centre meteorologice mondiale (Moscova, Melbourne, Washington) centre care colecteaz i transmit informaii de pe tot globul i mai cuprinde o serie de legturi regionale i naionale, care deservesc ntreaga lume.

Centrele regionale de transmisiuni (CRT) colecteaz i transmit informaii preluate de la centrele mondiale (CMT), dar pentru spaii geografice mai restrnse. n Europa asemenea centre regionale funcioneaz la: Praga, Sofia, Bracknell, Paris i Offenbach.29

Centrele naionale de transmisiuni aparin serviciilor meteorologice din fiecare ar. O.M.M furnizeaz aadar serviciilor meteorologice naionale, datele care le permit s elaboreze informaiile meteorologice necesare utilizatorilor din rile lor. 1.4.2. Sistemul meteorologic national din Romania Reproduce la scara tarii sistemul meteorologic mondial. Sistemul meteorologic national realizeaza sarcini de culegeri, transmitere si prelucrearea informatiilor, in conformitate cu nevoile interne, cu directivele si acordurile din OMM cu acordurile bilaterale incheiate cu tarile vecine, precum si cu alte obligatii internationale. Sistemul national de observatii cuprinde momentan: - 189 de statii meteorologice, dintre care 148 in cadrul Companiei Nationale INMH (ANMH) constituind reteaua meteorologica nationala, si 41 in cadrul Regiei Apele Romane, constituind reteaua meteorologica complementara; - 1320 de statii hidrometrice, dintre care 620 in cadrul ANMH, si 700 in cadrul Regiei Apele Romane; - 3 observatoare aerologice; - 7 radare meteorologice (Bucuresti, Cluj, Oradea, Timisoara, BarnovaIasi, M.Kogalniceanu-Constanta, Craiova); - 1 statie receptionarea imaginilor de la sateliti (Bucuresti); - Statii pentru supravegherea poluarii de fond; - Statii automate hidrografice. pentru supravegherea fenomenelor pe bazine

Sistemul national de transmitere a datelor asigura trasferul de informatii de la o unitate la alta (fara prelucrarea acestora). Sistemul national de prelucrare Prelucrarile in flux rapid se realizeaza in 6 centre teritoriale de prevedere a vremii (Cluj, Timisoara, Craiova, Sibiu, Constanta, Iasi) si in sectia sinoptica din ANMH-Bucuresti. Prelucrarile in flux lent (climatologic) se realizeaza la statiile meteorologice judetene, la serviciile meteo ale Directiilor de Ape si la ANMH-Bucuresti.

30

1.4.3. O.M.M. Organizatia Meteorologica Mondiala O.M.M. este o organizatie interguvernamentala specializata a ONU si care s-a constituit in anul 1947 prin Conventia de la Washington care a intrat in vigoare la data de 23.03.1950 (data la care se sarbatoreste anual Ziua Meteorologiei Mondiale). In anul 1996 O.M.M. avea 185 de membri dintre care 179 de state (din 192 state existente la acea data pe glob) si 6 teritorii). Reteaua sa de observatii insuma 10.000 de statii meteorologice de sol, 700 de statii meteorologice fixe sau mobile amplasate pe vapoare, 600 de statii meteorologice montate pe balize mama, 900 de statii meteorologice aerologice, 350 de avioane, 5 sateliti geostationari (de tipMeteoSat) si 4 sateliti pe orbita polara (de tip Meteor, Tiros), numeroase radare meteo si alte dotari tehnice. In sistemul informational O.M.M., in acelasi an 1996, intrau: - 183 centre meteo nationale; - 35 centre meteo regionale; - 3 centre meteo mondiale (Washington, Moscova, Melbourne) Pentru o buna comunicare intercontinentala in coduri meteorologice O.M.M. practica urmatoarea regionare meteorologica conventionala a planetei: - regiunea 1 Africa; - regiunea 2 Asia; - regiunea 3 America de Sud; - regiunea 4 America Centrala si de Nord; - regiunea 5 S-V Oceanului Pacific si Australia; - regiunea 6 Europa. Simbolistica oricarui cod meteo incepe cu amplasarea geografica intr-una din aceste 6 regiuni.

31

ATMOSFERA,ULTIMUL NVELI AL PLANETEI PMNT

2.1. Atmosfera - identitate, form i dimensiuni

2.1.1. Definirea atmosferei Atmosfera este nveliul gazos al Pmntului i ultimul din geosistem de aceea este considerat interfaa dintre corpul planetar i spaiul interplanetar. Din punct de vedere fizic, atmosfera este constituit dintr-un amestec de gaze, purtnd n suspensie particule solide, lichide sau gazoase suplimentare, de origine terestr sau cosmic, natural sau antropic. Particulele solide, gazoase sau lichide n suspensie n aerul atmosferic constituie ansamblul fizic numit aerosolul atmosferic. Aerul atmosferic pur, adic amestecul de gaze dat, luat n discuie fr aerosolul atmosferic, este cunoscut n Fizica atmosferei i sub denumirea de aer uscat i i se atribuie urmtoarele proprieti: este incolor, inodor, insipid, este compresibil i extensibil, are mas i exercit presiune, este n micare continu att n plan vertical ct i n plan orizontal, dup legi proprii, dar n afara oricror granie convenionale, omeneti. Ca mediu fizic gazos, teoretic aerul atmosferic este considerat drept un gaz ideal i atunci poate fi asimilat cu oricare alt fluid, aplicndu-i-se legile fizicii i n particular cele ale mecanicii fluidelor.

32

Fig. 1. Raportul de poziie ntre Pmnt, atmosfera terestr i Soare prin intermediul spaiului interplanetar

Atmosfera este considerat a fi un sistem termodinamic deschis (fig. 1.) care: se intercondiioneaz determinant la limita sa inferioar cu litosfera, hidrosfera, criosfera i biosfera prin schimburi termice, mecanice i chiar desistem termodinamic care are att input-uri (intrri) ct i output-uri (ieiri). Ca orice sistem, ar mai putea fi nchis, comportndu-se ca o cutie neagr sau semideschis (doar cu input-uri) care se comport ca o cutie gri. Cel deschis este considerat o cutie alb. nelegnd prin aceasta calotele de ghea polare i ghearii pereni continentali 33

constitueni (cum ar fi cenua vulcanic, spori, fraciuni de polen i nu n ultimul rnd vapori de ap respectiv componenta atmosferic a circuitului apei n natur); interacioneaz radiativ la limita sa superioar extraatmosferic ca n figura 1. cu Soarele i spaiul

Astfel, prin intermediul filtrului impus de atmosfer, Planeta Vieii primete de la SOARE numai energia strict necesar perpeturii vieii (infinit mai mic dect ceea ce ofer sursa!) i totodat radiaz la rndul su, spre cosmos, numai energia care-i prisosete, ntr-un echilibru, de bilan, dat. Cu alte cuvinte, nveliul atmosferic las s treac este deci transparent numai pentru acea cantitate i calitate de radiaii care s fie folositoare, nu distrugtoare vieii pe Pmnt; pentru restul radiaiilor solare sau cosmice, atmosfera este un filtru de netrecut, prin structura-i dat i prin funciunile atribuite numai ei n geosistem. Se desprinde deci ideea c activitatea de filtraj radiativ a atmosferei este pe ct de radical pe att de fin potenat la diverse nlimi ale nveliului; grila optim se obine prin diverse modaliti, toate fiind posibile numai prin datele iniiale de structur i funcionalitate impuse atmosferei actuale nc de la constituirea ei ca PARTE a ntregului geosistem TERRA.Aadar, atmosfera ca nveli, adic interfaa dintre geoid i cosmos, prin compoziie, structur i funciuni, este indispensabil vieii pe Planeta Albastr.

2.1.2. Opinii asupra originii atmosferei O prim categorie de ipoteze asupra apariiei nveliului atmosferic consider c atmosfera de astzi este o reminiscen a masei gazoase incandescente, primordiale, care a intrat n nsi constituia Pmntului la momentul iniial de formare. O a doua categorie de ipoteze o neag pe prima, susinnd c gazele constituente ale atmosferei actuale au aprut n cadrul unei atmosfere secundare (ca moment de genez), rezultnd n urma unor erupii vulcanice la scar spaio-temporal foarte larg sau/i a emanaiilor unor izvoare termale, a descompunerilor chimice iar mai trziu a contribuiilor vegetale. Unii autori din acest spectru teoretic susin c nceputurile structurale ale atmosferei actuale s-ar afla n Cambrian (cu 580 milioane de ani n urm). Ulterior, prin interaciunea permanent cu celelalte geosfere ale Pmntului, atmosfera s-ar fi desvrit pn la forma actual.

bilanul radiativ este prezentat n capitolul.3. 34

O a treia categorie de ipoteze este de orientare creaionist i nu acord atmosferei o vrst mai mare de 10.000 - 30.000 de ani ct acord de fapt actualului ansamblu de mediu pe Terra, care ar fi aprut odat cu omul, i pentru acesta, ca un act global de creaie divin. 2.1.3. Forma i dimensiunile de baz ale atmosferei Forma atmosferei ntruct efectueaz, mpreun cu Pmntul (sub aceeai vitez unghiular = 7,29 105s-1), cunoscuta micare de rotaie n jurul axei Polilor, atmosfera are forma elipsoidului de rotaie; este deci bombat la Ecuator i turtit la Poli; gradul ei de turtire este mult mai accentuat dect al corpului solid al planetei, a crui raz polar este cu numai 21 km mai scurt dect raza ecuatorial (fig. 2).

D ia m e tru l

12 698 km

P o lu l N o rd

R aza:

m 6370 k

Lung 0 km imea Ecu ato rului: 40 00

Sensul de rotaie

P o lu l S u d

Fig.2. Forma i dimensiunile geoidului Terra

Masa atmosferei Masa atmosferei este de aproximativ 5,16 1015t, reprezentnd numai o milionime din masa Pmntului, care este de 5,98 1021t. Masa atmosferei scade spectaculos de rapid cu altitudinea la fel i densitatea sa i implicit presiunea pe care o exercit acest nveli la diferite nivele atmosferice. Tabelul 1. prezint greutatea pe care o are 1m3 de aer recoltat la diverse nlimi atmosferice.

35

Tabelul 1. Masa aerului coninut ntr-o unitate de volum, la diferite nlimi n atmosfer nlimea, h (km) 40 25 12 0 1 1 1 1 4 43 319 1293 Volum (m3 aer) mas (g)

Se apreciaz c jumtate din masa atmosferei este concentrat ntr-un prim strat, aderent la planet, a crui grosime este de numai 5 km. Continund ideea, se mai afirm c 75% din masa atmosferic total se afl cantonat n stratul cuprins ntre nivelul 0 al mrii i nivelul altitudinal de 10km al nveliului i c pn la nivelul de 36km sau 50km (dup diveri autori) ar ncpea aproape 99% din totalul de mas al nveliului atmosferic. Nu este de neglijat faptul, c pentru restul nveliului, cuprins ntre nlimea de 36km sau 50km i nlimea de 1000km, 2000km sau 3000km (depinznd de autor) rmne numai 1% mas atmosferic, infim deci i tocmai de aceea diasporat la distane uriae de pn la 100km ntre particulele participante. Grosimea atmosferei Grosimea atmosferei nu poate fi nc msurat direct deoarece mijloacele tehnice ale omenirii nu au ajuns la nivelul unei asemenea performane. Se poate ns calcula aceast dimensiune, pornind de la anumite date iniiale, dar tocmai de aceea sunt mai multe propuneri (ca i n cazul limitei superioare a atmosferei).

36

p=

RT

(2.2)

unde este masa molar a aerului.altceva Dac vrei s tii i

Dar, pentru aerul atmosferic ca amestec de mai multe componente gazoase este valabil i legea lui Dalton: p=

pi

(2.3)

Sensul fizic al noiunii de grosime a atmosferei se prezint astfel: - atmosfera se consider n echilibru hidrostatic, adic greutatea fiecrui strat infinitezimal de aer de suprafa este egal cu fora gradientului baric (gradientul presiunii). dp = -gdz sau

unde pi este presiunea parial a gazului (adic presiunea pe care o are un component gazos n amestec dac ar ocupa singur ntregul volum). Pentru amestecul de gaze ecuaia de stare va avea expresia: pV =

m RT

(2.4)

dp = - g dz(2.1) Semnul minus arat c presiunea scade cu nlimea; g - reprezint acceleraia gravitaional i scade cu nlimea:g0 z 1 + a2

cu masa molar a amestecului care definete, n funcie de masele molare ale componentelor gazoase i numrul de moli pentru fiecare component:

=

ii

(2.5)

g=

innd seama de ecuaia echilibrului hidrostatic (2.1) i de ecuaia de stare (2.3) se poate deduce dependena presiunii de timp i de nlime: dp = sau

p dz RT

(2.6)

cu g0 acceleraia gravitaional la nivelul mrii i latitudinea de 45 (9,814 m/s2) iar a, raza Pmntului.

dz g dp dz = g adic dlnp = RT p RT (2.7)

[

[p] SI

][ = daP = N / m ]SI 3

[[g]

= m / s 2 [] = kg / m 3

]

Aerul atmosferic din punct de vedere fizic este asimilat gazului ideal i starea lui este caracterizat prin parametrii de stare (p,,T) ntre care exist relaia cunoscut:

Aceast ultim ecuaie se poate integra ntre dou niveluri p0 i p, cu p0 presiunea corespunztoare nivelului mrii. Se obine:

aceast rubric este facultativ, dar poate fi foarte atractiv pentru studeni37

z z g 1 dz = p 0 exp dz p= p0 exp 0 RT 0 H (2.8)

Unde am definit parametrul H = parametrul de scal al atmosferei.

RT numit g

Aceasta exprim o predominan a moleculelor mai grele la nivelele inferioare i a moleculelor mai uoare la nivelele superioare. De aceea partea superioar a atmosferei, care are compoziia variabil, poart numele de eterosfer.

Dac se consider temperatura constant (T=273K), g=9,8 m/s2 iar =28,96 kg/kmol, se obine pentru nlimea de scal valoarea de 8 km. H = 8 km Aadar, dac temperatura este constant atunci variaia presiunii cu nlimea va fi pentru aerul atmosferic bine amestecat urmtoarea: p = p0 e-z/H (2.9) Se observ c H arat nlimea la care presiunea scade de e ori (e-1 = 0,37), nlimea la care aproximativ 2/3 din mas este coninut n stratul de aer. Sub nlimea de 100 km mecanismele prin care se realizeaz amestecul aerului (convecia, turbulena, etc.) sunt foarte active ipoteza aerului bine amestecat fiind valabil. Pe de alt parte, echilibrul hidrostatic se stabilete aproape instantaneu i ca urmare, sub nlimea de 80-100 km compoziia aerului (exceptnd constituenii minori) este constant i se poate aplica pentru variaia presiunii cu nlimea - ecuaia 2.6. Stratul de aer situat sub nivelul altitudinal de 100 km este numit omosfer . n schimb deasupra nivelului de 80-100 km compoziia aerului ncepe s varieze iar distribuia de echilibru se scrie pentru fiecare component gazos altfel:

z 1 pi = poi exp dz 0 Hi cu H =RT ig

(2.10)

corespunztor fiecrei mase molare i.

de la omogenizare prin mecanisme de amestec

de la eterogenitatea ei n alctuire

38

10000km E T E 3500 R O S F E R A

Hidrogen atomic

Heliu 1100km Oxigen atomic Azot molecular 200 90

OMOSFERAGEOID

Fig. 3. Compoziia i dimensiunile eterosferei (dup Rou Al., 1987)

Limitele atmosferei Anvelopa gazoas a planetei noastre se sprijin pe scoara terestr i se desfoar ca nveli, n jurul acesteia, pn la nlimi msurate, deduse, sau calculate, variind n funcie de autor i de sensul dat de acesta noiunii de limit. Studentul ecolog trebuie s rein urmtoarele: -Limita inferioar nu este pelicular i net, ci este, mai degrab, considerat a fi nsi suprafaa activ a planetei, adic suprafaa continentelor, a oceanelor i a calotelor polare deoarece aerul le penetreaz superficial pe acestea, se ntreptrunde cu ele.

39

-Limita superioar a atmosferei, generic vorbind, nu este nici ea pelicular, ci este imaginat ca un ultim strat de tranziie ctre spaiul interplanetar. Acest strat s-ar afla teoretic fie la nivelul la care fora centrifug tinde s echilibreze fora atraciei gravitaionale a Pmntului - dup unii autori, fie la nivelul la care cmpul magnetic al planetei noastre i mai exercit atracia asupra particulelor alctuitoare ale atmosferei ndeprtate, dup ali autori.

2.2. Aerul atmosferic - compoziie i proprieti fizicochimiceDup cum sa precizat anterior, ntre suprafaa terestr i nlimea medie de 80100km, sau, dup unii autori mai riguroi, pn la pragul altitudinal de 85km, compoziia atmosferei este considerat, teoretic, uniform. n acest strat, tocmai de aceea numit omosfer, proporiile constituenilor gazoi, dei sunt diferite, se menin mereu aceleai. n schimb, la nlimi mai mari de 85km sau, dup ali autori, mai mari de 100km, adic n eterosfer, compoziia atmosferei se modific semnificativ. Cauzele acestei modificri sunt, pe de o parte, diminuarea gravitaiei terestre care are rol major n separarea gravitaional, aici, a constituenilor chimici, i, pe de alt parte, amplificarea radiaiei solare, care disociaz anumii constitueni i stimuleaz formarea unor noi specii chimice la nlimi mai mari dect pragul considerat. 2.2.1. Constituenii gazoi ai atmosferei; compoziia atmosferei standard Organizaia Meteorologic Mondial a pus n circulaie lista componenilor aerului uscat (prelevat din orice punct aflat ntre sol i nlimea de 25 km) care conine gaze distincte dup cum indic tabelul 1. Avnd n vedere c nlimea maxim de prelevare este de 25 km, foarte apropiat de limita superioar a atmosferei ecologice ( adic cea n care se pot ntlni forme de via) este important pentru studentul ecolog s ia not de lista acestor constitueni.

Tabel 1. Compoziia chimic a aerului uscat conform datelor O.M.M

40

Nr. Crt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Gazul azot oxigen argon dioxid de carbon neon heliu kripton hidrogen xenon ozon radon iod metan oxid de azot apa oxigenat dioxid de sulf dioxid de azot oxid de carbon clorur de sodiu amoniac

Simbol N2 O2 Ar CO2 Ne He Kr H2 Xe O3 Rd I2 CH4 N2O H2O2 SO2 NO2 CO NaCl NH3

Proporia n volum % 78,088 20,949 0,930 0,030 1,8.103 5,2.104 1,0.104 5,2.105 8,0.106 1,0.106 6,0.1018 0,3-0,4.108 2,2.104 5,0.105 4,0.106 0,0- 2,0.104 0,0- 2,0.106 urme 103 103

Din tabelul 1. numai primele 4 gaze componente au reprezentativitate n volum i greutate si anume: azotul care reprezint 78,09 %; oxigenul cu 20,94%; argonul cu 0,93% i dioxidul de carbon cu 0,93% din amestecul de gaze dat. Componentele constante ale atmosferei sunt n numr de dou i anume Oxigenul i Azotul. Oxigenul molecular, O2, este indispensabil vieii, ntreine arderile i apare numai n atmosfera Terrei. Deine 20,94% din totalul amestecului de gaze al atmosferei. La nlimi mai mari de 80100km se disociaz.

41

Azotul molecular, N2, poate fi considerat, din punct de vedere al implicrii, ca o stranie dominant chimic (pentru c deine 78,9% din totalul amestecului gazos) n atmosfera terestr pentru c NU particip nici direct i nici evident sau masiv (cum o fac O2 sau CO2) la perpetuarea vieii pe planet. Dar nu este deloc neglijabil rolul indirect pe care l joac N2 n amestecul su cu O2, temperndui acestuia, mult, aciunea oxidant i fcnd, indirect, posibil dezvoltarea formelor de via pe planet. n relaie simpl cu biosfera, azotul molecular este surs de hran vegetal direct sau prin compuii si atmosferici ajuni la sol prin intermediul ploilor . Componentele variabile ale atmosferei Vaporii de ap alturi de dioxidul de carbon i de ozon, reprezint variabilele atmosferei pe care omul ncearc s le evalueze corect. Studiul lor a fost stimulat iniial de nevoia de cunoatere a rolului jucat n perpetuarea formelor de via, ulterior realiznduse ideea c reprezint, de asemenea, constitueni utili n circulaia atmosferic, n procesele de schimb de substan i n alte direcii pe cale de descifrare. Vaporii de ap din atmosfer Vaporii de ap ajung n atmosfer n urma proceselor de evaporare a apei de la suprafaa att de complex a planetei Pmnt. Ei provin ns i n urma proceselor fiziologice (de respiraie sau transpiraie) specifice lumii vii i, mai puin, n urma unor erupii vulcanice. Vaporii de ap sunt considerai drept componenta atmosferic cu cea mai ridicat variabilitate cantitativ, spaial i temporal dintre toate componentele variabile ale acestui nveli gazos. Se apreciaz c n plan vertical vaporii de ap se concentreaz masiv n stratul sol 5km al troposferei; ei ajung ns pe cale natural uneori i pn la 10 km - 12 km nlime adic pn la baza stratosferei. n plan orizontal distribuia vaporilor de ap depinde de: prezena i dimensiunile surselor terestre de evaporare, de temperatura aerului de deasupra surselor de evaporare dar i de intensitatea i direcia dominant a circulaiei aerului troposferic n zona de interes. Dou dintre procesele fizice pe care le sufer apa atmosferic sunt: evaporarea care se desfoar cu consum de energie caloric i condensarea care are loc cu eliberarea cldurii latente de evaporare. Ambele procese asigur circuitul apei n natur i se deruleaz att n atmosfer ct i pe suprafaa terestr; de aceea putem spune c, vaporii de ap

42

ajuni n aer, influeneaz, ntr-o bun msur, bilanul caloric Pmnt-atmosfer, cu adres exact la meninerea efectului de ser natural al planetei. Astfel, alturi de dioxidul de carbon formaiunile noroase (care reprezint marile concentraii atmosferice de vapori de ap) absorb radiaia caloric de und lung invers adic pe cea reflectat sau, mai corect spus, pe cea retransmis de suprafaa planetar aerului atmosferic din apropierea sa, nelsndo s se piard n restul atmosferei libere de deasupra plafonului de nori. Cu alte cuvinte, stratul noros dei discontinuu la nivel planetar, joac rolul geamurilor unei sere artificiale care nu las s ias n afar cldura primit de la radiaia direct a Soarelui pe care a lsat-o ns s ptrund n ser, nestingherit. Deci, stratul de nori, dup ce a absorbit radiaia caloric reflectat, adic venit dinspre suprafaa Pmntului (suprafaa nclzit direct de ctre Soare) o retransmite, o difuzeaz aerului interpus ntre vlul noros i suprafaa terestr, exact ca n interiorul unei sere (acest subiect se va relua n capitolul 10). Dioxidul de Carbon Dioxidul de carbon, cu numai cele 0,030% ale sale joac cel mai complex rol n cadrul stratului de interfa, ntre Pmnt i Cosmos, care este atmosfera. Acest gaz este implicat n absorbia radiaiei de und lung (infraroie) care provine dinspre scoara terestr dar i dinspre anumite componente ale atmosferei, participnd astfel la exercitarea efectului de ser natural sau suplimentat al atmosferei apropiate scoarei. Dioxidul de carbon dispare la nlimi mai mari de 2030 km n atmosfer.

norii nu conin numai ap n stare de vapori ci i n stare de picturi, de cristale i de greloane de ghea 43

proporional cu presiunea parial a dioxidului de carbon din aer. Captarea dioxidului de carbon din atmosfer de ctre plante este contrabalansat printro anumit producie de dioxid de carbon din partea componentei organice din sol n cadrul unor procese cu degajare de CO2 care au loc sub aciunea bacteriilor. Eliberarea dioxidului de carbon de ctre sol depinde de tipul de sol, de structura, umezeala i temperatura acestuia. De aceea concentraia de dioxid de carbon a aerului prezent n stratul de sol poate fi de pn la 100 de ori mai ridicat dect n aerul de deasupra nivelului solului. n cazul analizei profilelor verticale ale dioxidului de carbon pentru dou forme tipice de vegetaie, pdure i culturi, se observ amplitudinea aproximativ a fluctuaiilor implicate precum i direcia fluxurilor verticale. Astfel ziua, fluxurile sunt mai mari n comparaie cu noaptea. Grosimea stratului de aer de deasupra vegetaiei, este implicat n ciclul dioxidului de carbon i depinde de intensitatea fluxului acestuia, de starea de turbulen a atmosferei ca i de extinderea orizontal a ariei active. Trebuie reinut faptul c, acolo unde solul i vegetaia sunt foarte apropiate o parte a ciclului dioxidului de carbon este scurtcircuitat i de aceea include numai cele mai joase straturi ale atmosferei. Variaia zilnic a concentraiei acestui gaz este controlat prin ritmul de absorbie i difuzia turbulent. Specialitii au demonstrat c cele mai sczute valori sunt atinse nainte de apus, iar cele mai ridicate la rsritul soarelui. Descreterea mic a dioxidului de carbon cu nlimea n timpul zilei i creterea mare n timpul nopii nu reflect fluxurile de dioxid de carbon, ci mai degrab difuzia turbulent diferit diurn. nregistrrile sunt i ele diferite pe vreme frumoas fa de zilele noroase i aceasta datorit reducerii absorbiei i variaiei mai mici a curenilor de difuzie. n alt ordine de idei, pentru atmosfer omul a devenit un furnizor de CO2 n plin avnt, prin tot mai extinsele sale platforme industriale sau zone rezideniale de tip megalopolis.

Dac vrei s tii i altceva

Vom prezenta mai jos dioxidul de carbon n interpretrile recente ale cercettorilor preocupai de rolul i relaiile acestui gaz cu restul ansamblului de mediu terestru (figurile i o parte din text ne-au fost puse la dispoziie n manuscris - de prof.Sabina tefan, Univ Bucureti, creia i mulumim). Toate procesele n care este implicat dioxidul de carbon atmosferic au loc n apropierea suprafeei Pmntului, adic n troposfera joas. Atmosfera acioneaz, deci, numai ca un rezervor tampon, pasiv, cu o capacitate mare dar limitat. Viteza de schimb a atmosferei cu oceanul planetar i biosfera n ceea ce privete dioxidul de carbon este relativ mic, oceanul planetar fiind un rezervor uria de CO2 al planetei. Echilibrul dintre aceste dou rezervoare este foarte sensibil la variaiile mici ale valorilor temperaturii i pHul apei oceanului i de asemenea la fluctuaiile biosferei marine. Echilibrul poate s nu fie stabil i poate fi cauza unor variaii seculare de amplitudini necunoscute. La rndul su, omul genereaz n mod curent mari cantiti de dioxid de carbon n mediul nconjurtor. ntruct acest gaz joac un rol important n bilanul radiativ al atmosferei, efectele asupra climatului sunt considerate deosebit de importante. Este tiut c dioxidul de carbon este sursa major de carbon organic i are rol n viaa plantelor. Cantitatea folosit anual de ctre biosfer arat c viaa plantelor, cu ritmurile ei, are un efect evident asupra concentraiei de dioxid de carbon la nivelul suprafeei Pmntului. Asimilarea dioxidului de carbon de ctre plante este controlat puternic de ctre radiaia solar, pentru aceeai cantitate de lumin ea (asimilarea) fiind

44

Concentraia de CO2 n aerul de deasupra suprafeei oceanice poate fi controlat prin concentraia de H2CO3 din aer, a CO2 sau H2CO3 din n ap, pentru c acestea, la rndul lor sunt n echilibru cu ionii de bicarbonat HCO3-i CO3=. Concentraia la echilibru [CO2] n aer este proporional numai cu [H2CO3]: [CO2]=1[H2CO3]. Sistemul acesta de ecuaii arat c la o cretere a [CO2] i corespunztor a [H2CO3], trebuie s creasc, de asemenea i [H]. Efectul modificrii valorii pHului implic o cretere de 1% a coninutului de CO2 n apa oceanic pentru fiecare cretere de 12,5% a concentraiei de CO2. Cantitatea total de CO2 dizolvat n apa oceanului este puternic dependent de valoarea pHului, de temperatura i de salinitatea acesteia. Oceanele intertropicale acioneaz ca o surs permanent, dar apele oceanice de la latitudinile temperate i reci acioneaz ca un pu uria absorbant pentru dioxidul de carbon atmosferic.

Concentratia de CO2 (ppmv*)

Acum deasupra Oceanului Planetar, arii ntinse acioneaz fie ca un pu absorbant, fie ca o surs de CO2 impunnd o influen serioas asupra coninutului de CO2 al aerului ce se afl n pasaj sau stagneaz deasupra sa.

360 355 350 345 340 335 330 325 320 315 31019 58 19 63 19 68 19 73 19 78 19 83 19 88

Distribuia dioxidului de carbon n atmosfer ncepnd din 1957 concentraiile de CO2 au fost monitorizate, astzi existnd o reea de peste 40 de staii fixe sponsorizate de mai mult de 10 state membre ale O.M.M. Cea mai reprezentativ este cea din Hawaii deoarece are nregistrri continue de concentraii ale dioxid de carbon. Integrnd rezultatele acestor msurtori sistematice cercettorii atmosferei fac urmtoarele evaluri: nivelurile concentraiei de CO2 din atmosfer au crescut ncepnd cu perioada industrial de la aproximativ 280ppmv n 1958 la aproximativ 356 ppmv, n 1990 (Figura 1). La obinerea acestor rezultate au contribuit i analizele asupra bulelor de aer gsite n interiorul ghearilor. Figura 1 evideniaz creterea observat a concentraiilor de CO2, ea fiind atribuit activitii antropice, deoarece: Creterea pe termen lung a dioxidului de carbon din atmosfer urmeaz ndeaproape creterea n emisiile de CO2 ctre aceasta. Dei CO2 este bine amestecat n atmosfer, concentraiile msurate apar uor mai ridicate n emisfera

Fluxul de dioxid de carbon din atmosfer care se deplaseaz dinspre latitudinile tropicale spre cele polare trebuie s fie echilibrat de fluxul invers, corespunztor celui din ocean n cadrul cruia apele arctice sunt vehiculate i dirijate spre latitudinile calde, intertropicale. Rolul abundenei sau distrugerii planctonului oceanic este studiat intens n legtur cu fluctuaiile naturale ale CO2 din apa oceanic. Exist scenarii triste asupra modificrii majore a climei planetare la nivelul anilor 2030 2050 n care eventuala dispariie masiv a planctonului oceanic ar putea modifica foarte grav bilanul CO2 atrgnd dup sine un ir de reacii de rspuns, n lan, distructive pentru mediu.

precedat de perioada preindustrial care este definit drept media mai multor secole dinainte de 1750 pri per milion dintr-un volum 45

nordic, datorit surselor de emisie antropic mult mai numeroase aici. Fig. 1. Concentraia de CO2 coninut din analiza bulelor de aer din interiorul ghearilor (exprimat n ppmv- pri per un milion dintr-un volum) Creterea diferenei de temperatur a aerului ntre cele dou emisfere ale Terrei s-a produs odat cu creterea emisiilor de CO2 ctre aceasta. Ratele medii ale concentraiei de CO2 au crescut n timpul anului 1980 avnd valori de 0,4% sau astfel spus, de 1,5 ppmv/ an. Ori acest raport este echivalent cu aproximativ 3,2 Gtc/an, sau astfel spus cu 50% din emisiile antropice totale de CO2. Referindu-se la o perioad de timp decenial, fig. 2 arat c proporia de emisii de CO2 din atmosfer a rmas aproximativ constant (~ 50%). Pentru perioada 19811990 rata global medie crete cu aproape 1,4ppmv/an, fiind mai mic dect n anii 1980 cnd era de aproximativ 1,5ppmv/an. Variabilitatea din fig. 3. este considerat de ctre cercettori ca fiind legat de fenomenul oscilaiei sudice, ENSO (El Nio-Southern Oscillation Index), dei mecanismul cauzefect nu este perfect cunoscut. O explicaie ar putea fi schimbul dintre ocean care este un uria rezervor de CO2 - i atmosfer.

46

3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 019 63 19 73 19 9319 90

ppmv/an

19 68

19 78

19 58

19 8386

Fig.2. Rata de cretere a concentraiei de CO2 ncepnd cu anul 1958 la staia Mauna Loa

3.5 3 2.5 ppmv/an 2 1.5 1 0.5 080 82 19 19 19 19 19 88 84

Fig.3. Rata de cretere a cantitii de CO2 n perioada 1981-1990, obinut prin reeaua de 30 de staii NOAA (dup Conway, 1988)

Ozonul Ozonul (O3) constitue o stare alotropic a oxigenului. Ozonul, exprimat cifric, reprezint 1,0.106 n amestecul de gaze pe care l reprezint aerul atmosferic, adic ceva mai mult dect o prere sau dect o urm Cu alte cuvinte, dac am comprima la un moment dat toate moleculele de ozon din atmosfer, abia am putea obine o pelicul a crei consisten ar fi de

alotropie proprietatea elementelor chimice de a se prezenta sub mai multe forme cu proprieti fizice diferite ozon n grecete nseamn mirositor 47

19 88

numai 2 4 mm grosime; aadar mult mediatizatul STRAT DE OZON este mai mult funcie dect materie!. Despre imaterialul dar superfuncionalul strat de ozon se scrie i se vorbete mult ca despre un parasolar dat al geosistemului pe care omul, incontient, l gurete pe ci diferite care in de supertehnologizarea activitilor sale. De aceea este bine ca studentul ecolog s se informeze atent pentru a ti ulterior s deceleze informaia mediocr de pres, de realitatea tiinific n domeniu, destul de puin mediatizat, din pcate. ntro prim aproximare, moleculele de ozon se ntlnesc ca i cum ar fi presrate n stratul larg al atmosferei cuprins ntre 10 i 60 km nlime; exist ns niveluri de concentraie ceva mai crescut i anume ntre: 20 i 25 km i resectiv ntre 45 i 50 km. Astfel, se poate spune c aa-zisul strat de ozon (care nu e strat!) se afl n zona superioar a stratosferei i n cea inferioar a mezosferei. In deceniile precedente se vehiculau alte limite altitudinale pentru aceast entitate funcional, limite deduse, presupuse sau calculate de diferii autori dup cum se poate ntlni n bibliografia de specialitate. Ozonul din atmosfera medie i nalt adic ozonul stratomezosferic ia natere sau dispare n urma unor procese fotochimice complexe, datorate aciunii radiaiilor ultraviolete emise de Soare asupra moleculelor normale de oxigen prezente acolo. Absorbind radiaiile ultraviolete, moleculele de oxigen se disociaz i, prin combinaii libere, genereaz ozon (fig.4).

Fig. 4 Molecula de ozon este format din trei atomi de oxigen n ceea ce privete geneza ozonului din imediata apropiere a suprafeei terestre putem spune c acesta apare accidental sub aciunea descrcrilor electrice sau ca produs fotochimic de poluare n marile orae cu clim cald sau temperat (aici ns n perioada de var).

48

Ozonul de lng sol NU face parte din nveliul de ozon stratomezosferic cu funcii date de protecie radiativ a vieii pe Pmnt. El este generat de activitatea antropic, n special (de emanaiile eapamentelor) i este considerat un poluant. S revenim la nveliul funcional de ozon, cel stratomezosferic, menionm din nou c nu este continuu, nu este nici prezent la o anumit nlime standard i nici nu are consistena material proprie unui strat. Moleculele de ozon sunt prezente ntre nlimile amintite, dar la distane foarte mari unele de altele i mereu dispuse si schimbe starea fapt ce determin fluctuaiile de consisten ale aa - zisului strat de ozon att de greit mediatizate. Exist teorii care susin c activitile umane distrug ireversibil stratul de ozon, dar i alte teorii care susin c stratul de ozon funcional stratomezosferic se nate, se distruge i se renate mereu acolo, n loc, din cauze cosmice, independente de om, activitile acestuia subsumnduse, avnd deci efecte punctuale pe termen scurt i corectabile. Cu alte cuvinte omul nu iar putea distruge singur parasolarul de ozon dat, deoarece el i activitile sale ar fi disproporionat prea mici pentru a o putea face. Timpul i tiina vor descoperi unde este adevrul

49

Primele consideraii teoretice legate de formarea ozonului au aprut n lucrarea lui Chapman (1930) i aveau n vedere fotochimia.

Dac vrei s tii i altcevaIat o prezentare a ozonului n lumina interpretrilor recente ale cercettorilor preocupai de geneza i rolul acestui gaz n atmosfer (materialul ne-a fost pus la dispoziie de prof. Sabina tefan, Univ. Bucureti, creia i mulumim). Ozonul, spre deosebire de celelalte dou componente atmosferice variabile: vaporii de ap i dioxidul de carbon este format i distrus chimic numai n interiorul atmosferei. Procesele complicate de formare i distrugere a ozonului n interiorul atmosferei sunt de mare importan pentru radiaia terestr din domeniul ultraviolet i pentru bilanul energetic la nivelul mezosferei. Ozonul, s ne reamintim, este constituent minor al atmosferei, cu concentraie medie de aproximativ 23x106 ppm (pri per milion dintr-un volum) dac ar fi uniform distribuit. Unitile de msur practicate pentru exprimarea cantitii totale de ozon din atmosfer sunt nlimi ale unei coloane echivalente de ozon la temperaturi i presiuni standard. Astfel, cantitatea total de ozon ar varia aproximativ ntre 0,16 la 0,4 cm. Explicarea distribuiei verticale a ozonului a nceput n anii 30 i n paralel cu aceasta sau dezvoltat teoriile legate de formarea i distrugerea ozonului. Pentru profilul vertical al ozonului se folosete ca unitate 103 cm STP per km de altitudine. Unitatea Dobson (DU) reprezint 103cm de O3 sedimentat. n anii 20, Dobson i asoci