Ziemia jest otoczona powłoką gazową zwaną powietrzem, czyli atmosferą. Na wysokości ok. 1500 km gęstość atmosfery jest bliska zeru. Dopiero od wysokości 10 tys. km mówimy o przestrzeni międzyplanetarnej. Aż 99,99% masy atmosfery znajduje się do 80 km, a połowa masy atmosfery leży do 5 km od powierzchni Ziemi. Obszar kształtowania się pogody w strefie międzyzwrotnikowej sięga 16 km od powierzchni ziemi, do 10 km w strefie około biegunowej. Główne składniki powietrza to azot, tlen, argon i dwutlenek wegla, a drugorzędne to gazy szlachetne neon, hel, krypton, ksenon, a także tlenek węgla, wodór i podtlenek azotu. Domieszki powietrza to para wodna, ozon, siarkowodór, dwutlenek siarki, amoniak, metan, dwutlenek azotu, freon. Para wodna może stanowić od zera do czterech procent masy powietrza. Powyżej 10 km znajdują się już tylko śladowe ilości pary wodnej.
Masy powietrza zalegajace i przesuwające się nad charakterystycznymi rejonami ziemi przejmują,takie właściwości jak, temperaturę, wilgotność, zapylenie. Temperatura określonej masy powietrza wynika głównie z poziomu natężenia promieniowania słonecznego. Powietrze okołozwrotnikowe pod tym względem diametralnie różni się od okołobiegunowego. Natomiast zapylenie i zawartość pary wodnej głównie zależy od obszaru źródłowego związanego z lądem, czy morski. Powietrze zwrotnikowo-morskie tworzy się w rejonie Wysp Azorskich i charakteryzuje się bardzo dużą ilością pary wodnej. Powietrze zwrotnikowo-kontynentalne powstające nad obszarami pustyń Iranu, Turcji i północnej Afryki ma znikomą zawartość pary wodnej i bardzo dużą zawartość pyłów. Powietrze polarno-morskie, z północnego Atlantyku, w pasie szerokości geograficznych 45-65 stopni szerokości północnej (Islandia, Spispergen), zawiera duże ilości pary wodnej. Temperatura znacząca niższa od poprzednich, ale specyficzne oddziaływanie prądów morskich sprawia, że okazuje się cieplesza w zimie, a chłodniejsza latem, niż by to wynikało z obszaru źródłowego powstawania tej masy powietrza. Powietrze polarno-kontynentalne powstające w rejonie północnej części Rosji charakteryzuje się znaczącymi różnicami temperatur w lecie, a zimą. W zimie ląd ulega znaczącemu wychłodzeniu, a latem z kolei osiaga stosunkowo wysokie temperatury. Powietrze to ma dużą zawartość pyłów, a małą wilgoci, niezależnie od pory roku. Z kolei powietrze arktyczno-kontynentalne z okolic Grenlandii ma bardzo niską temperaturę, niewielką zawartość pary wodnej i niskie zapylenie. Jest to masa powietrza najbardziej przezroczysta. Ostatnią, z najbardziej charakterystycznych mas powietrza, docierajacych do Polski, jest powietrze arktyczno-morskie, kształtująca się nad północnym Atlantykiem, w pasie szerokości geograficznych 65-85 stopni szeokości geograficznej północnej. W porównaniu do poprzeniej masy powietrza jest cieplejsza i o wiekszej zawartości wilgoci.
Tempo przesuwania się i wzajemne oddzaiływanie tych mas ma decydujące znaczenie do kształtowania się warunków pogodowych na obszarze naszego kraju. Są trzy rodzaje frontów atmosferycznych: ciepły, chłodny i zokludowany. Front ciepły występuje na granicy między zbliżającą się ciepłą masą powietrza nachodzącą na masę chłodną. Front chłodny to granica między napływającą chłodną masą powietrza wypierająca ciepłą masę powietrza. Te dwa przeciwstawne fronty tworzą odmienne warunki pogodowe. Przed frontem ciepłym, w miejscu, gdzie ustępuje chłodne powietrze, tworzą się mgły, wiatr zmienia kierunek. W wyniku napływu ciepłego powietrza nad zimne, tworzy się zwarty układ chmur sprzyjajacy długotrwałym opadom. Zwiastunem napływajacego ciepłego powietrza jest pojawienie się (ok. 800 km przed frontem) wysoko chmur pierzastych, o kształcie przecinków ( Cirrus uncinus), potem Cirrostratus (Cs) (pierzaste warstwowe), przy tym występuje biały krąg wokół Słońca lub Księżyca. Następnie niżej (2-6 km od powierzchni ziemi) tworzą się chmury średniowarstwowe (Altostratus ) (As), w odległości od 100 do 400 km przed frontem. Za nimi napływają chmury warstwowo deszczowe (Nimbostratus) (Ns), wysokość bardzo zróżnicowana, od kilustet metrów do nawet 8 km. Pod nimi (już na wysokości 100-200m nad powierzchnią ziemi) przesuwają sie z dużą prędkością strzępy poszarpanych chmur ( Strato fractus), chmury "złej" pogody. Strefa opadów to około 300-400 km. Za linią frontu z reguły zachmurzenie nie występuje i następuje ocieplenie.
Z krótszym wyprzedzeniem możemy przewidzieć nadejście frontu chłodnego. Zapowiedzią pogody związanej z tym frontem jest chaotyczny wygląd nieba. Chmury Cirrus i Cirrocumulus porozrzucane w różnych kierunkach, poniżej Altocumulus lenticularis (o kształcie soczewek, czy migdałków) i castellanus (ząbkowane, regularne wypukłości o wspólnej podstawie, ułożone w jednej lini). Ważna jest prędkość napływajacego powietrza chłodnego. Przy wolnym przesuwaniu tworzą się najpierw chmury Cumulonimbus (Cb). Są to chmury kłębisto deszczowe, które mogą się tworzyć na wysokości kilkust metrów, a wierzchołki sięgają nawet 12 km. Za nimi Cs oraz As, dalej Ns. Z Cb ulewne deszcze na lini frontu, za nimi Ns z opadami ciągłymi. Strefa opadów obejmuje około 150-200 km. Gdy front chłodny napływa z dużą prędkością to gwałtownie wypiera ciepłe powietrze do góry i następuje silny rozwój chmur kłębiastych w formie wału chmur burzowych. Cumulus medicoris (o niewielkiej rozciągłości pionowej i niewielkich wybrzuszeniach) przekształcają się w Cumulus congestus (wyraźnie rosnące, o dużej rozciągłości pionowej), a następnie w ciemnosiny Cumulonimbus. Przy dużej różnicy temperatur następuje duży rozwój pionowy tych chmur, co skutkuje silnym wiatrem, gwałtownymi wyładowaniami elektrycznymi, ulewnymi deszczami, gradem. Strefa intensywnych opadów obejmuje zwykle około 60- 80 km, po czym następuje ochłodzenie. Po przejściu frontu pogoda zmienna, rozpogodzenia z pojawiajacymi się chmurami kłębiastymi (Cumulus i Cumulonimbus) i opadami przelotnymi. Front ciepły przemieszcza się tym szybciej, im silniejsze spadki ciśnienia występuja przed nim. Front chłodny szybciej się przemieszcza, gdy silniejszy jest wzrost ciśnienia za nim. Front zokludowany tworzy się, gdy ciepła masa powietrza jest ograniczana dwoma chłodniejszymi, z których jedna jest cieplejsza. Istnieje możliwość powstania róznych warunków okluzji co sprawia, że przewidywanie pogody jest trudne. Charekterystyczna cecha to zmienność pogody.
W obszarach wyżowych fronty zanikają. Natomiast front zbliżajacy się do zatoki niżowej staje się bardziej aktywny, a oddalajac się od niej traci aktywność. Wyż azorski i niż islandzki mają duży wpływ na kształtowanie się pogody w naszej części świata. Gdy występuje niż, to powietrze przy powierzchni ziemi porusza się spiralnie do wnętrza niżu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a następnie unosi się w górę i rozchodzi się w wyższych warstwach atmosfery w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Odwrotnie to przebiega przy wyżu. Na wysokości powietrze przemieszcza się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i opada skręcając przy powierzchni ziemi zgodnie z obrotem wskazówek zegara.
Chmury Cumulus humilis (spłaszczone, o płaskiej podstawie) zwiastują słoneczną pogodę. Powietrze osiada z wyższych wysokości hamując rozwój prądów termicznych do określonej wysokości. Często pojawiają się rano Cumulus fractus (o nieregularnych kształtach, postrzępione), które zanikają przed południem. Zapowiedzią dobrej pogody są też przejaśnienia za ustępującymi chmurami Stratocumulus (warstwowe, kłębiaste), ale bardzo wyraźnie odcinajacymi się od czystego nieba. Gwarancją trwania dobrej pogody są chmury rozrzucone na niebie i poruszające się powoli.
Obecnośc pary wodnej w powietrzu jest wynikiem parowania wody. Aby nastąpiło parowanie musi być dostarczona określona energia. Ciepło parowania wody wynosi ok. 2500 J/g. Powietrze nasycone parą wznosi się, tak długo, dopóki jego temperatura osiągnie temperaturę otoczenia. Znając temperaturę wznoszącego się powietrza oraz temperaturę na określonych wysokościach możemy określić, kiedy nastąpi kondensacja pary wodnej (utworzy się chmura) i jak wysoko wzniesie się określona porcja powietrza. Inwersja temperatury, na określonej wysokości, ogranicza ruch powietrza i powstawanie chmur.
Niekiedy warunki sprzyjają utworzeniu się superkomórki burzowej. Jeśli górna część, tzw. kowadła chmury, wybrzusza się, a także pojawiają się chmury mamales (przypominające wymiona zachodzące na siebie), oznacza to bardzo duże prawdopodobieństwo wystąpienia trąby powietrznej. Para wodna ulega kondensacji uwalniając energię utajoną, co zwiększa dynamikę zjawiska.Tworzy się silny wirujacy prąd wstępujący, a także układ rozwija się w dół. Staje się coraz bardziej zwarty i coraz szybciej się obraca, aż osiąga powierzchnię ziemi. Wirujący lej tworzy spustoszenie na ziemi.
Im mniejsza wilgotność i wyższa temperatura powietrza, tym większy niedosyt wilgoci w powietrzu i parowanie powierzchni wody przebiega szybciej. Ta sama zawartość pary wodnej w powietrzu może, przy niskich temperaturach, oznaczać pełne, a przy wysokich temperaturach powietrza, niewielkie nasycenie parą wodną powietrza. Wartości wilgotności względnej podaje się w procentach, jako stosunek aktualnej zawartości pary wodnej w powietrzu do maksymalnej, w danej temperaturze. Punkt rosy określa temperatura, przy której para wodna osiąga stan nasycenia. W temperaturze punktu rosy wartość niedosytu wilgotności wynosi zero, zaś wilgotność względna 100%.
Na chmury i opady przypada ok. 2,5% pary wodnej zawartej w atmosferze. Opady poziome, tj. osady mgielne, zwłaszcza sadź w warunkach górskich są porównywalne z wysokością opadów, do 1100 mm wody. Rosa jest osadem w postaci kropelek wody na powierzchni wychłodzonych przedmiotów, roślin przy znikomej prędkości wiatru. Szron powstaje w temperaturze poniżej zera stopni Celsjusza. Para wodna przechodzi bezposrednio w fazę stałą. Szadź jest osadem na powierzchni przedmiotów powstałym w wyniku zamarzania kropelek mgły. Im mniejsza prędkość wiatru, tym przy niższej temperaturze zachodzi to zjawisko. Szadź ma dużą przyczepność, co często przyczynia się do zrywania przewodów i łamania gałęzi. Gołoledź tworzy się podczas opadu przechłodzonych kropel wody na powierzchnie, których temperatura jest również niższa lub zbliżona do zera stopni Celsjusza. Mgły powstają w dwojaki sposób. Bądź od ochłodzonej określonej powierzchni oziębia się też powietrze. Bądź jest wynikiem napływu cieplejszych mas powietrza ponad ochłodzoną powierzchnię ziemi. O zamgleniu mówimy, jeżeli widać przedmioty w odległości ponad 1km.
Promieniowanie słoneczne widzialne dla człowieka obejmuje zakres od 0,4 do 0,75 mikro metra, co stanowi 46% promieniowania słonecznego docierajacego do Ziemi. Gdy Słońce znajduje się na wysokości ok. 42 stopni nad horyzontem i mamy je za sobą, a zwróceni jesteśmy w stronę padającego deszczu to możemy zaobserwować tęczę. Światło białe ulega rozczepieniu, od strony wewnętrznej tęczy na następujące kolory: purpurowy, fioletowy, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony.
Promienie przechodząc przez atmosferę ulegają częściowemu lub całkowitemu rozproszeniu. Długie fale w wiekszości przechodzą bez przeszkód. W widzialnej części widma słonecznego najsilniej są rozpraszane fiolet i błękit. Jest to przyczyną pięknego błękitnego nieba przy słonecznej pogodzie. Cząsteczki, które nie są większe niż 10 do 20% długości fali światła, rozpraszają fioletowy i niebieski zakres widma do 16 razy silniej niż światło czerwone. W przypadku cząsteczek o wielkości odpowiadajacej długościom fal światła wtedy promieniowanie w zakresie fal fioletowych i niebieskich jest tylko 4 razy silniejsze niż czerwonego pasma widma słonecznego. Dla cząsteczek powietrza o średnicy większej od 1 mm występuje równomierne rozpraszanie widma słonecznego, co daje barwę białą. Azot i tlen rozpraszają światło równomiernie we wszystkich kierunkach. Powietrze składa się głównie z atomów azotu (ok. 78%) i tlenu (ok. 21%). Cząsteczeki większe, zwłaszcza o średnicy 1 mm, powodują, że rozpraszanie nie jest równomierne. Wtedy skierowane jest głównie do przodu, czyli zgodnie z kierunkiem padania promieni słonecznych. Przy wschodzacym lub zachodzacym Słońcu droga przez atmosferę jest długa dlatego głównie dominuje barwa pomarańczowa i czerwona. Krótsze fale zostały rozproszone lub pochłonięte. Na podstawie barwy zorzy możemy wnioskować o zawartości pary wodnej w powietrzu. Przy duzej wilgotności widzimy głównie promienie czerwone. Przy małej wilgotności rozpraszanie i pochłanianie jest słabsze i widzimy zachodzące Słońce w zróżnicowanej iluminacji w kolorach żółtej, pomarańczowej i czerwonej.
Zjawisko rozpraszania promieni słonecznych nie powoduje zmian energetycznych cząsteczek. Kiedy foton pada na cząsteczkę gazu jego energia przenosi się na powłokę elektronową tej cząsteczki i elektrony są wzbudzone. Stan wzbudzenia elektronu to jedna mililiardowa sekundy i powłoka powraca do stanu wyjsciowego. Energia fotonu jest równa energii przekazanej podczas zderzenia, przy tym zmienia kierunek. Pochłanianie promieniowania polega na przechwyceniu kwantu przez cząsteczkę, a więc stan energetyczny cząsteczki wzrasta o energię pochłoniętą. Azot nie pochłania energii promieniowania, a tlen w znikomej ilości. Wśród gazów majacych największą zdolność pochłaniania, a zatem do powstawania efektu cieplarnianego, ma para wodna (21stop. Celsjusza), dwutlenek węgla (7 stop. Celsjusza), Ozon (2 stop. Celsjusza). Przy czym ich zdolność pochłaniania dotyczy głównie fal długich promieniowania elektromagnetycznego. Ponieważ promieniowanie słoneczne jest głównie w zakresie fal krótkich, a promienowanie Ziemi w zakresie fal długich, to znaczenie pary wodnej polega na przechwyceniu promieniowania długofalowego emitowanego przez Ziemię. Następnie promieniuje zwrotnie, też w kierunku Ziemi. Zapobiega to znacznemu wychłodzeniu powierzchni ziemi, szczególnie w nocy. Podobne znaczenie mają chmury i pyły, lecz w dzień ograniczają w znacznej mierze ilość promieniowania docierającego do powierzchni ziemi, a zatem ograniczają też nagrzewanie jej powierzchni. Wzjemne współzależności między składnikami powietrza stabilizują atmosferę. Wielorakość wariantów fizycznego stanu atmosfery w naszym rejonie sprawia, że przewidywanie pogody jest określane z większym lub mniejszym prawdopodobieństwem.
Masy powietrza zalegajace i przesuwające się nad charakterystycznymi rejonami ziemi przejmują,takie właściwości jak, temperaturę, wilgotność, zapylenie. Temperatura określonej masy powietrza wynika głównie z poziomu natężenia promieniowania słonecznego. Powietrze okołozwrotnikowe pod tym względem diametralnie różni się od okołobiegunowego. Natomiast zapylenie i zawartość pary wodnej głównie zależy od obszaru źródłowego związanego z lądem, czy morski. Powietrze zwrotnikowo-morskie tworzy się w rejonie Wysp Azorskich i charakteryzuje się bardzo dużą ilością pary wodnej. Powietrze zwrotnikowo-kontynentalne powstające nad obszarami pustyń Iranu, Turcji i północnej Afryki ma znikomą zawartość pary wodnej i bardzo dużą zawartość pyłów. Powietrze polarno-morskie, z północnego Atlantyku, w pasie szerokości geograficznych 45-65 stopni szerokości północnej (Islandia, Spispergen), zawiera duże ilości pary wodnej. Temperatura znacząca niższa od poprzednich, ale specyficzne oddziaływanie prądów morskich sprawia, że okazuje się cieplesza w zimie, a chłodniejsza latem, niż by to wynikało z obszaru źródłowego powstawania tej masy powietrza. Powietrze polarno-kontynentalne powstające w rejonie północnej części Rosji charakteryzuje się znaczącymi różnicami temperatur w lecie, a zimą. W zimie ląd ulega znaczącemu wychłodzeniu, a latem z kolei osiaga stosunkowo wysokie temperatury. Powietrze to ma dużą zawartość pyłów, a małą wilgoci, niezależnie od pory roku. Z kolei powietrze arktyczno-kontynentalne z okolic Grenlandii ma bardzo niską temperaturę, niewielką zawartość pary wodnej i niskie zapylenie. Jest to masa powietrza najbardziej przezroczysta. Ostatnią, z najbardziej charakterystycznych mas powietrza, docierajacych do Polski, jest powietrze arktyczno-morskie, kształtująca się nad północnym Atlantykiem, w pasie szerokości geograficznych 65-85 stopni szeokości geograficznej północnej. W porównaniu do poprzeniej masy powietrza jest cieplejsza i o wiekszej zawartości wilgoci.
Tempo przesuwania się i wzajemne oddzaiływanie tych mas ma decydujące znaczenie do kształtowania się warunków pogodowych na obszarze naszego kraju. Są trzy rodzaje frontów atmosferycznych: ciepły, chłodny i zokludowany. Front ciepły występuje na granicy między zbliżającą się ciepłą masą powietrza nachodzącą na masę chłodną. Front chłodny to granica między napływającą chłodną masą powietrza wypierająca ciepłą masę powietrza. Te dwa przeciwstawne fronty tworzą odmienne warunki pogodowe. Przed frontem ciepłym, w miejscu, gdzie ustępuje chłodne powietrze, tworzą się mgły, wiatr zmienia kierunek. W wyniku napływu ciepłego powietrza nad zimne, tworzy się zwarty układ chmur sprzyjajacy długotrwałym opadom. Zwiastunem napływajacego ciepłego powietrza jest pojawienie się (ok. 800 km przed frontem) wysoko chmur pierzastych, o kształcie przecinków ( Cirrus uncinus), potem Cirrostratus (Cs) (pierzaste warstwowe), przy tym występuje biały krąg wokół Słońca lub Księżyca. Następnie niżej (2-6 km od powierzchni ziemi) tworzą się chmury średniowarstwowe (Altostratus ) (As), w odległości od 100 do 400 km przed frontem. Za nimi napływają chmury warstwowo deszczowe (Nimbostratus) (Ns), wysokość bardzo zróżnicowana, od kilustet metrów do nawet 8 km. Pod nimi (już na wysokości 100-200m nad powierzchnią ziemi) przesuwają sie z dużą prędkością strzępy poszarpanych chmur ( Strato fractus), chmury "złej" pogody. Strefa opadów to około 300-400 km. Za linią frontu z reguły zachmurzenie nie występuje i następuje ocieplenie.
Z krótszym wyprzedzeniem możemy przewidzieć nadejście frontu chłodnego. Zapowiedzią pogody związanej z tym frontem jest chaotyczny wygląd nieba. Chmury Cirrus i Cirrocumulus porozrzucane w różnych kierunkach, poniżej Altocumulus lenticularis (o kształcie soczewek, czy migdałków) i castellanus (ząbkowane, regularne wypukłości o wspólnej podstawie, ułożone w jednej lini). Ważna jest prędkość napływajacego powietrza chłodnego. Przy wolnym przesuwaniu tworzą się najpierw chmury Cumulonimbus (Cb). Są to chmury kłębisto deszczowe, które mogą się tworzyć na wysokości kilkust metrów, a wierzchołki sięgają nawet 12 km. Za nimi Cs oraz As, dalej Ns. Z Cb ulewne deszcze na lini frontu, za nimi Ns z opadami ciągłymi. Strefa opadów obejmuje około 150-200 km. Gdy front chłodny napływa z dużą prędkością to gwałtownie wypiera ciepłe powietrze do góry i następuje silny rozwój chmur kłębiastych w formie wału chmur burzowych. Cumulus medicoris (o niewielkiej rozciągłości pionowej i niewielkich wybrzuszeniach) przekształcają się w Cumulus congestus (wyraźnie rosnące, o dużej rozciągłości pionowej), a następnie w ciemnosiny Cumulonimbus. Przy dużej różnicy temperatur następuje duży rozwój pionowy tych chmur, co skutkuje silnym wiatrem, gwałtownymi wyładowaniami elektrycznymi, ulewnymi deszczami, gradem. Strefa intensywnych opadów obejmuje zwykle około 60- 80 km, po czym następuje ochłodzenie. Po przejściu frontu pogoda zmienna, rozpogodzenia z pojawiajacymi się chmurami kłębiastymi (Cumulus i Cumulonimbus) i opadami przelotnymi. Front ciepły przemieszcza się tym szybciej, im silniejsze spadki ciśnienia występuja przed nim. Front chłodny szybciej się przemieszcza, gdy silniejszy jest wzrost ciśnienia za nim. Front zokludowany tworzy się, gdy ciepła masa powietrza jest ograniczana dwoma chłodniejszymi, z których jedna jest cieplejsza. Istnieje możliwość powstania róznych warunków okluzji co sprawia, że przewidywanie pogody jest trudne. Charekterystyczna cecha to zmienność pogody.
W obszarach wyżowych fronty zanikają. Natomiast front zbliżajacy się do zatoki niżowej staje się bardziej aktywny, a oddalajac się od niej traci aktywność. Wyż azorski i niż islandzki mają duży wpływ na kształtowanie się pogody w naszej części świata. Gdy występuje niż, to powietrze przy powierzchni ziemi porusza się spiralnie do wnętrza niżu w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a następnie unosi się w górę i rozchodzi się w wyższych warstwach atmosfery w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. Odwrotnie to przebiega przy wyżu. Na wysokości powietrze przemieszcza się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i opada skręcając przy powierzchni ziemi zgodnie z obrotem wskazówek zegara.
Chmury Cumulus humilis (spłaszczone, o płaskiej podstawie) zwiastują słoneczną pogodę. Powietrze osiada z wyższych wysokości hamując rozwój prądów termicznych do określonej wysokości. Często pojawiają się rano Cumulus fractus (o nieregularnych kształtach, postrzępione), które zanikają przed południem. Zapowiedzią dobrej pogody są też przejaśnienia za ustępującymi chmurami Stratocumulus (warstwowe, kłębiaste), ale bardzo wyraźnie odcinajacymi się od czystego nieba. Gwarancją trwania dobrej pogody są chmury rozrzucone na niebie i poruszające się powoli.
Obecnośc pary wodnej w powietrzu jest wynikiem parowania wody. Aby nastąpiło parowanie musi być dostarczona określona energia. Ciepło parowania wody wynosi ok. 2500 J/g. Powietrze nasycone parą wznosi się, tak długo, dopóki jego temperatura osiągnie temperaturę otoczenia. Znając temperaturę wznoszącego się powietrza oraz temperaturę na określonych wysokościach możemy określić, kiedy nastąpi kondensacja pary wodnej (utworzy się chmura) i jak wysoko wzniesie się określona porcja powietrza. Inwersja temperatury, na określonej wysokości, ogranicza ruch powietrza i powstawanie chmur.
Niekiedy warunki sprzyjają utworzeniu się superkomórki burzowej. Jeśli górna część, tzw. kowadła chmury, wybrzusza się, a także pojawiają się chmury mamales (przypominające wymiona zachodzące na siebie), oznacza to bardzo duże prawdopodobieństwo wystąpienia trąby powietrznej. Para wodna ulega kondensacji uwalniając energię utajoną, co zwiększa dynamikę zjawiska.Tworzy się silny wirujacy prąd wstępujący, a także układ rozwija się w dół. Staje się coraz bardziej zwarty i coraz szybciej się obraca, aż osiąga powierzchnię ziemi. Wirujący lej tworzy spustoszenie na ziemi.
Im mniejsza wilgotność i wyższa temperatura powietrza, tym większy niedosyt wilgoci w powietrzu i parowanie powierzchni wody przebiega szybciej. Ta sama zawartość pary wodnej w powietrzu może, przy niskich temperaturach, oznaczać pełne, a przy wysokich temperaturach powietrza, niewielkie nasycenie parą wodną powietrza. Wartości wilgotności względnej podaje się w procentach, jako stosunek aktualnej zawartości pary wodnej w powietrzu do maksymalnej, w danej temperaturze. Punkt rosy określa temperatura, przy której para wodna osiąga stan nasycenia. W temperaturze punktu rosy wartość niedosytu wilgotności wynosi zero, zaś wilgotność względna 100%.
Na chmury i opady przypada ok. 2,5% pary wodnej zawartej w atmosferze. Opady poziome, tj. osady mgielne, zwłaszcza sadź w warunkach górskich są porównywalne z wysokością opadów, do 1100 mm wody. Rosa jest osadem w postaci kropelek wody na powierzchni wychłodzonych przedmiotów, roślin przy znikomej prędkości wiatru. Szron powstaje w temperaturze poniżej zera stopni Celsjusza. Para wodna przechodzi bezposrednio w fazę stałą. Szadź jest osadem na powierzchni przedmiotów powstałym w wyniku zamarzania kropelek mgły. Im mniejsza prędkość wiatru, tym przy niższej temperaturze zachodzi to zjawisko. Szadź ma dużą przyczepność, co często przyczynia się do zrywania przewodów i łamania gałęzi. Gołoledź tworzy się podczas opadu przechłodzonych kropel wody na powierzchnie, których temperatura jest również niższa lub zbliżona do zera stopni Celsjusza. Mgły powstają w dwojaki sposób. Bądź od ochłodzonej określonej powierzchni oziębia się też powietrze. Bądź jest wynikiem napływu cieplejszych mas powietrza ponad ochłodzoną powierzchnię ziemi. O zamgleniu mówimy, jeżeli widać przedmioty w odległości ponad 1km.
Promieniowanie słoneczne widzialne dla człowieka obejmuje zakres od 0,4 do 0,75 mikro metra, co stanowi 46% promieniowania słonecznego docierajacego do Ziemi. Gdy Słońce znajduje się na wysokości ok. 42 stopni nad horyzontem i mamy je za sobą, a zwróceni jesteśmy w stronę padającego deszczu to możemy zaobserwować tęczę. Światło białe ulega rozczepieniu, od strony wewnętrznej tęczy na następujące kolory: purpurowy, fioletowy, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, czerwony.
Promienie przechodząc przez atmosferę ulegają częściowemu lub całkowitemu rozproszeniu. Długie fale w wiekszości przechodzą bez przeszkód. W widzialnej części widma słonecznego najsilniej są rozpraszane fiolet i błękit. Jest to przyczyną pięknego błękitnego nieba przy słonecznej pogodzie. Cząsteczki, które nie są większe niż 10 do 20% długości fali światła, rozpraszają fioletowy i niebieski zakres widma do 16 razy silniej niż światło czerwone. W przypadku cząsteczek o wielkości odpowiadajacej długościom fal światła wtedy promieniowanie w zakresie fal fioletowych i niebieskich jest tylko 4 razy silniejsze niż czerwonego pasma widma słonecznego. Dla cząsteczek powietrza o średnicy większej od 1 mm występuje równomierne rozpraszanie widma słonecznego, co daje barwę białą. Azot i tlen rozpraszają światło równomiernie we wszystkich kierunkach. Powietrze składa się głównie z atomów azotu (ok. 78%) i tlenu (ok. 21%). Cząsteczeki większe, zwłaszcza o średnicy 1 mm, powodują, że rozpraszanie nie jest równomierne. Wtedy skierowane jest głównie do przodu, czyli zgodnie z kierunkiem padania promieni słonecznych. Przy wschodzacym lub zachodzacym Słońcu droga przez atmosferę jest długa dlatego głównie dominuje barwa pomarańczowa i czerwona. Krótsze fale zostały rozproszone lub pochłonięte. Na podstawie barwy zorzy możemy wnioskować o zawartości pary wodnej w powietrzu. Przy duzej wilgotności widzimy głównie promienie czerwone. Przy małej wilgotności rozpraszanie i pochłanianie jest słabsze i widzimy zachodzące Słońce w zróżnicowanej iluminacji w kolorach żółtej, pomarańczowej i czerwonej.
Zjawisko rozpraszania promieni słonecznych nie powoduje zmian energetycznych cząsteczek. Kiedy foton pada na cząsteczkę gazu jego energia przenosi się na powłokę elektronową tej cząsteczki i elektrony są wzbudzone. Stan wzbudzenia elektronu to jedna mililiardowa sekundy i powłoka powraca do stanu wyjsciowego. Energia fotonu jest równa energii przekazanej podczas zderzenia, przy tym zmienia kierunek. Pochłanianie promieniowania polega na przechwyceniu kwantu przez cząsteczkę, a więc stan energetyczny cząsteczki wzrasta o energię pochłoniętą. Azot nie pochłania energii promieniowania, a tlen w znikomej ilości. Wśród gazów majacych największą zdolność pochłaniania, a zatem do powstawania efektu cieplarnianego, ma para wodna (21stop. Celsjusza), dwutlenek węgla (7 stop. Celsjusza), Ozon (2 stop. Celsjusza). Przy czym ich zdolność pochłaniania dotyczy głównie fal długich promieniowania elektromagnetycznego. Ponieważ promieniowanie słoneczne jest głównie w zakresie fal krótkich, a promienowanie Ziemi w zakresie fal długich, to znaczenie pary wodnej polega na przechwyceniu promieniowania długofalowego emitowanego przez Ziemię. Następnie promieniuje zwrotnie, też w kierunku Ziemi. Zapobiega to znacznemu wychłodzeniu powierzchni ziemi, szczególnie w nocy. Podobne znaczenie mają chmury i pyły, lecz w dzień ograniczają w znacznej mierze ilość promieniowania docierającego do powierzchni ziemi, a zatem ograniczają też nagrzewanie jej powierzchni. Wzjemne współzależności między składnikami powietrza stabilizują atmosferę. Wielorakość wariantów fizycznego stanu atmosfery w naszym rejonie sprawia, że przewidywanie pogody jest określane z większym lub mniejszym prawdopodobieństwem.
Opracowano na podstawie:
Stanisław Bac, Marian Rojek, Meteorologia i klimatologia, PWN Warszawa 1981.
Bruce Buckley, Edward J. Hopkins, Richard Whitaker, Pogoda.
Hans Hackel, Pogoda i klimat, Wydaw. Multico.
Krzysztof Kożuchowski, Meteorologia i klimatologia, PWN, Warszawa, 2002.
Dorota Matuszko, Chmury i pogoda, Wydaw.Uniwersytetu Jagielońskiego, wyd II, 2009.
T. Schmidt, Meteorologia dla potrzeb szybownictwa, Wydaw. Komunikacji i Łączności, 1982.
Stanisław Bac, Marian Rojek, Meteorologia i klimatologia, PWN Warszawa 1981.
Bruce Buckley, Edward J. Hopkins, Richard Whitaker, Pogoda.
Hans Hackel, Pogoda i klimat, Wydaw. Multico.
Krzysztof Kożuchowski, Meteorologia i klimatologia, PWN, Warszawa, 2002.
Dorota Matuszko, Chmury i pogoda, Wydaw.Uniwersytetu Jagielońskiego, wyd II, 2009.
T. Schmidt, Meteorologia dla potrzeb szybownictwa, Wydaw. Komunikacji i Łączności, 1982.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz