Atmosferako Zirkulazio Orokorra

Lurra, eguzkiaren erradiazio intzidentearen, erradiazio islatuaren eta igorritako erradiazioaren artean orekan dagoen gorputz bat da. Atmosferak bero-makina baten antzera jokatzen du: bero-iturria ekuatore aldean dauka, energia-superabit garbi batekin; eta poloetan, aldiz, sarbegi bat, energia-defizit garbia islatzen duena. Atmosferaren egitekoetako bat tropikoen eta poloen artean dagoen bero-diferentziaren energia potentziala, energia zinetiko bihurtzea da, beroa batetik bestera eraman ahal izateko.

Lurra jiraka ibiliko ez balitz, aire beroa ekuatore parean konbekzio-mugimenduagatik igo, eta poloetarantz joango litzateke; han hoztu, eta behera etorri ondoren, atzera lurrazaleko haize gisa itzuliko litzateke, energia zinetikoaren zati bat eta geratzen zaion berotasuna lurrazalarekiko marruskaduran agortuz. Baina Lurra, poloetatik igarotzen den ardatz baten inguruan higitzen denez, ekuatorean sortutako konbekzio-zelulak (Hadley zelulak) Coriolis indarrak eraginda desitxuratu eta ibilbidea aldatu egiten dute, (ipar-hemisferioan eskuinerantz), eta, ondorioz, poloetarantz doan aireak ekialderantz jotzen du, eta itzulerakoak, aldiz, mendebalerantz.

Zirkulazioaren funtzionamendua:

Coriolis indarrak Hadley zeluletan eragitean, zelulak zatitu egiten dira, baina zatiketa horren emaitza diren zirkulazioak zonalak izan ohi dira, ez hainbeste meridionalak (hau da, paraleloetan zehar gertatzen dira gehiago, meridianoetan zehar baino), eta, hartara, mugimendu horren hamarren bat soilik bideratzen da ekuatore edo poloetarantz.

Ekuatore aldean, gora igotzen den airea hoztu, eta ondorioz, kondentsatu, eta oihan tropikaletan hain ohikoa den prezipitazioa eragiten du. Airea jaisten den inguruetan, berotu eta hezetasun erlatiboa gutxitu egiten da, eta, ondorioz, lehortea eta prezipitaziorik gabeko "eguraldi ona" eragiten du. Subsidientzia hori latitudeko 30 ºren inguruan gertatu ohi da, eta zuzenean lotuta dago basamortuekin eta antizikloi-sistema handi erdi-iraunkorrek eskuarki hartzen duten lekuarekin, hau da, Ozeano Pazifikokoarekin eta Azoreetakoarekin.

Lurraren ardatzarekiko mugimendu-kantitatearen momentuari eustearren, mugimenduan dagoen aireak latitudean gora igotzekoan abiadura hartzen du edo latitudean beherakoan moteldu egiten du. Hortaz, zirkulazio-zelula handiak elkar ukitzen duten lekuetan abiadura handiak erdiesten dira, eta horrek jet korronteak eragiten ditu. Jet korronte polarra ez da tinko mantentzen, baizik eta sigi-sagan ibili ohi da, poloko aire hotzak tropikoetako aire beroagoarekin topo egiten duen fronte polarreko lekuan perturbazioak eraginez. Jet korrontearen eta fronte polarraren arteko elkarreragin horren ondorioz, fronte-sistemak sortzen dira, eta horiexek dira, hain zuzen ere, latitude ertainetako eguraldiaren aldaketaren arrazoi nagusiak.

Hona hemen fronteak direla-eta, latitude ertainetan eguraldiaren aldaketa eragiten duten depresio-guneetako gorabeherak. Behe-presioko sistemak oso lotuta daude jet korronte polarraren perturbazioarekin, eta hezetasun eta tenperatura ezaugarri desberdinak dituzten aire-masak bereizten dituzten azaletan zehar eratu ohi dira. Behe-presioko zentroak, frontean sortzen diren uhinduren ondorio izan ohi dira; fronteko aire hotzak bultza egiten dio beroari, eta horrela, depresio-gune baten bueltan biraka hasten dira, ipar-hemisferioan erlojuaren orratzen kontrako jobidean. Hona hemen fronte-depresio bat nola sortu eta desegiten den.

• Fronte hotza aire beroa eta aire hotza bereizten dituen banaketa-azala da; aire hotzak bultza egiten dio beroari eta azpian sartzen zaio falka modura, aire beroa gorantz bidaliz. Eten-lerroaren malda 1/50 eta 1/150 artekoa da.
• Fronte beroan, berriz, aire-masa beroak egiten dio bultza hotzari; malda 1/100etik 1/300ra bitartekoa, edo are gehiagokoa izan daiteke, frontearen isatsean marruskadurak duen eraginagatik. Marruskadura horren ondorioz, gerta liteke, aire-masa beroa aire-masa hotzari gailentzea.

Haizea, mugimenduan dagoen airea da, eta mugimendu horrek hiru dimentsio baditu ere, normalean, osagai horizontalaren abiadura eta jobidea bakarrik hartzen dira kontuan. Haizea aztertzeko hainbat eskala baliatzen dira. Hona hemen taula batean bilduta.

Eskala bakoitzak prozesu atmosferiko bereziak eta identifikatzeko modukoak erakusten ditu, eta, oro har, eskala batean aktibitatea indartsu bada, eskala horren azpitik dauden eskaletako aktibitatea ezdeusa gertatzen da.

Haizearen profil bertikalaren aldaketa:

Lehen hurbilketa batean esan daiteke, aireak presio-gradientearen eta Coriolis indarraren eragina jasaten dituela, eta airearen mugimendua bi indar horien arteko orekaren ondorio dela. Oreka geostrofiko horren ondorioz, beraz, airea isobarekiko paraleloan mugitzen da, aurrera egin ahala, ipar-hemisferioan goi-presioko guneak eskuinetara uzten dituelarik. Lurrazaletik gertu, ordea, oreka hori nolabait ere hautsi egiten da lurrazalarekiko marruskaduraren eraginez, eta, berriro ere, egokitu egiten da: haizearen abiadura moteldu egiten da, eta jobidea ere aldatu egiten da, halako moldez ezen haizeak isobarak moztu eta behe-presioko eremuetarantz bideratzen baita. Lurrazalaren erliebearekiko marruskaduraren eragina ez dago erliebearen baitan soilik, une bakoitzeko eguraldi bereziak ere badu eraginik.

Haizea bizi dabilelarik, zerua hodei geruza ez oso handiak estaltzen duenean, airearen abiadura lurrazalaren mailan 0 izatetik, 300-500 m-ko altueran balio geostrofikoa izatera hel daiteke, altuerarekin haizea erlojuaren orratzen norabidean mugitzen delarik. Udan, eguzkiaren intsolazioa gorena denean, lurrazalarekiko marruskadura altuera polit bateraino nabaritzen da (1000-2000 m), eta gainera, airea lurrazaletik igoarazten duten konbekzio-korronteek areagotu egiten dute marruskaduraren efektu hori. Arrazoi horregatik beragatik, haizearen batez besteko abiadura ia konstantea izan ohi da atmosferaren lehen 1000 m-tan, altueraren jobidean aldaketarik nabaritu gabe. Gauean, batez ere oskarbi denean, atmosferaren beheko aldean ia ez da haizerik ibiltzen, eta haizea, erliebearen sakonunetarantz erakartzen duen grabitate-efektuak soilik arrotuarazten du.

Hirietan dituzten efektuak:

Hirietan, energia-balantzea dezente aldatzen da, inguruarekin alderatuz gero. Hona hemen arrazoi nagusiak:

1. Industriak eta berogailuak.
2. Zementu, adreilu eta asfaltoz egindako obrek, egunez beroa xurgatu eta gauez askatzen baitute.
3. Gai kutsatzaileen geruza, zeinak erradiazio infragorriak islatu egiten baititu.

Arrazoi horien ondorioz sortzen diren aldaketek, "bero-uharte" deitzen den hori sortzea eragiten dute; bero-uharte hori gai da bere kabuz zirkulazio konbektiboa eragiteko; ezaugarri gisa hiriaren barrualdera sartzen diren haize ahulak aipatu behar dira, gai baitira hiri hori hartzen duen eskualdean batez beste egiten duen erregimen plubiometrikoa aldatzeko.

Hegal eta haranetako haizea:

Mendi-hegalak berotu edo hozten direnean, horrek dentsitatean eta presioak halako aldaketa batzuk eragiten ditu, eta, ondorioz, tokian tokiko zirkulazioak sortzen dira; gero eta haize orokor ahulagoa, orduan eta haize lokal indartsuagoa.

Oro har, haize horiek gauez aire hotza mendi-hegaletatik behera jaitsarazten dute (haize katabatikoa). Egunez, eguteran dauden mendi-hegalak berotzean, gain-gainean dagoen aireak, arinagoa denez, gora egiten du, eta horri haize anabatikoa esaten zaio. Bi haize mota horiek (katabatikoa eta anabatikoa) ingurune menditsuetako berzikulazio berezia osatzen duten zirkulu bat eragiten dute.

Itsas eta lehorreko brisak:

Zerua oskarbi dagoen egun eguzkitsuetan, eskualdeko haizeak ahul jotzen duenean, itsasoaren ondo-ondoan dagoen lurra, ura baino askoz ere azkarrago berotzen da. Prozesu horren ondorioz, lehorraren eta itsasoko uraren tenperaturak ez datoz bat, eta, tenperaturaren diferentzia horrek, itsasotik lehorrerako aire-zirkulazio lokala eragiten du.

Gauean, berriz, lurrazala erraz hozten da, eta itsasoko ura, aldiz, oso motel edo ia batere ez da hozten, eta ondorioz, kontrako egoera gertatzen da, eta haizeak lehorretik itsasora jotzen du.

Atmosferaren Profil Bertikala

Eguzkiaren erradiazioaren eraginez lurrazala egunero berotu eta hozteko zikloaren, eta batetik eta bestetik datozen aire-masak nahastearen ondorioz, airearen tenperaturaren balioa aldatua egiten da altueraren arabera. Eta aldaketa horrek badu zer esanik atmosferak aire-mugimendu bertikalak abiarazteko edo galarazteko orduan.

Oro har, atmosfera egonkor, mugimendu bertikalak galarazten dituen atmosferari esaten zaio; eta, atmosfera ezegonkor, horrelakoak ugaltzen dituenari. Atmosfera neutrotzat jotzen da, mugimendu horiek ez galarazi, ez ugaltzen dituenari.

Egonkortasun bertikala:

Egonkortasun bertikala, atmosferaren profil adiabatikoaren eta profil errealaren arteko erlazioaren baitan dago. Bertikalean era adiabatikoan mugitzen den aire-burbuila lehor bat kilometroko 10 ºC hoztu edo berotzen da. Hiru maila bereizten dira: egonkorra, neutroa eta ezegonkorra.

Begiratu irudiei: lerro lodiek atmosferaren tenperaturaren profil erreala adierazten dute, eta lerro etenak, lehen A puntuan (profil adiabatiko lehorrean) egongo litzatekeen burbuila batek bertikalki mugitutakoan jarraituko lukeen profila.

(a) kasuan, burbuilak gora egingo balu, haren tenperatura ingurukoa baino baxuagoa izatera helduko litzateke, eta, hortaz, berriro jaitsi egingo litzateke, A-rantz, hura baino dentsoagoa gertatuko bailitzateke. Era berean, burbuilak behera egingo balu, burbuilaren tenperatura ingurukoa baino altuagoa izatera iritsiko litzateke, eta, hortaz, atzera A-rantz itzuliko litzateke, inguruan izango lukeen aireak baino dentsitate baxuagoa izango bailuke. Irudi horrek, beraz, airearen mugimendu bertikalak galarazteko joera duen profil bertikal EGONKORRA islatzen dute.

Profil egonkor batean, airearen tenperatura altuerarekin batera igotzen denean, tenperaturaren inbertsioa gertatu dela esan ohi da. (b) kasuan, eta arestian erabilitako arrazoibide berari eutsiz, garbi ikus daiteke burbuilaren mugimendu bertikalak ugaldu egiten dituela egoera horrek, goran dagoenean, inguruko airea baino arinagoa delako, eta beheran dagoenean, berriz, dentsoagoa delako. Egoera EZEGONKOR baten aurrean gaude. Ezegonkortasun handia eragiten duten baldintza horiek gorako haizekada gogorrak eragiten dituzte, eta gorako haizekada horiekin ur-lurruna kondentsatu, eta azkenik erasotzeko moduko tamaina hartuko duten ur-tantak osatzen dira.

Atmosferaren profil erreala bat badator tenperaturaren aldaketa adiabatikoarekin, profil NEUTROA dugula esango dugu.

Prozesu adiabatikoak:

Airearen mugimendu bertikalak flotagarritasunaren baitan daude, eta burbuila baten flotagarritasuna, inguruko airearen dentsitatearekiko burbuila horrek duen dentsitatearen baitan dago. Airearen dentsitatea ia konstantea den arren, dentsitate hori asko aldatzen da tenperaturaren arabera; airea gero eta hotzagoa, orduan eta dentsitate erlatibo handiagoa, eta, hortaz, behera erortzeko joera handiagoa; aire beroarekin, jakina, guztiz kontrakoa gertatzen da.

Bertikalki higitzen den aire-burbuila batek presio aldaketa azkarrak nozitzen ditu, eta horri erantzuteko burbuilaren bolumenak edo-eta tenperaturak ere aldatu egin behar dute aldi berean. Burbuila horrek bere inguruarekin kondukzio edo erradiazio bidez egiten duen bero-trukaketa oso motela baldin bada, eta errealitatean hala jazo ohi da, orduan tenperatura-aldaketa ia erabat bolumen aldaketari zor zaio.

Aire-burbuila baten eta bere inguruaren artean ia bero-trukaketarik gertatzen ez den prozesu idealari, prozesu adiabatiko esan ohi zaio. Aireak normalean ura izan ohi duenez, uraren fase aldaketetan bero sorra trukatu ohi denez, prozesu adiabatikoen artean bi mota bereizten dira :

1. Prozesu adiabatiko lehorra: Prozesu horretan urak ez du fase-aldaketarik izaten.
2. Prozesu adiabatiko hezea: Uraren fase-aldaketak eragiten dituena.

Prozesu adiabatiko heze batean, presioz aldatzen den burbuila baten fase-aldaketek, bero sorra bero sentigarri bihurtzen dute, eta alderantziz. Hau da, kondentsazioarekin, askatutako bero sorrak burbuila berotu egiten du, eta tenperatura igoarazten dio, eta, hortaz, jaitsiera ez da prozesu adiabatiko lehor batean bezain azkarra. Lurrunketan, bero sorrak burbuila prozesu adiabatiko lehorrean baino azkarrago hozten du. Prozesu adiabatikoetan tenperaturaren igoera eta jaitsiera kondentsatu edo lurrundu gabe dagoen uraren baitan dago, eta, beraz, kontua ez da, adiabatiko lehorretan bezala, altueraren araberakoa soilik.

Definiremos como turbulencia las variaciones caóticas observadas en los valores de las magnitudes termodinámicas medidas de forma instantánea en el seno de la atmósfera. Este último concepto es de suma importancia a la hora de discutir cualquier proceso atmosférico. Cuando se mencione la velocidad, dirección del viento, temperatura, etc... no puede dejarse de entender que esta medida es un promedio temporal de las mismas propiedades.

Turbulentzia atmosferan neurtutako magnitude termodinamiko baten batez besteko balioei ausaz gainezartzen zaizkion gorabeheratzat har daiteke (ikus 1. irudia).

Turbulentziaren sorrera azaltzeko hainbat teoria dago, baina badirudi jario laminarren egonkortasunaren teoria dela gehien onartzen dena. Fluido baten mugimenduak mugimenduaren ekuazio guztiak bete ditzake, eta, haatik, ezegonkorra izan; hau da, jario edo fluxu baten ezaugarriek aldaketa itzulezinak nozitzen dituzte perturbazio bat sartzen denean. Jario laminar bat zurrunbilotsu bihur daiteke (ikus 2. irudia). Fluido baten bi geruza paralelo eta uniforme horietan (elkarren arteko marruskadurarik ez dela), fluido horiek abiadura desberdinetan higitzen dira (a). Ukipen-eremuan (b) perturbazio bat sartzen bada, a puntuko presioa (Pa) igo egiten da puntu horretako abiadura jaistean; eta aldiz, Pb jaitsi egiten da, b puntuko fluidoaren abiadura azkartzean. Ondorioa honakoa da: presio-aldaketak ukipen-eremuan fluidoa b punturantz bultzatzen duen indar garbi bat sorrarazten du. Horrek areagotu egiten du ukipen-eremuko perturbazioa, haize-zurrunbiloak osatzen hasten dira, eta perturbazioa fluido guztira hedatzen da, jario zurrunbilotsua sortuz. Fluido baten barneko turbulentzia, airearen batez besteko mugimenduari gainezartzen zaizkion eskala desberdineko zurrunbilo multzo baten gisara irudika daiteke. Eskala handiko haize-zurrunbiloak eskala txikiagoko haize-zurrunbilotan zatikatzen dira, molekulen arteko talkatan amaituko den energia-jauzi jarraituzko prozesu batean, eskala handiko gorabeherek eskala txikiagokoei energia ematen dielarik. Turbulentzia izatearen ondorio garrantzitsuenetako bat atmosferan dagoen bolumendun edozein elementuren intentsitate fisikoa behin denbora-epe bat igarotakoan galtzean datza; eta horrek, berez, biziki zailtzen du denbora-epe jakin batetik haratago doan eguraldiaren iragarpena. Bestetik, turbulentziak barreiatuarazten ditu osagai kutsatzaileak atmosferaren barruan.

Zurrunbilozko difusioa:

Atmosferara isuritako kutsadura-poltsa bati erreparatzen badiogu, turbulentziaren eragina zer-nolakoa den ikusiko dugu: kutsadura-poltsa baino eskala handiagoko zurrunbiloek edo gorabeherek kutsadura-poltsa hori arrastatu, eraman edo astindu egiten dute, batera eta bestera, ausaz. Poltsaren eskala bertsuko zurrunbiloek, berriz, poltsa hori desitxuratu eta azkenean poltsa txikiagotan zatitzen dute; poltsa horiek, era berean, eskala txikiagoko zurrunbiloen mende geratzen dira, eta horiek ere ertzetatik poltsa desegiten jarraitzen dute, eta horrela, etengabe, barreiapen molekularra erabat amaitu arte. Aldi berean, gasezko hodeia zatikatzean, tamainaz handitu egiten denez, eskala handiagoko turbulentziek hartzen dute mendean. Eta azkenean, hasieran aire-poltsa batean kontzentratuta zegoen kutsadura hura erabat barreiatzen da. Normalean zurrunbiloa adierazteko fisikan K erlazioak erabiltzen dira; parametro horrek atmosferako turbulentziaren eta magnitude termodinamiko ertainen arteko erlazioa adierazten baitu.
Turbulentzia aztertzeko eredu fisiko horiek garbi uzten dute atmosferaren egonkortasun mailak baldintzatzen duela gehien barreiatzeko era. Horrela, bada, tximini batetik ateratzen den ke-adarra era batera edo bestera barreiatuko da, atmosferaren profil termikoaren arabera (ikus irudia):