Καθημερινά βλέπουμε δεκάδες αεροπλάνα να απογειώνονται, να προσγειώνονται να ανεβαίνουν και να κατεβαίνουν.
Σε αυτό το άρθρο θα ασχοληθούμε με ορισμένα πράγματα σχετικά με τον φυσικό χώρο, το μέρος που ζουν και πετάνε τα αεροπλάνα, δηλαδή την κατώτερη ατμόσφαιρα!
Η ατμόσφαιρα, δηλαδή η σφαίρα αερίων που περιβάλλει την Γη και περιστρέφεται μαζί της χωρίζεται σε διαφορετικά στρώματα τα οποία έχουν διαφορετικές ιδιότητες.
Η πίεση και η πυκνότητα μειώνονται με την αύξηση του υψομέτρου σε όλα τα στρώματα, αλλά η θερμοκρασία ακολουθεί έναν πολύ διαφορετικό ρυθμό αλλαγής με το ύψος.
Έτσι, χρησιμοποιούμε τον ρυθμό αλλαγής θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας καθώς ανεβαίνουμε προς τα επάνω ή αλλιώς θερμοβαθμίδα, για να αναγνωρίσουμε τα διαφορετικά στρώματά της. Κάθε στρώμα έχει την δική του χαρακτηριστική θερμοβαθμίδα!
Ξεκινώντας από την επιφάνεια και ανεβαίνοντας προς τα πάνω, η ατμόσφαιρα χωρίζεται σε 4 κύρια στρώματα:
- Η τροπόσφαιρα
- Η στρατόσφαιρα
- Η μεσόσφαιρα
- Η θερμόσφαιρα
–> Το όριο μεταξύ κάθε στρώματος είναι γνωστό ως παύση.
Αυτό το όριο δεν αποτελεί ένα φανερό σύνορο σε συγκεκριμένη θέση και ύψος αλλά μάλλον είναι ασαφές δηλαδή γνωρίζουμε χονδρικά που βρίσκεται και εξαρτάται από αλλά χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας που μπορούν να αλλάζουν ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή.
Τροπόσφαιρα
Η τροπόσφαιρα είναι το χαμηλότερο στρώμα στην ατμόσφαιρα. Σε αυτό το στρώμα η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος.
Η ατμόσφαιρα θερμαίνεται από κάτω προς τα πάνω και όχι το αντίθετο! Καταπληκτικό;
Αυτό συμβαίνει επειδή η Γη με την στερεή μάζα της απορροφάει και συγκρατεί την ηλικιακή ακτινοβολία και έπειτα η ίδια η Γη ζεσταίνει την ατμόσφαιρα.
Οπότε παρόλο που η τροπόσφαιρα είναι πιο κοντά στον Ήλιο σε σχέση με τη Γη δεν θερμαίνεται άμεσα από αυτόν αλλά έμμεσα και δευτερογενώς από την επιφάνειας της Γης.
Ο ρυθμός με τον οποίο μειώνεται η θερμοκρασία είναι περίπου 2°C ανά 1000 πόδια ή 0,65°C ανά 100 m (ή 6,5°C ανά km). Αυτό το ποσοστό είναι μια γενίκευση και μπορεί να αλλάξει, ειδικά στην χαμηλότερη ατμόσφαιρα όπου βρίσκεται σε επαφή με την επιφάνεια.
Η βαρύτητα συμπιέζει τα αέρια της ατμόσφαιρας. Ως αποτέλεσμα, περίπου το 75% της μάζας του αέρα και σχεδόν όλος ο υδρατμός περιέχεται στην τροπόσφαιρα. Τα περισσότερα από τα ορατά καιρικά φαινόμενα λαμβάνουν χώρα σε αυτό το στρώμα.
Κατά μέσο όρο αυτό το στρώμα έχει πάχος περίπου 11 km, αν και ποικίλλει. Το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας ορίζεται από μια απότομη αλλαγή στον ρυθμό μείωσης της θερμοκρασίας.
Συγκεκριμένα, το ανώτερο όριο εμφανίζεται όταν η θερμοκρασία παύει να μειώνεται με το ύψος και παραμένει σταθερή περίπου στους -56 βαθμούς κελσίου καθώς ανεβαίνουμε περαιτέρω.
Αυτό σηματοδοτεί το τέλος της Τροπόσφαιρας και την αρχή του επόμενου στρώματος, που ονομάζεται Στρατόσφαιρα. Το όριο μεταξύ αυτών των 2 στρωμάτων ονομάζεται Τροπόπαυση.
Τροπόπαυση
Η τροπόπαυση λοιπόν σηματοδοτεί την κορυφή της τροπόσφαιρας. Είναι το ύψος όπου η θερμοκρασία δεν μειώνεται πλέον με το υψόμετρο. Όταν η θερμοκρασία δεν μειώνεται πλέον με το υψόμετρο, περιγράφουμε τον αέρα ως σταθερό. Σταθερός σημαίνει ότι ο αέρας αντιστέκεται σε περαιτέρω κάθετη κίνηση.
Αυτό σημαίνει ότι ουσιαστικά ο αέρας δεν μπορεί να ανέβει σε μεγάλο βαθμό κατακόρυφα μέσω της τροπόπαυσης σε μεγαλύτερα υψόμετρα.
Εάν ο αέρας εμποδίζεται να ανέβει, δεν μπορεί να κρυώσει και να συμπυκνωθεί σε σύννεφα, επομένως, πρακτικά μιλώντας, η τροπόπαυση λειτουργεί ως μερικό φράγμα που κρατά τον πιο ορατό καιρό μέσα και κάτω από αυτόν.
Ίσως έχετε παρατηρήσει ότι οι κάθετοι σχηματισμοί νεφών και οι καταιγίδες σταματούν σε μεγάλο υψόμετρο. Στη συνέχεια, το σύννεφο απλώνεται οριζόντια, σχηματίζοντας ένα σχήμα άκμονα. Αυτό είναι συνήθως μια καλή οπτική ένδειξη για το ύψος της τροπόπαυσης.
Ύψος Τροπόπαυσης
Κατά μέσο όρο η τροπόσφαιρα εμφανίζεται σε 11 km πάνω από τη μέση στάθμη της θάλασσας.
Αυτό είναι χαρακτηριστικό για τα μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Όμως, όπως μπορείτε να δείτε στην παρακάτω εικόνα, το υψόμετρο της τροπόπαυσης και το πάχος της τροπόσφαιρας ποικίλλει. Πάνω από τους πόλους, η τροπόπαυση είναι σχετικά χαμηλή σε περίπου 8 km έως 10 km, αλλά πάνω από τον ισημερινό, είναι περίπου 16 km έως 18 km.
Τι ωθεί την τροπόπαυση να συμπεριφέρεται με αυτόν τον τρόπο;
Για να χρησιμοποιήσουμε ένα πολύ βασικό παράδειγμα, ας φανταστούμε ένα μπαλόνι μερικώς γεμάτο με αέρα. Φανταστείτε ότι η επιφάνεια του μπαλονιού είναι η τροπόπαυση, καθώς δεν μπορεί να διαφύγει αέρας και είναι παγιδευμένος μέσα.
Αν το μπαλόνι θερμανθεί, ο αέρας μέσα σε αυτό επίσης θα θερμανθεί και θα διασταλεί, σπρώχνοντας την επιφάνεια του μπαλονιού μας προς τα έξω.
Το ίδιο ισχύει και για την ατμόσφαιρά μας και την τροπόπαυση. Εάν θερμάνουμε τον αέρα στην τροπόσφαιρα, διαστέλλεται και «σπρώχνει» την τροπόπαυση προς τα έξω και μακριά από την επιφάνεια. Το βλέπουμε αυτό να συμβαίνει στον ισημερινό.
Αντίθετα, στους πόλους ο αέρας είναι πολύ πιο ψυχρός. Χρησιμοποιώντας την αναλογία του μπαλονιού μας, ο αέρας στο μπαλόνι συστέλλεται όταν ψύχεται σε σύγκριση, οπότε η επιφάνεια του μπαλονιού είναι πολύ πιο κοντά στο κέντρο του. Επομένως, πάνω από τους πόλους η τροπόπαυση βρίσκεται σε πολύ χαμηλότερο ύψος.
Το ύψος της τροπόπαυσης λοιπόν καθορίζεται από τη θερμοκρασία του αέρα στην τροπόσφαιρα κοντά στην επιφάνεια της Γης.
Όσο πιο ζεστός είναι ο αέρας, τόσο υψηλότερη είναι η τροπόπαυση. όσο πιο κρύος είναι ο αέρας, τόσο πιο χαμηλά βρίσκεται η τροπόπαυση.
Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας λόγω του γεωγραφικού πλάτους, της εποχής και του τύπου της επιφάνειας (στεριά ή θάλασσα) επηρεάζουν επίσης το ύψος της τροπόπαυσης.
Για παράδειγμα, τον χειμώνα η τροπόπαυση είναι χαμηλότερη, λόγω των ψυχρότερων επιφανειακών συνθηκών. Το καλοκαίρι, όταν οι επιφανειακές συνθήκες είναι πιο ζεστές, η τροπόπαυση είναι υψηλότερη.
Θερμοκρασία Τροπόπαυσης
Η τελευταία σημαντική ιδιότητα της τροπόπαυσης είναι η θερμοκρασία. Εκεί κάνει πάντα κρύο γιατί όπως αναφέρθηκε η θερμοκρασία μειώνεται με το ύψος μέχρι την τροπόπαυση. Όσο υψηλότερη είναι η τροπόπαυση πάνω από την επιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που υπάρχει για να πέσει η θερμοκρασία, και έτσι η ψυχρότερη θερμοκρασία εμφανίζεται στην υψηλότερη τροπόπαυση.
Μια τροπόπαυση σε χαμηλό υψόμετρο σημαίνει ότι υπάρχουν λιγότερες ευκαιρίες για πτώση της θερμοκρασίας και έτσι ο αέρας στην τροπόπαυση θα είναι θερμότερος.
Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη η μέση θερμοκρασία επιφάνειας είναι περίπου +15°C. Από την επιφάνεια προς τα πάνω η θερμοκρασία μειώνεται περίπου στους 2°C ανά 1000 πόδια ή 6,5°C ανά km.
Για 6,5°C ανά km έως τα 11 km, δίνει συνολική μείωση της θερμοκρασίας κατά 71,5°C. Επομένως στα 11 χλμ., η θερμοκρασία θα είναι -56,5°C (+15- 71,5).
Ωστόσο, πάνω από τον ισημερινό, η μέση θερμοκρασία επιφάνειας είναι περίπου +30°C. Χρησιμοποιώντας τον ρυθμό 6,5°C ανά km, η θερμοκρασία στην τροπόπαυση υπολογίζεται σε -75°C.
Πάνω από τους πόλους η θερμοκρασία στην τροπόπαυση είναι περίπου -40°C έως -50°C.
Όσο χαμηλότερη είναι η τροπόπαυση τόσο πιο ζεστό είναι, τόσο υψηλότερη είναι η τροπόπαυση τόσο πιο κρύο είναι.
Γιατί μας ενδιαφέρουν όλα αυτά;
Η θέση της τροπόπαυσης είναι σημαντική για τα αεροπλάνα επειδή υποδεικνύει το υψόμετρο στο οποίο η θερμοκρασία παραμένει σταθερή με την επιπλέον αύξηση του υψομέτρου, κάτι που είναι ένας παράγοντας στους υπολογισμούς της απόδοσης του αεροσκάφους και τής κατανάλωσης καυσίμου.
Δίνει επίσης μια ένδειξη της θέσης των αεροχειμμαρων (Jetstreams) και των πιθανών αναταράξεων που συνδέονται με αυτά.
Τέλος, όπως αναφέρθηκε τα σύννεφα και ο καιρός εμφανίζονται γενικά κάτω από την τροπόπαυση και εντός στην τροπόσφαιρας.
Οι πληροφορίες σχετικά με την πρόβλεψη του ύψους της τροποπαυσης είναι διαθέσιμες στους πιλότους μεταξύ άλλων και μέσω των χαρτών σημαντικού καιρού (significant weather charts) όπου έχουν την δυνατότητα να τους μελετήσουν πριν από κάθε πτήση.
