Hvad er tropopausen? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

16. maj 2009

Hvad er tropopausen?

Hej Spørg om Fysik 

Hvad er teorien omkring eller forklaringen på eksistensen af tropospausen?

Jeg er ved at tage liniefag i natur/teknik på seminariet. Ingen af mine lærere har kunnet give nogen forklaring på fænomenet troposfæren, "jeg skal bare vide, at det eksisterer".

Det ærgrer mig, for jeg forestiller mig, at der må være en forklaring.

Med venlig hilsen
K M

 

Troposfæren er dér, hvor der er kraftigst omrøring i vertikal retning. Stratosfæren ligger oven over og er meget stabilt lagdelt. Skillefladen er tropopausen.

Billedkilde: Wikipedia, Eric Rolph

Det er sådan, at energiinputtet fra Solen til klimasystemet for det meste opsamles som varme ved jordoverfladen (jordoverfladen opvarmes, den opvarmer luften og stråler IR ud i lufthavet som til dels stoppes af drivhuseffekten), og denne energi skal så opad for at kunne flyde ud til universet igen som IR-stråling, så jorden er i balance energimæssigt set. Atmosfæren ligger altså hele tiden i nærheden af instabilitetsprofilet for den verikale (lodrette) fordeling af temperaturen. Strålingen prøver at trække profilet over mod stærk instabilitet nede ved overfladen, denne instabilitet udløses hele tiden, så den aldrig bliver rigtig markant og stort set forklares det observerede temperaturprofil ved profilet for konvektion (luftstrømninger her især i lodret retning).

Disse konvektive processer stopper højere oppe, da der pga. Sol (UV-stråling) og tilstedeværelsen af ilt dannes der ozon i ca. 10-50 km's højde, maksimumdensiteter omkring 15-18 km. Denne ozon er med til at stabilisere disse lag kraftigt ved yderligere solabsorption. Ja faktisk stiger temperaturen op til ca. 50 km oppe, hvorfor omrøring i konvektiv forstand i hele laget er umulig. Luft kan stige op, men i mere storskala, organiseret forstand. Og dette kræver så energi, som hentes mekanisk nede fra troposfæren.

Vi har nu altså to lag (troposfæren nedad og stratosfæren opad), disse skilles fra hinanden af tropopausen. Det viser sig, at konvektionen i troposfæren banker imod de stabile luftmasser højere oppe og danner en markant overgang, i hvert tilfælde i troperne og på mellembreddegrader. På høje breddegrader kan overgangen være mere diffus, da konvektionen er væk i tropisk forstand meget af tiden.

Så tropopausen skyldes en evigt konvektiv troposfære lagt under en meget stabil stratosfære. 

Men da det jo i høj grad afhænger af fordelingen af gasser osv., kan man ikke sige, at sådan SKAL en atmosfære se ud. Atmosfærens sammensætning er altså med til at give temperaturprofilet, og omvendt så er profilet med til at give fordelingen.

Hvis der var lidt andre forhold ved processerne osv. (absorptionsbånd, reaktionshastigheder, livsforhold etc.), så kunne disse fordelinger falde anderledes ud, og så kunne man måske ikke finde en tropopause . Der er f.eks. ingen tropopause på Mars. Men der er et profil, der også aftager opad.

Den viste profil er fra: Eigil Kaas og Peter Lang Langen: Vejr og klima: Grundlæggende atmosfæriske processer.

Med venlig hilsen
Aksel Walløe Hansen, lektor