Atmosfærisk dynamikk

Atomsfærisk dynamikk omhandlar det fysiske studiet av atmosfæren, og er ei grein av meteorologien. Meteorologar prøver å modellere jordatmosfæren og atmosfæren til andre planetar ved å bruke likningar frå væskedynamikken, kjemiske modellar, strålingsbalansen til jorda og andre energioverføringsprosessar i atomsfæren (i tillegg til korleis desse er knytt saman til andre system som havet). For å kunne modellere vêrsystem, må meteorologar bruke teknikkar som spreiingsteori, bølgjeforplantingsmodellar, skyfysikk, statistisk mekanikk og romleg statistikk, som er svært matematiske og relatert til fysikk.

Sola sender ut strålar med forskjellige bølgjelengder. Synleg lys har bølgjelengder mellom 0,4 og 0,7 mikrometer.^[1] Kortare bølgjelengder høyrer til den ultrafiolette delen av spektrumet, medan lengre bølgjelengder høyrer til det infraraude.^[2] Ozon absorberer stråling svært effektivt rundt 0,25 mikrometer,^[3] der UV-c strålane ligg på spektrumet. Dette aukar temperaturen i stratosfæren som ozonlaget ligg i. Snø reflekterer 88 % av UV-strålane,^[3] medan sand reflekterer 12%. Vatn reflekterer berre 5 % av UV-strålinga. Jo større vinkelen mellom atmosfæren og solstrålane er, jo meir energi vil verte reflektert eller absorbert av atmosfæren.^[4]

Skyfysikk er studiet av dei fysiske prosessane som fører til danninga og veksten av og nedbøren frå skyer. Skyer består av mikroskopiske vassdropar (varme skyer), ørsmå iskrystallar eller begge delar. Under passande forhold slår dropane seg saman og dannar nedbør som kan falle til bakken..^[5] Mekanismane bak skyformasjon og vekst er noko ein ikkje forstår heilt enno, men forskarar har utvikla teoriar som forklarar strukturane til skyer ved å studere mikrofysikken til individuelle smådropar. Framsteg i radar- og satellitteknologi har òg ført til meir presise studiar av skyer på stor skala.

Atmosfærisk elektrisitet er daglege variasjonar i jordatmosfæren sitt elektromagnetiske nettverk. Jordoverflata, ionosfæren og atmosfæren vert kalla den globale atmosfæriske elektriske kretsen.^[6] Lyn har ei utlading på opp til 30 000 ampere og opp mot 100 millionar volt, og sender ut lys, radiobølgjer, røntgenstråling og til og med gammastråling^[7] Temperaturen i plasmaen som lynet fører til kan verte så høg som 28 000 kelvin og elektrontettleiken kan kome over 10²⁴/m³.^[8]

Dei største svingingane, liknande tidvatn i havet, oppstår stort sett i troposfæren og stratosfæren når atmosfæren periodisk vert oppvarma når vassdamp og ozon absorberer solstråling gjennom dagen. Bølgjene dette skapar kan så forplante seg bort frå områda dei oppstod i og stige til mesosfæren og termosfæren. Slike bølgjer kan målast som regelmessige svingingar i vind, temperatur, lufttettleik og lufttrykk. Sjølv om dei på mange måtar liknar tidvassbølgjer i havet er det to viktige faktorar som skil dei frå kvarandre:

i) Atmosfærisk tidvatn oppstår hovudsakleg av sola si oppvarming av atmosfæren, medan tidvatn i havet hovudsakleg oppstår på grunn av Månen sitt tyngdefelt. Dette fører til at dei fleste atmosfæriske tidvassbølgjer har periodar som heng saman med lengda på soldagen, medan tidvassbølgjene i havet har lengre periodar i forhold til månedagen (tida månen brukar på ein runde rundt jorda), som er om lag 24 timar og 51 minutt.^[9]

ii) Atmosfæriske tidvassbølgjer forplantar seg i atmosfæren der tettleiken varierer stort med høgda. Ein konsekvens av dette er at amplituden deira veks eksponentielt når bølgja forplantar seg til høgare område av atmosfæren. I havet varierer derimot tettleiken minimalt med djupet, slik at bølgjeamplituden ikkje nødvendigvis varierer.

Merk at sjølv om soloppvarminga er den største medverkande faktoren for amplituden til dei atmosfæriske bølgjene, skapar òg tyngdekrafta til Sola og Månen tidvassbølgjer i atmosfæren.^[10] Som i havet medverkar Månen mykje meir til dette enn Sola (faktisk kan ein i dei fleste tilfelle sjå bort frå Sola sin effekt når det gjeld tyngdefeltet).

Ved bakken kan ein merke dei atmosfæriske tidvassbølgjene som regulære, men små svingingar i overflatetrykket med periodar på 24 og 12 timar. I stor høgd kan derimot amplituden vekse seg særs stor. I mesosfæren (i høgder på om lag 50 – 100 km) kan atmosfæriske tidvassbølgjer nå ein amplitude på meir enn 50 m/s og er ofte den viktigaste faktoren for rørsle i denne delen av atmosfæren.

Aeronomi er læra om dei øvre områda av atmosfæren, der dissosiasjon og ionisering er viktige. Uttrykket aeronomi vart innført av Sydney Chapman i 1960.^[11] I dag vert uttrykket òg nytta om tilsvarande område av atmosfæren til andre planetar. I forsking innan aeronomi må ein ha tilgang til ballongar, satellittar og sonderakettar, som kan gje ein data om denne regionen av atmosfæren. Atmosfærisk tidvatn spelar ei viktig i rolle i vekselverknaden mellom den nedre og den øvre atmosfæren. Av fenomen ein studerer i aeronomi finn ein lyn i den øvre atmosfæren, som lysfenomen kalla sprites («ånder»), haloar, blå jettar og såkalla «alvar» (elves).