Klima, årstider og vejr - Baggrund


Vejr
 
Vejret er en kombination af forskellige fænomener (f.eks. vind, skyer, nedbør) i den lavere atmosfære, den såkaldte troposfære, på et bestemt sted og tidspunkt. Vejret skyldes solenergien, der opvarmer Jordens overflade og den overliggende atmosfære. Vejret afhænger af breddegrad, orografi (højde og relief), fordelingen af land-hav, naturligt dække og antropo-geografiske faktorer. Vejrets fysiske karakteristika er temperaturen, lufttrykket og luftfugtigheden.
 
 
The Earth's movement around the Sun
 
Denne model er ikke målestokstro. Excentriciteten er kun 1/120 og ville ikke være synlig på tegningen.
 
 
Årstider
 
Jorden bevæger sig omkring Solen i en ellipseformet bane. Et kredsløb tager et år. Solen befinder sig i brændpunktet af ellipsen, og Jordens bane om Solen ligger i et imaginært plan, ekliptika. Jordens rotationsakse hælder med 23,5° i forhold til ekliptika.

Under Jordens kredsløb om Solen bevæger dens rotationsakse sig ikke. Af den grund peger den nordlige halvkugle mod Solen i sommermånederne og peger væk fra den i vintermånederne.

Disse betingelser kommer af de forskellige vinkler, i hvilke Solens stråling rammer Jordens overflade i løbet af året. Om sommeren er indfaldsvinklen høj på den nordlige halvkugle. I vintermånederne bliver vinklen mindre, og Solen står lavere over horisonten. Deraf følger, at Solen står senere op og går tidligere ned i vintermånederne på den nordlige halvkugle. Dagene er korte og kolde på grund af den lave isolering. Det er situationen på den nordlige halvkugle. Mens det er vinter på den nordlige halvkugle, står Solen højt på himlen på den sydlige halvkugle, og dagene er lange og varme. Når det er sommer på den nordlige halvkugle, er det vinter på den sydlige. Årstiderne på den nordlige og sydlige halvkugle er modsatte.

Det punkt, hvor Solens stråler rammer Jordens overflade i en ret vinkel, skifter mellem 23,5° N og 23,5° S i løbet af et år. Årstidernes klimaændringer er forårsaget af Jordens hældning 23,5°. Afstanden fra Jorden til Solen har meget lille betydning. Det nordlige og sydlige vendepunkt for Solen kaldes den nordlige og sydlige vendekreds, henholdsvis Krebsens vendekreds og Stenbukkens vendekreds.
 
 

Sommer på den nordlige halvkugle Sommer på den nordlige halvkugle
Sommer på den sydlige halvkugle Sommer på den sydlige halvkugle

 
 
Sommer på den nordlige halvkugleSommer på den nordlige halvkugle
Sommer på den sydlige halvkugleSommer på den sydlige halvkugle

 
 
Climate map of Himalayan region
 
Klimazoner
 
 
Klimazoner
 
Dannelsen af forskellige klimazoner i Himalayaregionen er et resultat af det stærke samvirke mellem bevægelser i luftmasserne og Jordens overfladestruktur.

Det er især bemærkelsesværdigt med mindskelsen af fugtighed fra sydøst mod nord og vest. Fugtighed er en grundlæggende faktor, når man definerer en klimazone.

Alle former for fugtighed er repræsenteret i Himalayaregionen. Den sydøstlige del er overvejende fugtig og halvfugtig med 6-12 våde måneder. Længere mod nord og mod vest bliver det tørrere med store halvtørre områder. De tørre ørkener er beliggende nord for Himalayabjergkæden.

Klimaklasser tildeles på basis af fordelingen af land-hav, orografi, atmosfæriske strømme, havstrømme og så videre. Sommermonsunen har stor indflydelse på klimaet i Syd- og Sydøstasien.
 
 
Intertropical convergence
   
Intertropisk konvergens
 
Intertropisk konvergens (ITC)
 
Den intertropiske konvergenszone ligger tæt på Ækvator. Luftmasserne varmes op og stiger derfor opad. Under den varme luftmasse dannes et termisk undertryk. De fugtige nordøstpassatvinde fra den nordlige halvkugle og sydøstpassatvindene fra den sydlige halvkugle støder sammen (konvergerer). Når passatvindene blæser, bliver luftmasserne opvarmet og stiger opad. På grund af den meget høje luftfugtighed og den meget høje temperatur danner den opstigende luft høje cumulonimbusskyer. Disse skyer er meget større og mere lodrette end cumulusskyer i godt vejr. Toppen af en cumulonimbussky kan nå op i 12.000 meters højde. Mange regn- og tordenstorme kommer fra cumulonimbusskyformationer.

Placeringen af ITC afhænger af årstiderne. Grundlæggende bevæger ITC sig med Solens zenit fra 20° N til 20° S. Der ses dog udsving, der delvis skyldes høj cirkulation af passatvinde. Den aktuelle position af ITC definerer den meteorologiske Ækvator.
 
 
Trade wind circulation
 
Cirkulation af passatvinde
 
 
Passatvinde
 
Vinde med en gennemsnitshastighed på 20 km/t blæser regelmæssigt mod vest langs med den subtropiske højtrykszones ækvatoriale side. Over land og i starten af deres rejse over havet er de for det meste tørre vinde som Harmattan-vinden i Vestafrika. På vejen over havet optager vindene store mængder vanddamp, og i bjergrige områder udvikler de mange skyer og nedbør.

Langs med Ækvator støder nordøstpassaten og sydøstpassaten sammen (konvergerer) i et område med lavtryk. Under indflydelse af Solen ved zenit og den deraf følgende kraftige opvarmning af jordoverfladen, stiger de sammenstødte luftmasser opad og danner fugtmættede cumulonimbusskyer. Luftmassernes stigning ved Ækvator afbalanceres af et fald ved vendekredsene, hvilket fuldender cirklen. (se diagrammet Intertropisk konvergens).

Corioliskraften

Corioliskraften er et resultat af Jordens rotation. Luftmasserne drejer altid mod højre på den nordlige halvkugle og mod venstre på den sydlige halvkugle set fra Ækvator. Corioliskraften ved Ækvator er nul, den øges mod polerne, fordi Jordens rotationshastighed falder fra Ækvator mod polerne fra 1674 km/t til 0 km/t.
 
 
Indian Monsoon
   
Den indiske monsun
 
Indisk monsun
 
Monsunvinden er en bred luftstrøm med årstidsbestemte udsving og med en afbøjning på over 120°. Den bedst kendte og vigtigste monsunvind er den sydvestlige sommermonsun i Sydasien. Fra maj til september bringer den voldsom regn til kontinentet.

Sydøstpassatens luftstrømme afbøjes af Corioliskraften i vestlig retning, når de krydser Ækvator og strømmer mod det indiske subkontinent. Det skyldes de termiske forskelle mellem land- og havoverflader. Landmasse varmer hurtigere op end vand. Luften over land stiger til vejrs og skaber en lavtrykszone, hvor luften fra Ækvator strømmer ind. Monsunen krydser Det Indiske Ocean på vejen til Sydasien og absorberer en masse vand. Den begynder at stige op over den varme landmasse. På vejen op køles luften af, der dannes tunge skyer, og monsunregnen begynder at falde.

Himalayabjergene danner en naturlig barriere for monsunvinden, som luftstrømmene ikke kan komme op over. Den sydlige del af Himalayaregionen får kraftig nedbør, hvorimod den nordlige del er ekstremt tør.

Fra december til februar er den nordøstlige vintermonsun fremherskende. Det er en meget kold og tør luftmasse. Den sydøstlige del af Indien får mest nedbør fra december til februar, fordi vintermonsunen krydser Den Bengalske Bugt.

Nedbøren varierer fra 2000 til 4000 mm om året på Indiens vestkyst til kun 200 mm om året i Tharr-ørkenen. Byen Cherrapunji i Khasi-bjergene fortjener særlig opmærksomhed på grund af nedbørsmængder på over 10.000 mm om året, og det gør den til den mest regnfulde by i verden!
 
 
NDVI
 
NDVI-indekset (Normalized Difference Vegetation Index), der vedrører andelen af fotosyntetisk absorberet stråling, beregnes fra den synlige røde kanal og den nærinfrarøde kanal. Sund vegetation viser en stejl stigning i refleksion ved 0,7 µm (nærinfrarød), hvorimod jord, afhængigt af dens art, viser en lineær stigning. Jo mere aktivt klorofylet er, jo stejlere er stigningen i refleksion i det nærinfrarøde område ved 0,7 - 1 µm. Dette giver mulighed for en klassifikation af vegetationens livskraft.

Standardiseringen (ved hjælp af kvotienter) reducerer topografiske og atmosfæriske påvirkninger og giver mulighed for at observere store områder.

Beregningen for LANDSAT NDVI er: (kanal4 - kanal3) / (kanal4 + kanal3).

Med andre ord,
NDVI = nærinfrarød - rød
nærinfrarød + rød

 
 
MSG, Meteosat Second Generation artistic view
   
Meteosat Anden generation
 
Vejrsatellitter
 
De vejrsatellitter, der anvendes til meteorologiske observationer, flyver i baner enten over polerne eller Ækvator. Disse satellitter måler refleksionen og strålingen fra Jordens overflade. Refleksionen og strålingen (infrarød) kan fortolkes for at få oplysninger om skyfordelingen, temperaturen og mængden af vanddamp i atmosfæren. Man er specielt opmærksom på tidligt at opdage orkaner og tordenbyger. På grund af strålingen er det muligt at måle temperaturerne på luftlagene og på Jordens overflade. På den måde kan man også fastslå skyernes højde. Selv om natten kan man observere skyfordelingen ved at måle den infrarøde stråling.

Meteosat

  • Meteosat Første generation:
  • Opløsning ved Jordens overflade:
  • synligt lys (VIS) 2,5 km
  • infrarød (IR) 5 km
  • Spektrale kanaler
  • 1: 0,50 - 0,90 µm synligt lys
  • 2: 5,70 - 7,10 µm vanddamp
  • 3: 10,50 - 12,50 µm termisk infrarød
  • Driftshøjde 36.000 km
  • Gentagelsesfrekvens 30 minutter
  • Data siden 1978
Synligt lys: VIS-kanalen arbejder i det synlige spektrum. Den måler solstrålingen reflekteret af atmosfæren og Jordens overflade. Vand- og isskyer er tydelige på grund af deres påfaldende højere refleksion. Det skal indrømmes, at sne og is kan have en lignende stærk refleksion. Refleksionen fra vandoverflader afhænger meget af optagelsens retning samt overfladeforholdene.

Vanddamp: WV-kanalen arbejder i dampabsorptionszonen (5,7 - 7,1 µm, melleminfrarød). På grund af styrken af absorptionen i dette bølgelængdeområde registreres der oftest værdier i mellem og øvre troposfære. Den atmosfæriske absorption af den melleminfrarøde stråling er faktisk så kraftig, at der næsten ikke når nogen stråling frem til Jorden. Derfor er der intet tilbage på Jordens overflade til at reflektere, og den forekommer at være usynlig.

Selv på områder, hvor der ikke er nogen skydannelse, kan eksisterende vanddampområder i den øvre atmosfære efterhånden danne skyer og dermed nedbør. Billederne har typisk en lavere opløsning end IR-billeder, men de fås både dag og nat, hvilket er en fordel i forhold til synlige billeder. Vanddamp er synlig dag og nat, fordi melleminfrarød findes både dag og nat og ikke afhænger af tilstedeværelsen af direkte solstråling. Billedernes brugbarhed mindskes af det faktum, at vanddampindhold på "lavt niveau" ofte er meget vigtigt for eventuel skydannelse og nedbør. Billederne på "højt niveau" kan medføre, at man ikke opdager væsentlige variationer i vanddampindholdet på lavere niveauer.

Termisk infrarød: IR-kanalen arbejder i et spektralt område med lav absorption af sporgas. Det gør det muligt at måle langbølgestråling fra Jordens overflade og skyers overflader. Der er en fin differentiering af skyer på grund af deres lavere temperaturer sammenlignet med Jordens overfladetemperaturer. Vanskelighederne opstår med lavthængende skyer og sne og isfelter, der kan have lave temperaturer lig dem på isskyernes overflader.

Meteosat Anden generation

Meteosat anden generation (MSG), også kaldet Meteosat 8, er nu i drift. Den har forbedrede tekniske specifikationer. MSG vil generere multispektrale billeder af Jordens overflade og skysystemer i dobbelt hastighed (hvert 15. minut i stedet for hver halve time) i forhold til de nuværende Meteosat-satellitter, og med et meget større antal spektrale kanaler (tolv sammenlignet med tre for Meteosat). Den giver også en kraftigt forbedret geometrisk opløsning (1 km for den synlige kanal med høj opløsning og 3 km for de andre).

Otte af kanalerne vil være i det termisk infrarøde område og vil blandt andet give permanente oplysninger om temperaturer på skyer, jord- og havoverflader. Med brug af kanaler, der absorberer ozon, vanddamp og kultveilte, giver MSG også meteorologerne mulighed for at analysere karakteristika for atmosfæriske luftmasser, der gør det muligt at rekonstruere et tredimensionelt billede af atmosfæren. To af de otte infrarøde kanaler lægges nu ud på Eumetsats hjemmeside. De nuværende muligheder i Meteosat bibeholdes.

Kilde: EUMETSAT
 
 
Last update: 9 Maj 2013


Vejr og klima


Meteosat billede


Øvelser

 •  Opgave (http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Weather_DK/SEMBX9SJR4G_0.html)

Mere på internettet

 •  Meteosat (http://www.eumetsat.int/Home/index.htm)

Eduspace - Software

 •  LEOWorks 4 (Windows) (http://leoworks.asrc.ro/download/leoworks.exe)
 •  LEOWorks 4 (MacOS) (http://leoworks.asrc.ro/download/leoworks.app.zip)
 •  LEOWorks 4 (Linux) (http://leoworks.asrc.ro/download/leoworks.jar)

Eduspace - Download

 •  Afrika - Meteosat synlig kanal (http://esamultimedia.esa.int/img/2013/11/Meteosat_VIS.zip)
 •  Afrika - termisk infrarød kanal (http://esamultimedia.esa.int/img/2013/11/Meteosat_IR.zip)
 •  Afrika - vanddampkanal (http://esamultimedia.esa.int/img/2013/11/Meteosat_WV.zip)
 •  Indiske Ocean - Meteosat synlig kanal (http://esamultimedia.esa.int/docs/eduspace/Visible.zip)
 •  Indiske Ocean - termisk infrarød kanal (http://esamultimedia.esa.int/docs/eduspace/Infrared.zip)
 •  Indiske Ocean - vanddampkanal (http://esamultimedia.esa.int/docs/eduspace/WaterVapour.zip)