|
|
|
| De troposfeer is de onderste laag van de dampkring en bevat ongeveer 80% van de totale massa aan lucht. De meeste meteorologische verschijnselen vinden in dit deel van de atmosfeer plaats. |
| |
| De troposfeer reikt boven tropische gebieden tot een hoogte van 16 tot 18 km. Boven de polen gaat hij na slechts 6 km via de tropopauze over in de stratosfeer. |
| |
| De troposfeer die constant in beweging is, heeft de hoogste dichtheid. De troposfeer bestaat voornamelijk uit stikstofgas en zuurstofgas en wordt onderscheiden door twee verschillende luchtlagen. Onmiddellijk boven het aardoppervlak bevindt zich de planetaire grenslaag, pas daarboven begint de zogenoemde vrije atmosfeer. In de planetaire grenslaag ontstaan specifieke meteorologische verschijnselen door atmosferische wrijving met het aardoppervlak. De luchtstromen in deze onderste laag van de troposfeer wijken daardoor sterk af van de veel meer in geostrofisch evenwicht heersende stroming die zich daarboven bevindt. |
| |
| Het verschil in luchttemperatuur in deze laag is groot in vergelijking met de andere lagen. Op zeeniveau ongeveer 17 °C tot −52 °C bij het begin van de tropopauze. De oorzaak van dat temperatuurverloop is het broeikaseffect. De aarde zendt aardse straling uit. Terwijl de inkomende zonnestraling een korte golflengte heeft, is de uitgaande aardse straling langgolfig (infrarood). |
| |
| Dit komt doordat de temperatuur van de aarde lager is dan die van de zon. De atmosfeer absorbeert langgolvige straling beter dan kortgolvige, zodat de opwarming van de atmosfeer vooral via het aardoppervlak plaatsvindt. Van de uitgaande straling wordt 82% geabsorbeerd door de broeikasgassen in de atmosfeer. Daardoor is de gemiddelde temperatuur op aarde niet −18°C, maar 15°C. |
|
|
|
| |
| Hoe hoger in de atmosfeer, hoe minder van die straling doordringt en geabsorbeerd kan worden en dus hoe kouder. De verticale temperatuurgradiënt in de troposfeer neemt gemiddeld 6,5 °C per km af. Er komen echter tropopauzebreuken voor met een ander temperatuurverloop. Dit is het geval bij de straalstromen. In de tropopauze stijgt of daalt de temperatuur nauwelijks. Dit is de scheidslijn met de stratosfeer. Hier neemt de temperatuur toe met de hoogte. |
| |
| In de troposfeer is er een relatief hoog waterdampgehalte. Vrijwel alle waterdamp in de atmosfeer bevindt zich in deze onderste laag. Daardoor komt vooral in deze laag bewolking en neerslag voor. Door het hoge waterdampgehalte is er veel turbulentie en door de veelvuldige instabiliteit van de troposfeer is er veel convectie. Er is daardoor een sterke menging, zodat de lucht geen kans krijgt om zich te scheiden in de zwaardere en lichtere bestanddelen. Daarmee is de troposfeer het onderste deel van de homosfeer. |
| |
| |
| In de atmosfeer van de aarde bestaat een volume droge lucht uit 78,08% stikstof, 20,95% zuurstof, 0,93% argon, 0,04% koolstofdioxide, gas in verschillende sporenhoeveelheden en variabele hoeveelheden waterdamp. De oorsprong van atmosferische waterdamp is de verdamping van watermassa's (oceanen, zeeën, meren, rivieren, moerassen) en de transpiratie van vegetatie. |
| |
| De meeste waterdamp wordt aangetroffen in de atmosfeer die het dichtst bij het aardoppervlak ligt en heeft een sterke invloed op de weersverschijnselen. Koolstofdioxide (CO2) is afkomstig van zowel de ademhaling van planten en dieren en hun afbraak, maar ook van menselijke activiteiten, met name de verbranding van fossiele brandstoffen. Sporen van methaan (CH4) zijn afkomstig van vergisting (moerasgas) maar ook voor een groot deel van de vertering van vee. |
| |
| Het is vooral in de troposfeer dat gassen worden aangetroffen die het gevolg zijn van menselijke activiteiten: |
| - lachgas (N2O). |
- sulfaten (–SO4). |
| - koolmonoxide (CO). |
- stikstofdioxide (NO2). |
| - ozon (O3). |
- hydroxylradicaal (OH). |
|
|
|
 |
| De troposfeer wordt slechts voor een klein deel direct verwarmd door de zonnestralen. Het grootste deel van de zonne-energie wordt op de grond omgezet en in de atmosfeer vrijgegeven. Daarom is het het warmst nabij de grond. Omdat opstijgende lucht uitzet en dus afkoelt, daalt de luchttemperatuur gemiddeld met ongeveer 6,5 K per kilometer hoogte (definitie van de standaardatmosfeer). Dit wordt de verticale atmosferische temperatuurgradiënt genoemd. |
| |
Concreet bedraagt de temperatuurdaling in droge adiabatische gebieden gemiddeld 1 graad
per 100 meter, terwijl deze in vochtige adiabatische gebieden ongeveer 0,6 graden per 100 meter bedraagt. In de tropopauze aan de evenaar ligt de temperatuur rond −75 °C tot −45 °C aan de polen. Vanaf deze hoogte blijft de temperatuur aanvankelijk gelijk (isotherme energie) om vervolgens in de stratosfeer weer te stijgen (inversie), op een hoogte van 50 km is het weer 0 graden Celsius. |
| |
| Terwijl warme gassen in de troposfeer opstijgen en koude gassen dalen, wordt de lucht gemengd en wordt de vorming van weer mogelijk. De aanwezige waterdamp zorgt ervoor dat er wolken ontstaan, er regen valt en de troposfeer wordt ontdaan van opgeloste gassen en vaste stoffen. Vanwege de inversie vertegenwoordigt de tropopauze een menglimiet. Daarom is er slechts een kleine uitwisseling van lucht met de stratosfeer. Alle processen die het weer beïnvloeden, vinden plaats in de troposfeer. |
|
|
 |
| Evolutie van de temperatuur in de atmosfeer. |
|
| |
| Structuur van de troposfeer |
| |
| De troposfeer bestaat uit de volgende lagen: |
| |
| Onderste centimeter: |
| De laminaire onderlaag is van bijzonder belang voor microklimatologische vraagstukken, omdat er in deze laag vrijwel geen luchtbeweging optreedt als gevolg van de intensieve invloed van wrijving. |
| |
| Bodem ca. 2 meter: |
| De grenslaag nabij de grond, ook wel Geigerlaag genoemd. Een sterke verticale toename van de windsnelheid en, vooral bij hoge temperaturen, ook een sterke temperatuurdaling met de hoogte. De grenslaag op maaiveldniveau is het leefgebied van mensen, dieren en voor het grootste deel vegetatie. |
| |
| Laagste ca. 50 meter: |
| De luchtlaag dicht bij de grond, ook wel Prandtl-laag. De invloed van het aardoppervlak is nog steeds belangrijk en er is een duidelijke toename van de windsnelheid met de hoogte (door de afnemende grondwrijving). Een groot deel van de vegetatie op aarde strekt zich uit tot in deze laag. |
| |
| Onderste ca. 0,5-2 kilometer: |
| De planetaire grenslaag, ook wel wrijvingslaag of peplosfeer genoemd. In deze buitenlaag komt de invloed van wrijving vooral tot uiting in een verandering van de windrichting met de hoogte, evenals een verdere verticale toename van de windsnelheid. |
| |
| Boven (tot aan de tropopauze): |
| De vrije laag of vrije atmosfeer. Het is in wezen wrijvingsloos. In deze dienst wordt een groot deel van het luchtrouteverkeer afgehandeld |
| |
| Volgens een andere definitie strekt de planetaire grenslaag zich (bijna) tot aan de grond uit. Vervolgens wordt het verdeeld in een binnenlaag nabij de grond (Prandtl-laag, onder 50 m) en een buitenlaag (Ekman-laag, boven 50 m). De Ekman-laag wordt gekenmerkt door windrotatie en de toename van de wind met de hoogte. |
| Tropopauze |
| |
De tropopauze markeert de overgang tussen de troposfeer en de stratosfeer. In de troposfeer heerst een negatieve temperatuurgradiënt,
de temperatuur neemt af bij toenemende hoogte. De temperatuurafname is ongeveer 6,5°C per kilometer. De stratosfeer heeft echter een positieve temperatuurgradiënt. Het overgangsgebied wordt de tropopauze genoemd en begint per definitie bij een temperatuurafname van 2°C/1,000 ft. |
| |
| Het omslagpunt van een negatieve naar een positieve gradiënt ligt boven de tropen een stuk hoger dan boven de polen. Boven de tropen kan dit gaan tot 18 km, terwijl de tropopauze boven de polen op gemiddeld 7 km ligt. In de winter kan dit zelfs dalen naar 5 km. |
| |
| Ontdekking |
| Het bestaan van de tropopauze is ontdekt op 31 juli 1901 toen Arthur Berson en Reinhard Süring met de ballon Preussen vanaf het Tempelhofer Feld een hoogte van meer dan 10.000 meter bereikten. |
| |
|
|
|
|
|
|
