Az időjárás döntő része a troposzférában zajlik, vagyis a légkör alsó, nagyjából 0–12 kilométeres rétegében. Itt melegszik fel alulról a levegő, itt alakulnak ki a felhők, a köd, a szél és a csapadék is, ezért az időjárás megértését is innen érdemes kezdeni.
A légkör vékony gázburokként veszi körül a Földet, és az élővilág számára fontos oxigént is ebben találjuk. Tömege 5,2×1015 tonna, és ennek túlnyomó része az alsó 10–15 kilométerben helyezkedik el. Már ez is megmutatja, miért a felszín közelében dől el a legtöbb légköri folyamat.
A légkör rétegei közül miért a troposzféra számít a leginkább?
A Földtől fölfelé haladva a troposzféra után a sztratoszféra, a mezoszféra, a termoszféra és az exoszféra következik, a határokat pedig főként a hőmérséklet magasság szerinti változása rajzolja ki. A mindennapi időjárás a troposzférában játszódik le, vagyis abban a tartományban, ahol a levegő a felszín hatására mozdul meg.
Ennek a rétegnek az a sajátossága, hogy alulról melegszik fel. A napsugárzás először a földfelszínt melegíti, a talaj pedig hőt ad át a fölötte lévő levegőnek. Emiatt a hőmérséklet a magassággal többnyire csökken: száraz levegőben 100 méterenként körülbelül 1 °C-kal, nedves levegőben nagyjából 0,65 °C-kal.
Van azonban kivétel is. Talaj menti inverziónál a hőmérséklet éppen fordítva alakul: közvetlenül a felszín közelében hidegebb lesz a levegő, mint fölötte. Ez szélcsendes, derült éjszakán jön létre, amikor a felszín erősen kisugározza a hőt. Reggel gyakran sűrű köd kíséri, és a nappali felmelegedés, valamint az erősödő szél rendszerint a következő délelőtt feloszlatja.
Napfény, ózon, albedo: mitől változik a felszín és a levegő melegedése?
A légköri folyamatok fő energiaforrása a Nap sugárzása. A beérkező sugárzás egy része elnyelődik, más része szétszóródik, és ettől lesz világos a nappal. A napsugárzás energiájának 7%-a az ultraibolya és röntgen tartományba, 46%-a a látható fénybe, 47%-a pedig az infravörös tartományba esik.
Kiemelt szerepe van az ózonnak. Ez a gáz elenyésző mennyiségben van jelen, mégis a légkör egyik legfontosabb alkotója, mert elnyeli az élővilágra káros ultraibolya sugárzást. Az ózon túlnyomó része 10–50 kilométer közötti magasságban található, a legnagyobb koncentrációban 15 és 25 kilométer között. A troposzférában az összes ózon csupán mintegy 10%-a van jelen.
A felszínek fényvisszaverő képességét albedónak nevezzük. Szántóföld fölött ez körülbelül 15%, erdős és vízzel borított felszíneknél nagyjából 30%, hó- és jégfelszínen pedig 60–90% lehet. Vagyis ugyanannyi napsugárzás egészen másképp melegíti fel a különböző tájakat. A légkör hővisszatartó tulajdonságát üvegházhatásnak hívjuk; ennek lényege, hogy a felszín felmelegszik, majd hőt ad át a közeli levegőnek.
A napfény a légkörrel találkozva erősen módosul. A légkör alkotórészei elnyelik, szórják, és így megváltoztatják a sugárzás útját. Ezért a földfelszínt már egy gyengébb, átalakított sugárzás éri el, mint ami a légkör tetejére beérkezik.
Hogyan lesz a vízgőzből felhő, köd vagy csapadék?
A víz a légkörben három formában fordul elő: vízgőz, folyadékcseppek és jégszemek alakjában. Egy adott levegőtérfogat hőmérsékletétől függ, mennyi vízgőzt képes befogadni. Ha a levegő lehűl és eléri a harmatpontot, telítetté válik, és a felesleges nedvesség kicsapódik. Ebből alakulhat ki felhő, köd vagy csapadék.
Ködnek akkor nevezzük ezt a jelenséget, ha a látástávolság 1 kilométer alá csökken. A köd a talajon kialakult felhőként is felfogható. Lehet kisugárzási köd, áramlási köd, lejtőköd vagy keveredési köd, de mindegyikben az a közös, hogy a levegő annyira telített, hogy már nem tudja benntartani a vízpárát. Különösen gyakran jelenik meg télen, de bármely évszakban előfordulhat.
A felhőzetet nyolcadokban, vagyis oktákban mérik: azt adják meg, az égbolt hány nyolcadát borítja felhő. A csapadék mennyiségét milliméterben adják meg. Ha 1 négyzetméterre 1 milliméter csapadék hullik, az 1 liter víznek felel meg. Hó esetén a vastagságot olvadékmagasságra számítják át; nagyjából 1 centiméter hó 1 milliméter csapadéknak felel meg.
A levegő mozgása ugyanennek a rendszernek a része. A szél a magas nyomású területről az alacsony nyomású felé áramló levegő, és az északi féltekén a Föld forgása miatt jobbra tér el. A nyomáskülönbség növekedésével a szél is erősödik. Vannak helyi szelek is: nappal a tavi és tengeri szél a víz felől a szárazföld felé fúj, éjjel fordítva; hegyvidéken pedig kialakulhat völgyi szél, hegyi szél és főn is.
A barométer a megfigyelési hely fölötti légoszlop nyomását mutatja, a légnyomás pedig a magassággal gyorsan csökken. A meteorológiában ezért nem különálló jelenségeket néznek, hanem egy összefüggő rendszert: a hőmérséklet, a nyomás, a szél, a felhőzet és a csapadék egymásra hat.
Ha valaki a legelső lépést keresi az időjárás megértéséhez, elég innen indulnia: a felszín felmelegíti a levegőt, a levegő mozogni kezd, abból felhő és csapadék lehet. Ha ez a lánc nem áll össze, a napi időjárás is nehezen érthető meg.
