Na wstępie należałoby wyjaśnić trzy pojęcia bezpośrednio związane z tematem pracy, są to pogoda, klimat, fronty atmosferyczne oraz ich elementy składowe.

Pogoda to ogół zjawisk atmosferycznych zachodzących w danej chwili w dolnych warstwach atmosfery (głównie troposfery). Jej stan określają składniki pogody (czyli fizyczne właściwości troposfery), należą do nich:

• temperatura powietrza

• ciśnienie atmosferyczne

• wilgotność

• siła i kierunek wiatru

• zachmurzenie i rodzaj chmur,

• opady i osady atmosferyczne - ich rodzaj i wielkość,

• zjawiska atmosferyczne np. burze,

• ostatnio podaje się także stężenie alergenów w powietrzu.

Badaniem zjawisk pogodowych zajmuje się meteorologia, ich przewidywaniem dział meteorologii - synoptyka. Dane meteorologiczne zbierane są przez stacje meteorologiczne. W Polsce sieć tych stacji obsługiwana jest przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej.

Klimat to charakterystyczny  dla danego obszaru  przebieg stanów pogody, ustalony na podstawie wieloletnich pomiarów i obserwacji meteorologicznych. Klimat na Ziemi kształtują trzy podstawowe procesy klimatotwórcze: obieg ciepła, obieg wody i krążenie powietrza, oraz czynniki geograficzne: układ lądów i oceanów, wysokość n.p.m. Klimat jest jednym z czynników ekologicznych wpływających na występowanie i życie organizmów. Do określenia klimatu potrzebne jest uwzględnienie trzech kategorii danych statystycznych: przeciętnego stanu albo przeciętnej sumy rocznej elementów klimatu, ich wahań oraz wartości największych odchyleń od stanu przeciętnego.

Front atmosferyczny wąska strefa przejściowa oddzielająca masy powietrza o różnych właściwościach termicznych i wilgotnościowych. Wyróżniamy fronty ciepłe, zimne i zokludowane oraz główne fronty równikowy, polarny, arktyczny i antarktyczny.

• Front ciepły - powstaje gdy cieplejsze powietrze nasuwa się na powietrze chłodne. Przemieszcza się zazwyczaj z prędkością 15-20 km/h.

• Front chłodny - powstaje, gdy powietrze chłodne wypiera powietrze cieplejsze. Przemieszcza się szybciej niż front ciepły przeważnie z prędkością 25-50 km/h.

• Front zokludowany - jest to połączenie się 2 frontów ciepłego i doganiającego go chłodnego. Jest to obszar styku trzech mas powietrza masy ciepłej, oderwanej od podłoża oraz dwóch mas chłodnych, różniących się między sobą między innymi temperaturą.

• Front arktyczny - oddziela powietrze arktyczne od polarnego.

• Front polarny - oddziela powietrze zwrotnikowe od polarnego.

• Front równikowy - oddziela pasaty półkuli północnej i południowej.

Do podstawowych zjawisk pogodowych należą: burze, susze, powodzie, pioruny, szkwały, chłód, upały, tajfuny, tornada, kwaśne deszcze. Pokrótce opiszę wymienione zjawiska atmosferyczne.

• BURZE

Zjawisko kondensacji pary wodnej w atmosferze związane z widocznym lub słyszalnym wyładowaniem elektrycznym (pioruny, błyskawice, grzmoty). Tworzą się one zazwyczaj latem, kiedy istnieją do tego odpowiednie warunki. Za ich powstanie odpowiedzialna jest mieszanina trzech składników: wilgoci, ciepła i lodu. Kiedy powierzchnia gruntu zostaje silnie rozgrzana przez promienie słoneczne wtedy ciepłe i wilgotne powietrze unosi się do góry. Wraz ze wzrostem wysokości powietrze ochładza się, a ciśnienie atmosferyczne spada. Wilgoć schładza się i następuje wtedy kondensacja pary wodnej, która  tworzy chmury. Gdy istnieje odpowiednia temperatura i poziom wilgoci, w ciągu niespełna godziny niewielkie chmury kłębiaste zostają przekształcone w ciężkie chmury burzowe (Cumulonimbus), które zawierają potężne ładunki elektryczne powodujące wyładowania atmosferyczne. Chmura burzowa wznosi się na wysokość 10-16  km. Podczas tworzenia się chmur burzowych niektóre krople wody stają się coraz cięższe i spadają na ziemię w postaci deszczu. Mniejsze, drobinki wody są unoszone coraz wyżej przez silne prądy i w górnej części chmur zamieniają się w małe kryształki lodu. W płaszczyźnie poziomej chmura burzowa może rozciągnąć się na przestrzeń 8km. Całe skupiska tych chmur potrafią przykryć niebo na obszarze 65-80km. Wyróżniamy burze zimowe, termiczne i wędrowne.

• PIORUNY

Piorun inaczej nazywany grzmotem towarzyszy zawsze burzy i wywołuje potężny huk. Siła tego dźwiękowego zjawiska jest proporcjonalna do natężenia błyskawicy. Powstaje ono wskutek nagłego i gwałtownego nagrzania się powietrza w kanale błyskawicy, w którym po upływie ułamkowej części sekundy następuje na przemian gwałtowne oziębienie. Przyczyną grzmotu jest także wybuch gazu, wytworzonego pod wpływem chemicznego rozpadu pary wodnej i rozpadu powietrza pod działaniem wysokiego napięcia błyskawicy. Kiedy tarcie w chmurach burzowych wywołuje ładunki elektryczne-ujemne a powierzchnia ziemi podczas burzy ładuje się dodatnio, piorun uderza, gdy oba te ładunki staną się tak silne, że mogą przebić się przez powietrze i zetknąć.

Piorun uderza w to co się znajduje najbliżej chmur-drzewo, budynek a czasem nawet w człowieka. Piorun może ogrzać powietrze wokół siebie do temperatury 30 000 stopni C czyli pięć razy wyższej niż na powierzchni Słońca.

• SUSZE

Metrolodzy suszą nazywają okres, w którym przeciętna ilość opadów na danym obszarze spada znacznie poniżej wartości tego obszaru i gdy stan ten utrzymuje się przez dłuższy czas. Susza niszczy pola i wypala pastwiska. Znane są trzy główne czynniki, które powodują okresowe występowanie susz i mają wpływ na ich natężenie w różnych regionach świata. W szczególny sposób oddziałują one na rejon basenu Morza  Śródziemnego. Te czynniki to:

- El Nino (ENSO)

- Oscylacja Północnego Atlantyku (NAO)

- Inne czynniki - np. Oscylacja Śródziemnomorska 

W krajach rozwijających się, gdzie los wielu ludzi zależy od zbiorów z przydomowych palach, długotrwałe susze wywołują klęski głodowe i prowadzą do śmierci. Wpływy suszy na społeczeństwo są wynikiem związków pomiędzy naturalnym zjawiskiem jakim jest spadek sum opadów i zapotrzebowaniem na wodę. Działalność człowieka często pogarsza oddziaływanie susz. Ostatnie susze pokazały jak bardzo społeczeństwa są narażone na niekorzystne skutki tych naturalnych zjawisk.

W ciągu 50 lat najbardziej uporczywe susze i częste klęski głodowe występowały na obszarze Afryki w skutek panujących tam warunków klimatycznych.
Około dwie trzecie tego obszaru zagrożone jest suszą. Następnymi zagrożonymi prze suszę obszarami są obszary Somalii i części Etiopii.

• POWODZIE

Katastrofalne powodzie spowodowane są większymi niż zwykle opadami, gwałtownymi roztopami, lub zatamowaniem swobodnego spływu wód. Występują wtedy gdy ulewny deszcz spadnie na Ziemię, która nie może wchłonąć ani odprowadzić nadmiaru wody. Powodzie klasyfikujemy w III skalach: małe - o zasięgu lokalnym, średnie - o zasięgu regionalnym, nie mają wpływu na funkcjonowanie państwa i duże - o zasięgu krajowym, mają charakter klęski żywiołowej, zakłócają normalne funkcjonowanie państwa lub jego dużej części, istnieje wtedy konieczność pomocy międzynarodowej. W Polsce zagrożenie powodziowe jest bardzo duże wyróżniamy 4 rodzaje tego zjawiska atmosferycznego: roztopowe (wiosenne), opadowe (letnie), zatorowe (zimowe), sztormowe (jesienno-zimowe). Największa powódź, która nawiedziła Polskę miała miejsce w lipcu 1997 roku nawiedziła południową Polskę i doprowadziła do śmierci 55 osób i szkód materialnych na znaczną skalę (ok. 3,5 miliarda dolarów). Wylały wtedy rzeki: Bóbr, Nysa Łużycka, Nysa Kłodzka, Odra, Skora, Widawa oraz górna Wisła.

• SZKWAŁ

Szkwał czyli nawałnica - nagły wzrost prędkości wiatru o co najmniej 8 m/s od prędkości początkowej powyżej 10 m/s. Może osiągać do 9 stopni w skali Beauforta. Szkwał trwa krótko, do kilku minut i może nieść ze sobą śnieg lub deszcz. Powstaje zazwyczaj tam, gdzie stykają się dwie masy powietrza o dużej różnicy temperatur. Bardzo często to zjawisko związane jest z chmurą cumulonimbus. Biały szkwał miał miejsce 21 sierpnia 2007 roku w Mikołajkach.

• CHŁóD

Chłód niska temperatura, pojęcie odnoszące się do stanu o niskiej temperaturze (to znaczy takiego w którym brak jest ciepła). Termin odnosi się do: niskiej temperatury danego obiektu (fizyka), zjawiska atmosferycznego (meteorologia, planetologia, itp.) i odczucia chłodu (fizjologia człowieka). Obiekt chłodny to taki, który ma niższą temperaturę w porównaniu z temperaturą uznaną za standardową. Najniższą temperaturą, która może być osiągnięta w przyrodzie jest zero bezwzględne.

Jest to temperatura, w której wszystkie elementy układu termodynamicznego uzyskują najniższą z możliwych energii. Chłód kojarzy nam się zazwyczaj z zimową porą roku, śniegiem i lodem. Z zimnem kojarzymy kolory chłodne lecz przede wszystkim niebieski dlatego też na mapach pogodowych chłodne fronty atmosferyczne oznaczane są tym kolorem.

Bierze się to stąd, że woda, która po zamarznięciu tworzy lód, szadź i śnieg, lepiej pochłania światło czerwone w związku z czym przedmioty oświetlone takim światłem mogą mieć niebieski odcień. Woda, która po zamarznięciu tworzy lód, szadź i śnieg, lepiej pochłania światło czerwone w związku z czym przedmioty oświetlone takim światłem mogą mieć niebieski odcień.

Niskie temperatury (w powiązaniu ze zjawiskiem rozszerzania się wody przy zamarzaniu, opadami śniegu i tworzeniem się szadzi) niszczą nawierzchnie dróg, tory kolejowe oraz linie.

• UPAŁ

Upał pojęcie meteorologiczne opisujące stan pogody, gdy temperatura powietrza przy powierzchni ziemi przekracza 30°C (stopni Celsjusza). Polski rekord temperatury to 40, 2 stopni C w cieniu , zanotowany 29 lipca 1921 roku w Prószkowie koło Opola. Wysokie temperatury niszczą nawierzchnie dróg, tory kolejowe oraz linie energetyczne.

• TAJFUNY

Gigantyczne, wirujące burze o prędkości wiatru ponad 120km/h. Większość z nich powstaje w rejonie ciszy równikowej. Tajfunem w Azji nazywamy Cyklon tropikalny czyli głęboki niż powstający w szerokościach międzyzwrotnikowych, który najczęściej rozwijają się na przełomie lata i jesieni, co jest związane z najwyższą temperaturą powierzchni wód w tym okresie. Cechuje się dużymi wartościami gradientu ciśnienia oraz bardzo dużą prędkością wiatru. Przypomina on olbrzymi wir obejmujący jednorodną masę powietrza. Centralną jego część stanowi tzw. „oko”.

• TORNADO

Ciągnąca się od macierzystej chmury do ziemi centralna kolumna niskiego ciśnienia, zwana wirem, wciąga ciepłe, wilgotne powietrze przy ziemi. Powietrze zbiegające się ze wszystkich stron, wiruje wściekle ku górze, tworząc widoczną część tornada-pełną kurzu, ciasno skręcono, lejkowatą chmurę. Lej przemierza zazwyczaj ok. 15 km po powierzchni ziemi ze średnią prędkością ok. 56 km/h. Trzy czwarte tornad zdarza się w USA. Większość powstaje wzdłuż szlaku, zwanego Aleją Tornad, ciągnącego się od stanu Teksas do stanu Iowa.

Źródłem niszczycielskiej siły są:

- Gwałtowne zmiany siły wiatru, którego prędkość dochodzi najprawdopodobniej do 180 km/h

- Nagły spadek ciśnienia w środku wiru, nawet od 200 hPa, doprowadzający do dużej różnicy ciśnienia między wnętrzem budynków, a ich otoczeniem, który powoduje, że normalne ciśnienie w pomieszczeniu rozsadza je od środka jak przy eksplozji;

- Silne zasysanie skierowane ku górze, związane z pionową prędkością niespotykaną w zwykłej chmurze burzowej.

W Polsce tornada są potocznie określane jako trąby powietrzne. Średnie zniszczenia dokonane przez tornada w Polsce są mniejsze niż w USA. Mimo to podstawowe procesy cyklu rozwoju (cyrkulacji powietrza) prowadzące do powstawania tornad w obu krajach są podobne. Dlatego tornada i trąby powietrzne to te same zjawiska atmosferyczne. Dotychczas średnio na całym obszarze Polski występuje około 4 trąby powietrzne rocznie. W ostatnich kilku latach obserwuje się silniejsze i bardziej niszczycielskie przypadki trąb powietrznych oraz pojawianie się trąb wodnych, co bywa tłumaczone zmianami klimatu. 20 lipca 2007 w kraju wystąpiła seria trąb powietrznych.

• KWAŚNE DESZCZE

Powstają kiedy zanieczyszczone produktami spalania węgla i ropy powietrze z elektrowni, samochodów i zakładów przemysłowych spotyka się w atmosferze z wodą tworząc kwasy. Kiedy drzewo jest często narażane na skutki działania kwaśnego deszczu, może stracić liście, a wraz z nimi wszelką odporność na choroby i szkodniki. Jeziora i rzeki staną się niedługo zbyt kwaśne, by mogło w nich przetrwać życie najbardziej narażone są strumienie, rzeki i jeziora na terenach zalesionych. Kwaśne deszcze prowadzą także do zakwaszania gleb, w których uwalnia się toksyczny glin i następuje wymywanie substancji odżywczych.

W mojej pracy głównie opisuję ekstremalne zjawiska pogodowe, które coraz częściej dotykają naszą planetę i są coraz bardziej intensywne. Związane jest to ze wzrastającą średnią temperaturą na kuli ziemskiej, która spowodowana jest nasileniem się efektu cieplarnianego, a co za tym idzie ze wzrostem temperatury mórz i oceanów co prowadzi do tworzenia się coraz częstszych i silniejszych huraganów na świecie. W ciągu ostatniego stulecia przeciętna temperatura na Ziemi wzrosła o 0,5 stopnia Celsjusza. Powodem tego jest zwiększająca się ilość gazów cieplarnianych takich jak dwutlenek węgla, który bardzo skutecznie zatrzymuje ciepło. Jeśli nasze elektrownie, samochody i fabryki będą uwalniały tyle samo gazów cieplarnianych, co obecnie to do roku 2050 na Ziemi zapanuje temperatura, jakiej nie było od 10 000 lat.

 Bibliografia:

• TIME LIFE Encyklopedia szkolna „Planeta Ziemia”

• Michel Barnier „Atlas wielkich zagrożeń-Ekologia, Środowisko, Przyroda”

• Czesław Szczeciński „Meteorologia dla wszystkich”

• Alojzy Woś „Wszystko o pogodzie”

• Frantisek Konecny „Poznajemy atmosferę ziemską”

• Kop, Kucharska, Szkurłat „Geografia” zak. podst. dla szkół ponadgimnazjalnych

• ŚWIAT WIEDZY (wszechstronne źródło inf. dla całej rodziny) dział planeta ziemia

• Tony Hare Ratujmy naszą planetę

• pl.wikipedia.org

• gosfiz.w.interia.pl

• www.twojapogoda.pl

• burzowo.webpark.pl

• fizyka.net.pl

• wiking.edu.pl

Autor opracowania:

Katarzyna Tomaszewska