Strwythur Fertigol yr Atmosffer a'i Effaith ar y Tywydd
Nid haen homogenaidd o aer yw atmosffer y Ddaear. Mae wedi'i gwneud o haenau fertigol, pob un â'i nodweddion ei hun o ran tymheredd, pwysau a chyfansoddiad. Mae'r gwahaniaethau hyn yn pennu sut mae cymylau'n ffurfio, sut mae gwyntoedd yn symud, a pham y gall tywydd newid yn gyflym mewn un rhanbarth tra'n aros yn sefydlog mewn un arall. Mae deall strwythur fertigol yr atmosffer yn ein helpu i esbonio prosesau tywydd bob dydd—o law a stormydd mellt a tharanau i niwl a thonnau gwres—yn fwy gwyddonol.
Yr atmosffer fel system haenog
Yn gyffredinol, mae strwythur fertigol yr atmosffer wedi'i rannu yn seiliedig ar y newid mewn tymheredd gydag uchder (cyfradd y gostyngiad neu'r cynnydd mewn tymheredd). Mae'r rhaniad hwn yn cynhyrchu pedair prif haen: y troposffer, y stratosffer, y mesosffer, a'r thermosffer. Rhwng yr haenau hyn mae ffiniau trosiannol o'r enw'r tropopaus, y stratosffer, a'r mesopaus. Er bod tywydd yn digwydd yn bennaf yn yr haenau isaf, mae'r haenau uwch eu pennau hefyd yn dylanwadu ar sefydlogrwydd atmosfferig a phatrymau cylchrediad aer ar raddfa fawr.
Yn ogystal â thymheredd, mae pwysedd aer hefyd yn newid yn systematig. Wrth i uchder gynyddu, mae pwysedd a dwysedd aer yn lleihau. Mae hyn yn bwysig oherwydd bod gan yr aer teneuach mewn uchderau uwch gapasiti is i ddal anwedd dŵr a gwres, gan effeithio ar ffurfio cymylau a chryfder codiad (darfudiad).
Troposffer: “canolbwynt” y tywydd
Y troposffer yw'r haen isaf, yn ymestyn o wyneb y Ddaear i ddyfnder o tua 8–18 km, yn dibynnu ar y lledred (yn fwy trwchus yn y trofannau ac yn deneuach wrth y pegynau). Dyma lle mae'r rhan fwyaf o fàs aer yr atmosffer a bron ei holl anwedd dŵr wedi'u lleoli. Felly, mae ffenomenau tywydd—cymylau, glaw, gwyntoedd arwyneb, stormydd—yn digwydd yn bennaf yn y troposffer.
Un o nodweddion allweddol y troposffer yw bod tymheredd yn gostwng gydag uchder. Mae'r gostyngiad hwn yn digwydd oherwydd bod prif ffynhonnell gwres yr atmosffer yn dod o wyneb y Ddaear, sy'n amsugno ymbelydredd solar ac yna'n cynhesu'r aer uwchben. Y gyfradd gyfartalog o ostyngiad tymheredd yn y troposffer yw tua 6,5°C y cilomedr, er y gall hyn amrywio yn dibynnu ar amodau lleithder a dynameg aer.
Sut mae'r troposffer yn effeithio ar y tywydd?
1. Cyflif a ffurfio cymylau
Pan fydd aer ger yr wyneb yn cael ei gynhesu, mae'n mynd yn ysgafnach ac yn codi. Wrth iddo godi, mae'r aer yn ehangu ac yn oeri. Pan fydd yn oeri i'r pwynt gwlith, mae'r anwedd dŵr yn cyddwyso'n ddiferion cwmwl. Y broses hon yw sail ffurfio cymylau cumulus, stormydd mellt a tharanau, a glaw darfudol, sy'n gyffredin mewn rhanbarthau trofannol.
2. Sefydlogrwydd atmosfferig
Mae'r tywydd yn cael ei ddylanwadu'n fawr gan a yw'r awyrgylch yn "sefydlog" neu'n "ansefydlog". Os yw'r awyr uwchben yn gynhesach na'r awyr isod (neu os yw'r tymheredd yn gostwng ychydig gydag uchder), mae'n anodd i'r awyr godi, gan arwain at dywydd clir a ffurfiant cymylau cyfyngedig. I'r gwrthwyneb, os yw'r awyr uwchben yn llawer oerach, mae'r awyr isaf yn codi'n hawdd, gan sbarduno ffurfio cymylau trwchus a stormydd.
3. Ffryntiau a stormydd lledred-ganol
Mewn rhanbarthau isdrofannol i ledred canol, mae cyfarfod masau aer cynnes ac oer yn ffurfio ffryntiau. Mae ffryntiau'n sbarduno codiad gorfodol, gan gynhyrchu cymylau stratiform helaeth a glawiad hirfaith. Mae llawer o systemau stormydd alldrofannol yn datblygu o'r deinameg ffryntiol hyn.
Tropopause: y “caead” ar gyfer twf cymylau
Ar frig y troposffer mae'r tropopaus, haen drawsnewid sy'n nodi diwedd y gostyngiad tymheredd. Mae'r tropopaus yn gymharol sefydlog ac yn gweithredu fel rhwystr, gan gyfyngu ar dwf fertigol cymylau. Gall cymylau storm cryf (cwmwlonimbus) wthio yn erbyn y tropopaus a lledaenu'n llorweddol, gan ffurfio eingion. Mae uchder y tropopaus—sy'n uwch yn y trofannau—hefyd yn dylanwadu ar y tebygolrwydd y bydd stormydd â phennau cymylau uchel iawn yn ffurfio.
Stratosffer: haen sefydlog sy'n dylanwadu ar batrymau gwynt
Uwchben y tropopaus mae'r stratosffer, tua 10–50 km. Yn wahanol i'r troposffer, yn y stratosffer, mae tymheredd yn cynyddu gydag uchder. Mae'r cynnydd hwn mewn tymheredd yn bennaf oherwydd amsugno ymbelydredd uwchfioled gan osôn, a dyna pam y cyfeirir at y stratosffer yn aml fel "cartref" yr haen osôn.
Mae'r stratosffer yn fwy sefydlog oherwydd bod aer cynnes yn eistedd uwchben aer oerach (cyflwr sy'n atal darfudiad). Felly, mae cymylau a thyrfedd yn llawer llai cyffredin, ac mae symudiad aer yn tueddu i fod yn llyfnach.
Dylanwad y stratosffer ar y tywydd
Er nad yw tywydd yn digwydd yn y stratosffer, mae'r haen hon yn dylanwadu ar y tywydd drwy:
1. Ffrydiau jet a chylchrediad ar raddfa fawr
Ger y ffin rhwng y troposffer a'r stratosffer, mae ceryntau gwynt cryf fel ffrydiau jet sy'n chwarae rhan wrth gyfeirio llwybrau stormydd, dylanwadu ar batrymau glawiad, a phennu cyflymder symudiad systemau pwysedd isel/uchel.
2. Aflonyddwch stratosfferig (e.e. cynhesu sydyn y stratosffer)
Gall newidiadau mawr yn y stratosffer “ddirwyn” i’r troposffer, gan newid patrymau gwynt a dylanwadu ar dywydd y gaeaf mewn rhai rhanbarthau lledred uchel. Mae hyn yn awgrymu y gall yr atmosffer uchaf newid patrymau tywydd isod trwy ddeinameg atmosfferig gydgysylltiedig.
Mesosffer: rhanbarth o oeri eithafol
Mae'r mesosffer yn ymestyn o uchder o tua 50–85 km. Yn yr haen hon, mae'r tymheredd yn gostwng eto gydag uchder a gallant fynd yn isel iawn. Mae'r mesosffer yn bwysig ar gyfer hylosgi meteorau bach, ond mae ei ddylanwad uniongyrchol ar dywydd arwyneb yn gymharol fach. Fodd bynnag, mae'n parhau i fod yn rhan hanfodol o'r system atmosfferig, gan ddylanwadu ar ledaeniad tonnau atmosfferig a dynameg ynni ar raddfa fyd-eang.
Thermosffer: gwres oherwydd ymbelydredd ynni uchel
Uwchben y mesosffer mae'r thermosffer (tua 85 km i fyny), lle mae'r tymheredd yn codi'n sydyn oherwydd amsugno ymbelydredd ynni uchel o'r haul. Er gwaethaf y tymereddau "uchel", mae dwysedd yr aer mor isel fel nad yw'r gwres yn cael ei deimlo mor gryf ag y mae ar wyneb y Ddaear. Mae'r thermosffer yn fwy cysylltiedig â ffenomenau fel awroras a chyfathrebu radio nag â thywydd dyddiol, ond gall gweithgaredd solar sbarduno newidiadau yn yr ïonosffer sy'n effeithio ar systemau cyfathrebu a llywio.
Perthnasoedd fertigol: pam mae proffiliau tymheredd yn bwysig?
Yn ei hanfod, mae tywydd yn ganlyniad i'r rhyngweithio rhwng ynni'r haul, anwedd dŵr, a symudiad aer. Mae proffil tymheredd fertigol yn pennu a yw aer yn tueddu i godi neu ostwng. Pan fydd aer yn codi'n hawdd, mae cymylau'n tewhau, mae dwyster glawiad yn cynyddu, ac mae'r risg o stormydd mellt a tharanau yn cynyddu. Pan fydd aer yn ei chael hi'n anodd codi, mae gwrthdroad, neu sefydlogrwydd uchel, yn ffurfio, a all achosi i niwl barhau, dal llygredd, a gwneud i ddiwrnodau deimlo'n boeth.
Enghraifft glir yw gwrthdroad tymheredd yn y troposffer isaf, lle mae tymereddau mewn gwirionedd yn cynyddu gydag uchder ger yr wyneb. Mae gwrthdroadau yn aml yn digwydd ar nosweithiau clir neu mewn dyffrynnoedd, gan atal cymysgu aer. O ganlyniad, gall niwl a llygredd barhau'n hirach. Gall gwrthdroadau hefyd wneud i'r tywydd ymddangos yn glir ond mae ansawdd yr aer yn dirywio.
Casgliad
Mae strwythur fertigol yr atmosffer yn ffurfio'r "fframwaith" y mae tywydd yn digwydd ynddo. Y troposffer yw'r prif faes ar gyfer ffurfio cymylau, glaw a stormydd oherwydd ei fod yn gyfoethog mewn anwedd dŵr ac yn profi gostyngiad mewn tymheredd gydag uchder. Mae'r tropopause yn gweithredu fel ffin sefydlog sy'n cyfyngu ar dwf cymylau, tra bod y stratosffer sefydlog hefyd yn dylanwadu ar lwybrau stormydd trwy'r llif jet a deinameg ar raddfa fawr. Mae gan yr haenau uwchben—y mesosffer a'r thermosffer—lai o ddylanwad uniongyrchol ar dywydd arwyneb ond maent yn dal i fod yn rhan o'r system atmosfferig fyd-eang sy'n rheoleiddio dosbarthiad ynni a thonnau.
Drwy ddeall haenau'r atmosffer a'u nodweddion, gallwn ddeall yn haws pam y gall tywydd fod mor ddeinamig, pam mae stormydd yn digwydd o dan rai amodau, a sut y gall newidiadau yn yr atmosffer uchaf effeithio ar wyneb y Ddaear. Mae'r wybodaeth hon yn bwysig nid yn unig ar gyfer meteoroleg ond hefyd ar gyfer cynllunio gweithgareddau dynol—amaethyddiaeth, awyrenneg, lliniaru trychinebau, ac addasu i newid hinsawdd.
