6  Varmetransport og energioverføring i atmosfæren

Forfatter

Elisabeth Engum

Oppdatert

3. February 2026

Aktuelle kompetansemål
  • gjøre rede for konsekvensene av jordens rotasjon, tetthetsforskjeller og trykkforskjeller og hvordan de påvirker havet og atmosfæren
  • gjøre rede for hvordan ulike værsystemer oppstår og utvikler seg på global, regional og lokal skala, og tolke ulike værkart og værutvikling

For å forstå hvordan strålingsfordelingen på jordkloden kan sette i gang bevegelse, som altså er kinetisk energi, så må vi først se på hvordan energi kan overføres i atmosfæren. En viktig del av energiovergangene i atmosfæren handler også om faseoverganger av vann mellom fast, flytende og fast form. Vi skal derfor starte med å se litt nærmere på vanndampen i atmosfæren.

6.1 Vanndamp spiller en nøkkelrolle i atmosfærens dynamikk

Vanndamp utgjør bare en liten del av atmosfærens masse. I varme, fuktige, tropiske strøk kan det komme opp i 4 %, mens det i polare strøk vil være bare en brøkdel av en prosent. Vanndampen har likevel en enorm betydning for vær og klima.

Metning og relativ fuktighet

Tenk deg en lukket boks med flytende vann i bunnen. Vannmolekyler vil fordampe og gå over i gassform i luften over. Mengden vanndamp luften kan “holde på” er sterkt avhengig av temperaturen. Varm luft kan inneholde mye mer vanndamp enn kald luft før den blir mettet. Når luften er mettet, er det balanse mellom fordampning og kondensasjon.

Relativ fuktighet (RF) er et mål på hvor nær luften er metning. Den oppgis i prosent:

\(RF = \frac{\text{faktisk mengde vanndamp}}{\text{maksimal mengde vanndamp ved den temperaturen}} \times 100\%\)

En RF på 100 % betyr at luften er mettet. Hvis temperaturen i mettet luft synker, vil den overskytende vanndampen kondensere og danne dråper (dugg eller skyer). Temperaturen der dette skjer, kalles duggpunktstemperaturen (\(T_d\)).

Figur 6.1: Kurven viser hvor mye vanndamp luft kan inneholde ved ulike temperaturer før den blir mettet. Legg merke til den eksponentielle veksten.
Oppgave: Vanndamp og duggpunkt

Oppgave 6.1  

Bruk figur 6.1 til å løse oppgaven, sammen med en kalkulator. Du kan lese av verdier på grafene.

Grafene viser mengden vanndamp på to måter. Den venstre y-aksen viser partialtrykket til vanndampen i pascal (Pa). Dette er trykket vanndampen alene utøver, som en del av det totale lufttrykket. Den høyre y-aksen viser absolutt fuktighet i gram per kubikkmeter (g/m³), som er massen av vanndamp i et gitt volum luft. Selv om enhetene er forskjellige, beskriver de begge den samme fysiske mengden – hvor mye vanndamp det er i luften. Det er en direkte sammenheng mellom trykket en gass utøver og massen av gassen i et volum ved en gitt temperatur.

En varm ettermiddag måles temperaturen i luften nær bakken til 20 \(^\circ\)C og den relative fuktigheten til 75 %.

  1. Omtrent hvor mange gram vanndamp per kubikkmeter (g/m³) kan luften maksimalt inneholde ved denne temperaturen?

  2. Hvor mange gram vanndamp per kubikkmeter inneholder luften faktisk denne ettermiddagen?

  3. Utover kvelden og natten synker temperaturen. Ved hvilken temperatur vil det begynne å danne seg dugg på bakken? (Hint: Finn duggpunktstemperaturen).

  4. Anta at temperaturen synker helt ned til 8 \(^\circ\)C. Hvor mye vanndamp, målt i g/m³, vil da ha kondensert ut av luften som dugg eller tåke?

Varmeutveksling ved faseovergang

En ting som er ganske spesielt med vann i atmosfæren er at vi kan finne vann i alle fasetilstander i atmosfæren – gassform (vanndamp), flytende form (skydråper) og fast form (iskrystaller). Alle faseovergangene er også knyttet til energioverføringer, se figur 6.2. Det kreves energi å smelte vann fra fast form til dråper eller vanndamp, mens det frigjøres energi når vanndamp kondenserer til dråper eller iskrystaller. Energioverføringene ved faseoverganger gjør at temperaturen i vannet som kondenserer eller fordamper ikke endrer seg, all energioverføringen er knyttet til selve faseforandringen.

Figur 6.2 viser at energi er bundet opp i vanndamp. Denne energien kaller vi for latent varme. Denne energi kan frigjøres gjennom kondensasjon eller deposisjon. Energi som frigjøres gjennom kondensasjon og deposisjon vil kunne sette i gang sterkere oppover– og nedovergående bevegelser i luften. Latent varme frigjøres når luft stiger og avkjøles. Dette blir veldig viktig når vi senere skal se på skydannelse og ekstremvær.

I tillegg til å se på faseovergangene, kan det være viktig å se på å se på vannets naturlige aggregattilstander (fasetilstander) ved ulike temperaturer og trykk. Figuren nedenfor skiller seg fra det vi finner i figur 6.1 fordi vi også ser på temperaturer lavere enn 0\(^\circ\)C og høyere enn 100\(^\circ\)C. Noe av det som er fascinerende er at vi kan finne vann i alle tre aggregattilstander samtidig ved lavt nok trykk og en temperatur på 0,01°C. Dette er verdier vi kan finne like over tropopausen.

Figur 6.3: Trippelpunktet for vann viser den nøyaktige kombinasjonen av trykk (611 Pa) og temperatur (0,01 °C) der is, flytende vann og vanndamp kan eksistere samtidig i likevekt. Det kritiske punktet for vann markerer trykk og temperatur (22,06 MPa og 374 °C) der grensene mellom væske og gass forsvinner, og vann går over i en superkritisk fase. Husk at 1 atm = 1013 hPa = 101300 Pa

6.2 Varmetransport i atmosfæren

Det er fire måter varme kan transporteres i atmosfæren:

Varmetransport i atmosfæren

Begrep 6.1 (Konduksjon – eller varmeledningsevne)

Konduksjon er overføring av varme fra et sted med høy temperatur til et sted med lav temperatur. Ulike stoffer har ulik konduktivitet1, altså evne til å lede varme.

Begrep 6.2 (Konveksjon)

Konveksjon er det å flytte varme ved at det strømmer gass eller væske fra et sted til et annet, for eksempel at luft tar med seg varme fra et sted til et annet. I meteorologi snakker vi om konveksjon når vi varme flytter seg vertikalt, altså altså varm luft stiger og tar med seg varmen høyere opp i luftlagene. Årsaken til konveksjon er tetthetsforskjeller knyttet til temperaturforskjeller.

Begrep 6.3 (Adveksjon) Adveksjon brukes om horisontal transport av luft, som inneholder både varme og fuktighet. På samme måten som ved konveksjon, flyttes varme ved at det strømmer gass eller væske fra et sted til et annet, horisontalt. Årsaken til adveksjon er luft- og havstrømmer, altså at varmen flyttes med enten vind eller havstrømmene.

Begrep 6.4 (Stråling) Stråling er den eneste måten man kan overføre energi på uten å bruke et medium. Strålingsenergi ble beskrevet i Kapittel 3.

1 Se verdier i Store Norske Leksikon: https://snl.no/varmeledningsevne

Praktisk forståelse av begrepene

Eksempel 6.1 Konduksjon : Når du setter en gryte på en induksjonsplate, så overføres varme fra kokeplaten til gryten via induksjon (som er pensum i fysikk og ikke geofag). Men den varme gryten vil så lede varme til maten oppi gryten ved konduksjon! Legger du hånden din i vann, så overføres varme fra deg til vannet, eller fra vannet til deg, via konduksjon. Varme kan overføres mellom ulike objekter, eller mellom områder i samme objekt, med ulik temperatur. Varmen vil alltid gå fra der det er høy temperatur til lav temperatur.

Eksempel 6.2 Konveksjon : Varm luft er lettere enn kald luft. Denne vil derfor kunne stige oppover hvis luften er varmere enn omgivelsene. Varm luft som stiger vil derfor transportere varme (og fuktighet) oppover i atmosfæren. Noen av dere har kanskje hørt om konvektiv nedbør i geografi-faget på Vg1. Da løftes varme og fuktighet oppover i atmosfæren, som fører til at vi får kondensert skydråper. Varmen er flyttet fra et sted til et annet ved luften. (I tillegg får vi her frigjort energi ved kondensasjon, det skal vi se nærmere på i Del 6.2.)

Eksempel 6.3 Adveksjon : Adveksjon er viktig for eksempelvis orografisk nedbør eller enkelte former for tåke. Varm fuktig luft som blåser inn over et kaldt landområde vil være et eksempel på adveksjon.

Eksempel 6.4 Stråling : Hvis vi ser på kokeplaten fra Eksempel 6.1, så fikk vi der en overføring av varme ved direkte kontakt mellom gryten og maten oppi. Gryten som er varmet opp på kokeplaten vil også sende ut stråling knyttet til temperaturen, på samme måten som vi så på i Kapittel 3. Denne strålingsvarmen som vi kan kjenne om vi holder hendene noen centimeter fra gryten, er altså varmeoverføring via stråling.

Fire måter vi kan ha varmeoverføring rundt et bål
Oppgave: Varmetransport ved et bål

Oppgave 6.2  

Se for deg at du sitter ved et bål en kjølig kveld for å varme deg. Varmen fra bålet overføres til deg og omgivelsene på flere forskjellige måter. Bruk begrepene konduksjon, konveksjon, adveksjon og stråling til å svare på spørsmålene under.

  1. Du kjenner varmen i ansiktet selv om du sitter et par meter unna bålet og det er vindstille. Hvilken form for varmetransport er dette?

  2. Røyken og gnistene fra bålet stiger rett oppover. Hvilken prosess er det som får den varme luften til å stige?

  3. Du finner en pinne av metall for å dytte på kubbene i bålet. Etter kort tid blir håndtaket på metallpinnen ubehagelig varmt. Hvordan har varmen forflyttet seg fra flammene til hånden din?

  4. Det begynner å blåse. Vinden blåser den varme luften fra bålet sidelengs mot deg. Hva kaller vi denne horisontale transporten av varme?

Oppgave: Varmetransport i hverdagen og været

Oppgave 6.3  

Forklar hvilken type varmetransport (konduksjon, konveksjon, adveksjon, stråling) som er mest dominerende i hver av situasjonene under. Begrunn svaret ditt kort.

  1. En solrik sommerdag blir asfalten på en parkeringsplass veldig varm.

  2. Du koker poteter. Vannet i bunnen av kjelen varmes opp av kokeplaten, sirkulerer oppover, og varmer potetene.

  3. En mild og fuktig luftmasse fra Atlanterhavet blåser inn over den kalde kysten av Norge om vinteren og fører til en midlertidig temperaturstigning.

  4. Du tar på et kaldt dørhåndtak av metall og kjenner at hånden din umiddelbart blir kaldere.