Sub sistem atmosfer

Atmosfer merupakan sistem termohidrodinamis dari sistem iklim bumi. Komposisi atmosfer merupakan titik awal kritis untuk memahami sistem iklim. Kondisi termodinamis atmosfer seperti dicirikan oleh tekanan, temperatur dan kelembapan spesifik menunjukkan luasnya pembahasan tentang sifat-sifat  atmosfer. Medan gerak 3D dari atmosfer dihasilkan dari pengaruh kombinasi antara komposisi dan keadaan termodinamika atmosfer. Setiap karakteristik ini merupakan hal penting dalam mendefinisikan iklim bumi.

Atmosfer bumi merupakan selubung gas tipis yang terdistribusi hampir seragam di atas permukaan. Atmosfer kering kebanyakan terdiri dari molekul-molekul nitrogen, oksigen dan sejumlah gas lain. Dalam arah vertikal , 50% massa atmosfer ditemukan sampai pada ketinggian 5,5 km dan lebih dari 99% ditemukan di bawah ketinggian 30 km. Sampai dengan mesopause pada ketinggian kira-kira 78 km, komposisi atmosfer praktis seragam untuk konsentrasi nitrogen, oksigen dan gas mulia lain serta karbon dioksida. Sedangkan uap air terutama terkonsentrasi di troposfer bawah dan ozon terkonsentrasi di stratosfer tengah.

Komposisi atmosfer merupakan determinan utama dari respon iklim bumi terhadap energi radiasi. Molekul nitrogen dan oksigen, gas-gas atmosfer yang paling melimpah, tidak aktif secara radiatif akibat struktur diatomiknya dan tiadanya pergerakan dipole bahkan ketika bergetar sekalipun. Sedangkan gas-gas atmosfer yang penting untuk penyerapan dan emisi energi radian hanya berjumlah kurang dari 1% massa atmosfer.

Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, Tropical Meteorology, John Wiley & Sons, New York, 1998

Air dalam sistem iklim

Air merupakan salah satu isi dalam sistem iklim global dan kuantitas air secara kontinyu bergerak dalam sistem iklim di bumi. Sifat-sifat fisis air menunjukkan bahwa air mempunyai peran utama. Kapasitas termalnya yang tinggi menyebabkan munculnya mekanisme moderasi temperature musim dingin di lintang tengah. Variasi tekanan uap jenuh terhadap temperatur merupakan faktor yang menyebabkan SST di lintang rendah dibatasi oleh evaporasi pada nilai mendekati 29oC, sehingga membatasi temperatur udara di atas  laut tropis pada nilai yang sama. Jumlah energi yang terlibat dalam perubahan fasa mengatur lewatnya energi matahari melalui atmosfer. Karakteristik radiasi infra merah dari  uap air menyebabkannya bertindak sebagai agen penting dalam kehilangan energi dari atmosfer melalui radiasi infra merah ke ruang angkasa. Melalui perannya dalam proses pertukaran energi dan terkait dengan proses-proses dinamis, air merupakan kontributor utama dalam mengatur temperatur atmosfer bebas.

Air secara kontinyu bergerak di antara sub-sub sistem. Pergerakan ini memberikan relokasi kebasahan dan transfer energi baik vertikal maupun horizontal. Namun untuk tujuan praktis kuantitas air berhingga. Dia berubah keadaan atau fase dan bergerak dari satu sub sistem ke sub sistem yang lain. Waktu tinggal di setiap sub sistem berbeda-beda. Rata-rata kebasahan berada di atmosfer dalam 3 hari, tetapi kriosfer bisa menyimpan kebasahan selama puluhan bahkan ratusan ribu tahun. Rata-rata molekul air harus menunggu dalam periode waktu yang sangat panjang di lautan, di lempeng es, atau di akuifer dalam di antara perjalanannya yang singkat di atmosfer.
Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, 1998