Суточный ход температуры воздуха

Температура поверхности почвы влияет на температуру воздуха. Обмен теплом происходит при непосредственном соприкосновении тонкой пленки воздуха с земной поверхностью вследствие молекулярной теплопроводности. Далее обмен происходит внутри атмосферы за счет турбулентной теплопроводности, которая является более эффективным механизмом теплообмена, так как перемешивание воздуха в процессе турбулентности способствует очень быстрой передаче тепла из одних атмосферных слоев в другие.

Рис №2 График суточного хода температуры воздуха.

Как видно на рис№2 в течение суток воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, приблизительно повторяя изменения температуры воздуха (см. рис.1) с меньшей амплитудой. Можно даже заметить, что амплитуда суточного хода температуры воздуха меньше амплитуды изменения температуры почвы примерно на 1/3. Температура воздуха начинает повышаться в то же время, что и температура поверхности почвы: после восхода солнца, а максимум ее уже наблюдается в более поздние часы, а нашем случае в 15ч, а потом начинает понижаться.

Как уже отмечалось ранее, максимум температуры поверхности почвы выше, чем максимум температуры воздуха (32,8°С). Это объясняется тем, что солнечная радиация прежде всего нагревает почву, от которой уже потом нагревается воздух. А ночные минимумы на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, так как почва излучает тепло в атмосферу.

Суточный ход упругости водяного пара

Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу путем испарения с водных поверхностей и влажной почвы, а также в результате транспирации растениями. При этом в разных местах и в разное время он поступает в атмосферу в различных количествах. От земной поверхности он распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли в другие.

Упругостью водяного пара называют давление водяного пара. Водяной пар, как всякий газ, создает определенное давление. Давление водяного пара пропорционально его плотности (массе в единице объема) и его абсолютной температуре.

Рис. №3 График суточного хода упругости водяного пара.

Наблюдения проводились в глубине материка в теплое время года, поэтому график показывает двойной суточный ход (рис№3). Первый минимум в таких случаях наступает после восхода, как и минимум температуры.

Почва начинает нагреваться после восхода Солнца, повышается ее температура, и, как следствие, возрастает испарение, а значит, растет давление пара. Это тенденция происходит до 9ч, пока испарение преобладает над переносом пара снизу в более высокие слои. К этому времени в приземном слое уже устанавливается неустойчивая стратификация, и конвекция получает достаточное развитие. В процессе конвекции возрастает интенсивность турбулентного перемешивания, устанавливается перенос водяного пара в направлении его градиента, снизу вверх. Отток водяного пара снизу не успевает компенсироваться испарением, что приводит к уменьшению содержания пара (и, следовательно, давления) у земной поверхности к 12-15 часам. А уже потом, давление начинает расти, так как конвекция ослабевает, а испарение с нагретой почвы еще велико, и растет содержание пара. После 18ч испарение уменьшается, поэтому давление падает.

Суточный и годовой ход температуры воздуха зависит от при­тока солнечного тепла и характера подстилающей поверхности. В соответствии с суточным ходом интенсивности солнечной радиации максимальная температура воздуха в течение суток между морем или океаном наступает примерно в 12 час 30 мин, а над суше - около 14- 15. Минимальная же температура воздуха наступает незадолго до восхода или в мо­мент восхода Солнца, т. е. в период наибольшего охлаждения земной поверхности. Разность между максимумом и минимумом температуры воздуха за сутки называется суточной амплитудой темпе­ратуры.

Величина суточной амплитуды температуры воздуха далеко не постоянна и зависит от характера подстилающей поверхности, облачности, влажности воздуха, времени года и, наконец, от ши­роты и высоты места.

Наибольшая суточная амплитуда температуры воздуха бы­вает в южных широтах, над песчаной поверхностью, в теплое время года, при отсутствии облачности и при малой влажности воздуха, т. е. в сухих южных степях или в пустынях. В этих ус­ловиях разность между максимумом и минимумом температуры за сутки может достигать 25-30 и даже 40°.

Наличие низкой облачности, тумана, осадков сильно сглажи­вает суточный ход температуры. Амплитуда температуры в этих случаях незначительна.

Суточная амплитуда температуры воздуха над океанами и крупными морями на большом удалении от берегов невелика и составляет всего 2-3°. Иными словами, существенных измене­ний температуры воздуха в открытом море, (океане) в течение суток, как правило, не бывает. Такой сравнительно ровный су­точный ход над морями объясняется тепловыми свойствами во­ды, заключающимися в малом и медленном ее нагревании и ох­лаждении, что таким же образом сказывается и на температуре прилегающего к водной поверхности воздуха.

Что же касается годового хода температуры воздуха, то он зависит от тех же причин, что и суточный ход. На континентах максимум обычно наступает в июле, минимум - в ян­варе, что совпадает с периодами наивысшего и наинизшего солнцестояний. На океанах и побережьях наблюдается запазды­вание крайних температур: максимум наблюдается в августе, минимум-в феврале или в начале марта.

В экваториальной зоне наблюдаются два максимума темпе­ратуры - после весеннего и осеннего равноденствия, когда высо­та Солнца наибольшая, и два минимума после зимнего и летнего солнцестояний, при наименьшей в году высоте Солнца.

Разность между максимальной и минимальной средней ме­сячной температурой в течение года называется годовой ам­плитудой температуры. Ее величина зависит главным обра­зом от характера подстилающей поверхности и широты места.

Наименьшая годовая амплитуда бывает над океанами, осо­бенно между тропиками, где она составляет всего лишь 1-3°; в умеренных широтах она увеличивается до 5- 10°, а в полярных- еще более.

Наибольшая годовая амплитуда наблюдается над сушей, в глубине континентов в умеренных и высоких широтах, где она может достигать 40-50°, а в отдельных местах - даже 65°. На­пример, в Верхоянске (Якутия) средняя температура ию­ля плюс 15°, а января минус 50°. В низких широтах над сушей годовая амплитуда температуры воздуха сравнительно невелика, что объясняется более равномерным притоком солнечного тепла.

Общие сведения о температуре воздуха

Определение 1

Показатель теплового состояния воздуха, регистрируемый измерительными приборами, называется температурой .

Солнечные лучи, падая на шарообразную форму планеты, нагревают её по-разному, потому что поступают под различными углами. Солнечные лучи атмосферный воздух не нагревают, в то время как земная поверхность нагревается очень сильно и передает тепловую энергию прилегающим слоям воздуха. Теплый воздух становится легким и поднимается вверх, где перемешивается с холодным, отдавая при этом часть своей тепловой энергии. С высотой теплый воздух охлаждается и на высоте $10$ км его температура становится постоянной $-40$ градусов.

Определение 2

В стратосфере происходит перестановка температур, и её показатели начинают расти. Это явление получило название температурной инверсии .

Сильнее всего поверхность земли нагревается там, где солнечные лучи падают под прямым углом – это область экватора . Минимальное количество тепла получают полярные и приполярные районы , потому что угол падения солнечных лучей острый и лучи скользят по поверхности, да к тому же ещё и рассеиваются атмосферой. В результате этого, можно сказать, что температура воздуха уменьшается от экватора к полюсам планеты.

Большую роль играет наклон земной оси к плоскости орбиты и время года, что приводит к неравномерному нагреванию Северного и Южного полушарий. Температура воздуха не является постоянным показателем, в любой точке земного шара она, на протяжении суток, меняется. На тематических климатических картах температура воздуха показана специальным условным знаком, который получил название изотерма .

Определение 3

Изотермы – это линии, соединяющие точки земной поверхности с одинаковыми показателями температуры.

На основании изотерм на планете выделяют тепловые пояса, идущие от экватора к полюсам:

• Экваториальный или жаркий пояс;
• Два умеренных пояса;
• Два холодных пояса.

Таким образом, на температуру воздуха большое влияние оказывают:

• Географическая широта места;
• Перенос тепла из низких широт в высокие широты;
• Распределение материков и океанов;
• Расположение горных хребтов;
• Течения в океане.

Изменение температуры

Температура воздуха непрерывно изменяется в течение суток. Суша днем быстро нагревается, а от неё нагревается воздух, но с наступлением ночи суша также быстро охлаждается, а вслед за ней происходит охлаждение воздуха. Поэтому прохладнее всего будет в предрассветные часы, а теплее – после обеда.

Обмен теплом, массой и количеством движения , между отдельными слоями атмосферы происходит постоянно. Взаимодействие атмосферы с поверхностью земли характеризуется этими же процессами и осуществляется следующими путями:

• Радиационный путь (поглощение воздухом солнечной радиации);
• Путь теплопроводности;
• Передача тепла путем испарения, конденсации или кристаллизации водяного пара.

Температура воздуха даже на одной и той же широте не может быть постоянной. На Земле только в одном климатическом поясе суточное колебание температур отсутствует – это жаркий или экваториальный пояс. Здесь одинаковое значение будет как у ночных, так и дневных температур воздуха. На побережьях крупных водоемов и над их поверхностью суточная амплитуда тоже несущественна, зато в зоне пустынного климата разница между дневными и ночными температурами иногда достигает $50-60$ градусов.

В умеренных климатических поясах максимальная солнечная радиация приходится на дни летних солнцестояний – в Северном полушарии это июль месяц, а в Южном полушарии – январь . Причина этого заключается не только в интенсивной солнечной радиации, но и в том, что сильно нагретая поверхность планеты отдает огромное количество тепловой энергии.

Средние широты отличаются более высокими годовыми амплитудами. Любая местность планеты характеризуется своими средними и абсолютными температурами воздуха. Самым жарким местом на Земле является Ливийская пустыня , где зафиксирован абсолютный максимум – ($ +58 $ градусов), а самым холодным местом является российская станция «Восток» в Антарктиде – ($ -89,2$ градуса). Все средние температуры – среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые – являются среднеарифметическими величинами нескольких показателей термометра. Мы уже знаем, что с высотой в тропосфере температура воздуха понижается, но в приземном слое её распределение может быть различным – она может увеличиваться, уменьшаться или оставаться постоянной. Представление о том, как распределяется температура воздуха с высотой, дает вертикальный градиент температуры (ВГТ). Время года, время суток, погодные условия оказывают влияние на значение ВГТ. Например, ветер способствует перемешиванию воздуха и на разных высотах его температура выравнивается, а это значит, что ветер ВГТ уменьшает. ВГТ резко снижается, если почва влажная, паровое поле имеет ВГТ больше, чем густо засеянное, потому что данные поверхности имеют разный температурный режим.

Знак ВГТ говорит о том, как с высотой происходит изменение температуры, если он меньше нуля, то с высотой температура увеличивается. И, наоборот, если знак больше нуля – температура с удалением от поверхности будет уменьшаться и останется без изменений при ВГТ = 0. Такое распределение температуры с высотой получило название инверсии .

Инверсии могут быть:

• Радиационные (радиационное выхолаживание поверхности);
• Адвективные (образуются при перемещении теплого воздуха на холодную поверхность).

Выделяют четыре типа годового хода температуры исходя из средней многолетней амплитуды и времени наступления экстремальных температур:

• Экваториальный тип – выделяют два максимума и два минимума;
• Тропический тип (максимум и минимум наблюдается после солнцестояний);
• Умеренный тип (максимум и минимум отмечаются после солнцестояний);
• Полярный тип (минимальная температура во время полярной ночи);

Высота места над уровнем океана тоже оказывает влияние на годовой ход температуры воздуха. Годовая амплитуда с высотой уменьшается. Измерением температуры воздуха занимаются специалисты на метеорологических станциях.

Солнечные лучи, проходя через прозрачные тела, нагревают их очень слабо. По этой причине прямые солнечные лучи почти не нагревают воздух атмосферы, а нагревают поверхность Земли, от которой прилегающим слоям воздуха передается тепло. Нагреваясь, воздух становится более легким и поднимается вверх, где перемешивается с более холодным, в свою очередь нагревая его.

По мере поднятия вверх воздух охлаждается. На высоте 10 км температура постоянно держится на отметке 40-45 °C.

Понижение температуры воздуха с высотой - это общая закономерность. Однако нередко наблюдается и повышение температуры по мере поднятия вверх. Такое явление называют температурной инверсией, т. е. перестановкой температур.

Возникают инверсии либо при быстром охлаждении земной поверхности и прилегающего воздуха, либо, наоборот, при стекании тяжелого холодного воздуха по склонам гор в долины. Там этот воздух застаивается и вытесняет более теплый вверх по склонам.

В течение суток температура воздуха не остается постоянной, а непрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающий слой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаждение воздуха. Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когда земная поверхность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температуры воздуха устанавливаются не в полдень, а около 15 ч.

На экваторе суточный ход температур однообразен, днем и ночью они почти одинаковы. Очень незначительны суточные амплитуды на морях и у морских побережий. А вот в пустынях днем поверхность земли часто нагревается до 50-60 °C, а ночью нередко охлаждается до 0 °C. Таким образом, суточные амплитуды превышают здесь 50-60 °C.

В умеренных широтах наибольшее количество солнечной радиации поступает на Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабря в Южном. Однако самым жарким месяцем является не июнь (декабрь), а июль (январь), так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагревание земной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшается, но эта убыль компенсируется сильно нагретой земной поверхностью.

Аналогично этому самый холодный месяц не июнь (декабрь), а июль (январь).

На море, в связи с тем что вода более медленно охлаждается и нагревается, смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный - февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий - февраль и самый холодный - август в Южном.

Годовая амплитуда температур в значительной степени зависит от широты места. Так, на экваторе амплитуда в течение года остается почти постоянной и составляет 22-23 °C. Самые высокие годовые амплитуды характерны для территорий, расположенных в средних широтах в глубине континентов.

Любая местность характеризуется также абсолютными и средними температурами. Абсолютные температуры устанавливают путем многолетних наблюдений на метеостанциях. Так, самое жаркое (+58 °C) место на Земле находится в Ливийской пустыне; самое холодное (-89,2 °C) - в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая (-70,2 °C) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.

Средние температуры определяют как среднеарифметическое нескольких показателей термометра. Так, чтобы определить среднесуточную температуру, производят измерения в 1; 7; 13 и 19 ч, т. е. 4 раза в сутки. Из полученных цифр находят среднеарифметическую величину, которая и будет среднесуточной температурой данной местности. Затем находят среднемесячные и среднегодовые температуры как среднеарифметическое среднесуточных и среднемесячных.

На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температур и провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательны изотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяца в году. По изотермам можно определить, как распределяется тепло на Земле. При этом прослеживаются отчетливо выраженные закономерности.

1. Самые высокие температуры наблюдаются не на экваторе, а в тропических и субтропических пустынях, где преобладает прямая радиация.

2. В обоих полушариях температуры понижаются от тропических широт к полюсам.

3. В связи с преобладанием моря над сушей ход изотерм в Южном полушарии более плавный, а амплитуды температур между самым жарким и самым холодным месяцем меньше, чем в Северном.

Измерения температуры воздуха и других метеоэлементов производятся в метеорологических будках, где термометры помещают­ся на высоте двух метров от поверхности. Особенности суточного и годового хода тем­пературы воздуха выявляются при осреднении результатов за длительный период наблю­дений.

Суточный ход температуры воздуха отражает суточный ход температуры земной по­верхности, но моменты максимума и миниму­ма температуры несколько запаздывают. Мак­симум температуры воздуха над сушей наблюдается в 14-15 ч, над водоемами - около 16 ч, минимум над сушей - вскоре по­сле восхода Солнца, над водоемами - спус­тя 2 - 3 ч после восхода Солнца. Разницумежду суточным максимумом и минимумом температуры воздуха называют суточной амп­литудой температуры. Она зависит от ря­да факторов: широты места, времени года, ха­рактера подстилающей …
поверхности (суша или водоем), облачности, рельефа, абсолютной вы­соты местности, характера растительности и т. д. В общем над сушей она гораздо боль­ше (особенно летом), чем над Океаном. С вы­сотой суточные колебания температуры зату­хают: над сушей - на высоте 2 - 3 км, над Океаном - ниже.

Годовой ход температуры воздуха -из­менение среднемесячных температур воздуха в течение года. Он тоже повторяет годовой ход температуры деятельной поверхности. Годовая амплитуда температуры воздуха - разность среднемесячных температур самого теп­лого и самого холодного месяцев. Ее величи­на зависит от тех же факторов, что и суточ­ная амплитуда температур, и обнаруживает сходные закономерности: она растет с увели­чением географической широты вплоть до по­лярных кругов (рис. 29). Это связано с раз­ным притоком солнечного тепла летом и зи­мой, главным образом из-за меняющегося угла падения солнечных лучей и за счет разной про­должительности суточного освещения в тече­ние года в умеренных и высоких широтах. Весьма важен и характер подстилающей по­верхности: над сушей годовая амплитуда боль­ше - она может доходить до 60 - 65 °С, а над водой - обычно менее 10-12 °С (рис. 30).

Экваториальный тип. Годовые температуры воздуха весь год высокие и ровные, но все-таки наблюдаются два небольших макси­мума температуры — — после дней равноденст-вий (апрель, октябрь) и два небольших мини­мума — — после дней солнцестояний (июль, ян­варь). Над материками годовая амплитуда температуры 5-10 °С, на побережьях -3 °С, над океанами — — всего около 1 °С (рис. 31).

Тропический тип. В годовом ходе выра­жен один максимум температуры воздуха - после наивысшего положения Солнца и один минимум - после наинизшего положения в дни солнцестояний. Над континентамигодовая амплитуда температуры в основном 10-15 °С за счет очень высоких летних температур, над океанами — — около 5 °С.

Тип умеренных широт. В годовом ходе температуры воздуха хорошо выражен макси­мум и минимум соответственно после дней лет­него и зимнего солнцестояний, причем над ма­териками температура качественно меняется в течение года, переходя через О °С (кроме за­падных побережий материков). Годовая амп­литуда температуры на материках составляет 25- 40 °С, а в глубине Евразии доходит до 60 - 65 °С за счет очень низких зимних тем­ператур, над океанами и на западных побере жьях материков, где температуры весь год положительные, амплитуда небольшая 10-15 °С.

В умеренном поясе различают субтропиче­скую, собственно умеренную и субполярную подзоны. Все вышесказанное относилось к соб­ственно умеренной подзоне. В целом же в пре­делах этих трех подзон годовые амплитуды тем­пературы воздуха возрастают с увеличением широты и по мере удаления от океанов.

Полярный тип характеризуется суровой, гцюдолжительной зимой. В годовом ходе на­блюдаются также один максимум температу­ры около О °С и ниже - во время полярно­го дня и один значительный минимум темпе­ратуры - в конце полярной ночи. Годовая амплитуда температуры на суше 30 - 40 °С, над океанами и на побережьях - около 20 °С.

Типы годового хода температуры воздуха выявляются из средних многолетних данных и отражают периодические сезонные колебания. С адвекцией воздушныхмасс связаны откло­нения температуры от средних значений в от­дельные годы и сезоны. Изменчивость сред­них месячных температур воздуха в большей степени свойственна умеренным и близлежа­щим широтам, особенно в переходных облас­тях между морским и континентальным кли­матом.

Для развития растительности весьма важ­ны производные температурные показатели, такие, например, как сумма активных темпе­ратур (сумма за период со средними суточны­ми температурами выше 10 °С). Она в значи­тельной степени определяет набор сельскохо­зяйственных культур в той или иной местности