Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности, тепловой режим атмосферы, метеорология и климатология развитие науки, географические факторы климата, климатические измерение, предсказание климата, предсказание погоды. Суточный и годовой ход темпера

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.

Число : 15.02.2016

Класс: 6«В»

Урок № 42

Тема урока: §39. Температура воздуха и суточный ход температуры

Цель урока:

Обучающая: Сформировать знания о закономерностях распределения температуры воздуха.

Развивающа я : Развивать навыки, умение определять температуру, считать суточную, составлять графики, решать задачи по изменению температур, находить амплитуду температур.

Воспитывающая: Воспитывать стремление к изучению предмета.

Тип урока: комбинированный

Вид урока: проблемное обучение

Оборудование урока: ИКТ, термометры, календари погоды,

I.Организационный момент : Приветствие. Выявление отсутствующих.

II.Проверка домашнего задания :

Тест.

1.Какие причины определяют нагрев Земли?

А полярная ночь и полярный день

Б угол падения солнечных лучей

В смена дня и ночи

Г давление, температура, ветер.

2.Каково различие в нагреве поверхности на экваторе и умеренных широтах:

А экваториальные широты нагреты больше в течении года

Б экваториальные широты нагреты больше летом

В экваториальные широты нагреты одинаково в течении года

3.Сколько поясов освещенности?

А 3 Б 5 В 6 Г 4

4. В чем особенности полярного пояса

А Два раза в год Солнце на тропике

Б В течении года наблюдается полярный день и полярная ночь

В Летом Солнце в зените.

5.Часто ли в тропическом поясе меняется погода

А Да Б Нет В 4 раза в год

III.Подготовка к объяснению новой темы : Написать на доске тему урока, объяснить

IV.Объяснение новой тем ы:

Температура воздуха - степень нагретости воздуха, определяемая при помощи термометра.

Температура воздуха - одна из важнейших характеристик погоды и климата.

Термометр – это прибор для определения температуры воздуха. Термометр представляет собой капиллярную трубку, припаянную к резервуару, наполненную жидкостью (ртуть, спирт). Трубка прикреплена к планке, на которой нанесена шкала термометра. С потепление жидкость в трубке начинает подниматься, с похолоданием – опускаться. Термометры бывают уличные и комнатные.

Суточное изменение температуры воздуха – амплитуда.

Исследования показали, что температура меняется со временем, т. е. в течение суток, месяца, года. Суточное изменение температуры зависит от вращения Земли вокруг своей оси.

Ночью, когда солнечное тепло не поступает, поверхность Земли охлаждается. А днем наоборот – нагревается.

В связи с этим меняется температура воздуха.

Самая низкая температура за сутки –перед восходом солнца.

Самая высокая температура – через 2-3 часа после полудня

За сутки показания температуры на метеостанциях снимают 4 раза: в 1ч, 7ч, 13ч, 19 ч затем суммируются и делят на 4 среднесуточная температура

Например:

1ч +5 0 С, 7ч +7 0 С, 13ч +15 0 С, 19ч +11 0 С,

5 0 С+7 0 С+15 0 С+11 0 С=38 0 С:4=9,5 0 С

V. Усвоение новой темы :

Тест

1. Температура воздуха с высотой:

а) понижается

б) повышается

в) не изменяется

2. Суша в отличие от воды нагревается:

а) медленнее

б) быстрее

3. Температуру воздуха измеряют:

а) барометром

б) термометром

в) гигрометром

а) в 7 часов

б) в 12 часов

в) в 14 часов

5. Колебания температуры в течение суток зависят от:

а) облачности

б) угла падения солнечных лучей

6. Амплитуда – это:

а) сумма всех температур в течение суток

б) разность между самой высокой температурой и самой низкой

7. Средняя температура (+2 о; +4 о; +3 о; -1 о) равна:

VI . Итог урока :

1. определить амплитуду температур, среднюю суточную температуру,

VII. Домашнее задание :

1.§39. Температура воздуха и суточный ход температуры

VII . Выставление оценок:

Оценка учитель ученик

Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

1. Температура воздуха изменяется в суточном ходе вслед за температурой земной поверхности. Поскольку воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, амплитуда суточного хода температуры в метеорологической будке меньше, чем на поверхности почвы, в среднем примерно на одну треть. Над поверхностью моря условия сложнее, о чем будет сказано дальше.

Рост температуры воздуха начинается вместе с ростом температуры почвы (минут на 15 позже) утром, после восхода солнца. В 13-14 ч температура почвы, как мы знаем, начинает понижаться. В 14-15 ч начинает падать и температура воздуха. Таким образом, минимум в суточном ходе температуры воздуха у земной поверхности приходится на время вскоре после восхода солнца, а максимум - на 14-15 ч.

Суточный ход температуры воздуха достаточно правильно проявляется лишь в условиях устойчивой ясной погоды. Еще более закономерным представляется он в среднем из большого числа наблюдений: многолетние кривые суточного хода температуры- плавные кривые, похожие на синусоиды.

Но в отдельные дни суточный ход температуры воздуха может быть очень неправильным. Это зависит от изменений облачности, меняющих радиационные условия на земной поверхности, а также от адвекции, т. е. от притока воздушных масс с другой температурой. В результате этих причин минимум температуры может сместиться даже на дневные часы, а максимум - на ночь. Суточный ход температуры может вообще исчезнуть или кривая суточного изменения примет сложную форму. Иначе говоря, регулярный суточный ход перекрывается или маскируется непериодическими изменениями температуры. Например, в Хельсинки в январе с вероятностью 24 % суточный максимум температуры приходится на время между полуночью и часом ночи, и только в 13% он приходится на промежуток времени от 12 до 14 ч.

Даже в тропиках, где непериодические изменения температуры слабее, чем в умеренных широтах, максимум температуры приходится на послеполуденные часы только в 50 % всех случаев.

В климатологии обычно рассматривается суточный ход температуры воздуха, осредненный за многолетний период. В таком осредненном суточном ходе непериодические изменения температуры, приходящиеся более или менее равномерно на все часы суток, взаимно погашаются. Вследствие этого многолетняя кривая суточного хода имеет простой характер, близкий: к синусоидальному.
Для примера приводим на рис. 22 суточный ход температуры воздуха в Москве в январе и июле, вычисленный по многолетним данным. Вычислялась многолетняя средняя температура для каждого часа январских или июльских суток, а затем по полученным средним часовым значениям были построены многолетние кривые суточного хода для января и июля.

Рис. 22. Суточный ход температуры воздуха в январе (1) и июле (2). Москва. Средняя месячная температура 18.5 °С для июля, -10 "С для января.

2. Суточная амплитуда температуры воздуха зависит от многих влияний. Прежде всего она определяется суточной амплитудой температуры на поверхности почвы: чем больше амплитуда на поверхности почвы, тем больше она в воздухе. Но суточная амплитуда температуры на поверхности почвы зависит в основном от облачности. Следовательно, и суточная амплитуда температуры воздуха тесно связана с облачностью: в ясную погоду она значительно больше, чем в пасмурную. Это хорошо видно из рис. 23, на котором представлен суточный ход температуры воздуха в Павловске (под Ленинградом), средний для всех дней летнего сезона и отдельно для ясных и пасмурных дней.

Суточная амплитуда температуры воздуха изменяется еще по сезонам, по широте, а также в зависимости от характера почвы и рельефа местности. Зимой она меньше, чем летом, так же как и амплитуда температуры подстилающей поверхности.

С увеличением широты суточная амплитуда температуры воздуха убывает, так как убывает полуденная высота солнца над горизонтом. Под широтами 20-30° на суше средняя за год суточная амплитуда температуры около 12 °С, под широтой 60° около 6 °С, под широтой 70° только 3 °С. В самых высоких широтах, где солнце не восходит или не заходит много дней подряд, регулярного суточного хода температуры нет вовсе.

Имеет значение и характер почвы и почвенного покрова. Чем больше суточная амплитуда температуры самой поверхности почвы, тем больше и суточная амплитуда температуры воздуха над ней. В степях и пустынях средняя суточная ампли-

Туда достигает 15-20 °С, иногда 30 °С. Над густым растительным покровом -она меньше. На суточной амплитуде сказывается и близость водных бассейнов: в приморских местностях она меньше.

Рис. 23. Суточный ход температуры воздуха в Павловске в зависимости от облачности. 1 - ясные дни, 2 - пасмурные дни, 3 - все дни.

На выпуклых формах рельефа местности (на вершинах и склонах гор и холмов) суточная амплитуда температуры воздуха уменьшена в сравнении с равнинной местностью, а на вогнутых формах рельефа (в долинах, оврагах и лощинах) увеличена (закон Воейкова). Причина заключается в том, что на выпуклых формах рельефа воздух имеет уменьшенную площадь соприкосновения с подстилающей поверхностью и быстро сносится с нее, заменяясь новыми массами воздуха. В вогнутых же формах рельефа воздух сильнее нагревается от поверхности и больше застаивается в дневные часы, а ночью сильнее охлаждается и стекает по склонам вниз. Но в узких ущельях, где и приток радиации, и эффективное излучение уменьшены, суточные амплитуды меньше, чем в широких долинах.

3. Понятно, что малые суточные амплитуды температуры на поверхности моря имеют следствием и малые суточные амплитуды температуры воздуха над морем. Однако эти последние все же выше, чем суточные амплитуды на самой поверхности моря. Суточные амплитуды на поверхности открытого океана измеряются лишь десятыми долями градуса, но в нижнем слое воздуха над океаном они доходят до 1 - 1,5 °С (см. рис. 21), а над внутренними морями и того больше. Амплитуды температуры воздуха повышены потому, что на них сказывается влияние адвекции воздушных масс. Также играет роль и непосредственное поглощение солнечной радиации нижними слоями воздуха днем и излучение ими ночью.

Причины изменений температуры воздуха.

Температура воздуха меняется в суточном ходе вслед за температурой земной поверхности. Поскольку воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, амплитуда суточного хода температуры в метеорологической будке меньше, чем на поверхности почвы, в среднем примерно на одну треть.

Рост температуры воздуха начинается вместе с ростом температуры почвы (минут на 15 позже) утром, после восхода солнца. В 13-14 часов температура почвы, как мы знаем, начинает понижаться. В 14-15 часов она уравнивается с температурой воздуха; с этого времени при дальнейшем падении температуры почвы начинает падать и температура воздуха.

Суточный ход температуры воздуха достаточно правильно проявляется лишь в условиях устойчивой ясной погоды.

Но в отдельные дни суточный ход температуры воздуха может быть очень неправильным. Это зависит от изменений облачности, а также от адвекции.

Суточная амплитуда температуры воздуха меняется еще по сезонам, по широте, а также в зависимости от характера почвы и рельефа местности. Зимой она меньше, чем летом. С увеличением широты суточная амплитуда температуры воздуха убывает, так как убывает полуденная высота солнца над горизонтом. Под широтами 20-30° на суше средняя за год суточная амплитуда температуры около 12°, под широтой 60° около 6°, под широтой 70° только 3°. В самых высоких широтах, где солнце не восходит или не заходит много дней подряд, регулярного суточного хода температуры нет вовсе.

Температура поверхности почвы меняется и в годовом ходе. В тропических широтах ее годовая амплитуда, т. е. разность многолетних средних температур самого теплого и самого холодного месяца года, мала и с широтой растет. В северном полушарии на широте 10° она около 3°, на широте 30° около 10°, на широте 50° в среднем около 25°.

Причины изменений температуры воздуха

Воздух, непосредственно соприкасающийся с земной поверхностью, обменивается с ней теплом вследствие молекулярной теплопроводности. Но внутри атмосферы действует другая, более эффективная передача тепла - путем турбулентной теплопроводности. Перемешивание воздуха в процессе турбулентности способствует очень быстрой передаче тепла из одних слоев атмосферы в другие. Турбулентная теплопроводность увеличивает и передачу тепла от земной поверхности в воздух или обратно. Если, например, происходит охлаждение воздуха от земной поверхности, то путем турбулентности непрерывно доставляется на место охладившегося воздуха более теплый воздух из вышележащих слоев. Это поддерживает разность температур между воздухом и поверхностью и, стало быть, поддерживает процесс передачи тепла от воздуха к поверхности. изменения температуры, связанные с адвекцией - притоком в данное место новых воздушных масс из других частей земного шара, называют адвективными. Если в данное место притекает воздух с более высокой температурой, говорят об адвекции тепла, если с более низкой, - об адвекции холода.

Общее изменение температуры в зафиксированной географической точке, зависящее и от индивидуальных изменений состояния воздуха, и от адвекции, называют локальным (местным) изменением.