Чем выше температура воздуха
Как меняется температура с высотой? Сейчас разберемся…
Дело в том, что иногда при увеличении высоты температура не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Это явление называется температурной инверсией. Оно часто происходит ясными безветренными ночами, когда поверхность Земли интенсивно излучает тепло и охлаждается, заодно охлаждая и приземный слой воздуха. Днем инверсия обычно исчезает, однако зимой в умеренных и полярных широтах приземный слой холодного воздуха может не успеть прогреться за короткий световой день, в результате чего инверсия сохраняется в течение нескольких суток.
Инверсию можно наглядно видеть, наблюдая за дымом из трубы. Обычно в безветренную погоду дым поднимается вертикально (так как он, хотя и остывает в процессе подъема, всегда остается теплее, а значит, легче окружающего воздуха, температура которого тоже уменьшается с высотой) и постепенно рассеивается. В случае же инверсии дым, поднимаясь через приземный слой холодного воздуха, охлаждается до такой степени,что становится холоднее, а следовательно, и тяжелее, вышележащего слоя. В результате дым перестает подниматься и начинает распространяться горизонтально. Если же в одном месте много источников дыма и прочих выбросов – например, дело происходит в городе, в котором много заводов и автомобилей, – то все загрязняющие вещества накапливаются в приземном холодном слое, что создает серьезные проблемы с качеством воздуха. Такая ситуация часто складывается, например, в Красноярске, где это явление даже имеет особое название – «черное небо».
Впрочем, основное правило всё же таково: чем выше мы находимся, тем холоднее вокруг. И тут можно решить, что при подъеме в горы климат будет меняться так же, как если бы мы двигались к полюсам (в нашем полушарии – в сторону севера). Однако, если бы мы действительно шли от экватора к полюсу, климат обретал бы всё более выраженную сезонность – чем дальше на север тем больше становится разница между летом и зимой. В горах же, хоть и холодает с высотой, но колебания температур как бы повторяют те, что царят у подножия гор. К примеру, в Экваториальных Андах на высоте 2,5-3 км круглый год стоит температура +13- +15 °С, примерно как в Москве во второй половине мая. Наверное, тебе покажется, что жить без зимы и без лета немного скучновато, но, согласись, что такой климат лучше, чем вечные +26…+28 °С у подножия. (Конечно, для пляжа это идеальная погода, но ведь и в школу тоже ходить придется!) Возможно, именно поэтому столицы Колумбии и Эквадора – стран, в которых расположены Экваториальные Анды, – и находятся в поясе «вечной весны».
А что же на других планетах? Космонавт, решивший заняться там альпинизмом, увидит всё ту же картину – чем выше в горы, тем холоднее. Правда, например на Марсе температура уменьшается в среднем на 2,5 °С на каждый километр высоты, то есть не так сильно, как у нас на Земле. Это объясняется тем, что марсианская атмосфера менее прозрачна, в ней всегда много пыли, поэтому солнечное тепло лучше прогревает газовую оболочку Марса. Однако для штурма высочайшей горы Марса, Олимпа, придется утеплиться: ее высота – 26 км, а значит, на вершине должно быть на 65 °С холоднее, чем внизу.
Становится холоднее при движении вверх и на Венере. Если у поверхности там царит просто адская жара – около +470 °С, то на высоте 50-55 км температура опускается до вполне комфортных +20 °С. Кстати, и атмосферное давление на этой высоте почти равно земному. Может быть, в будущем можно устроить там города, висящие на огромных дирижаблях? Но есть маленькая проблема: атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа, и там бывает дождливо, при этом из туч льется не вода, а… концентрированная серная кислота.
Температура воздуха
За счет чего нагревается воздух
Еще из уроков природоведения мы знаем, что прозрачные объекты пропускают через себя солнечные лучи, не нагреваясь. Проверить это достаточно легко. Когда солнце светит в окно, то очень скоро место на столе (или другом предмете), куда попадает солнце, нагревается, но если приложить руку к стеклу, через которое проходят солнечные лучи, то стекло будет прохладным. Как же тогда нагревается воздух, если он прозрачный и пропускает солнечные лучи сквозь себя, не нагреваясь?
Солнце прогревает земную поверхность, которая нагреваясь, отдает тепло воздуху. Именно этим объясняется тот факт, что чем дальше от земли, тем температура воздуха становится холоднее. Точного значения изменения этого показателя нет, но с каждым 1 км воздух холоднее примерно на 6 градусов.
Теперь, зная как прогревается воздух, легко объяснить почему суша и вода прогреваются неравномерно. Суша нагревается очень быстро, а значит быстрее и больше отдает тепла воздуху. Прогревание воды происходит гораздо медленнее, а значит и отдача тепла тоже снижена. Именно поэтому в жаркий день песок на пляже буквально раскален, а вода прохладная.
Суточный ход температур
Суточный ход температуры позволяет отслеживать какое время в сутках является наиболее холодным, а какое наиболее теплым. Есть несколько факторов, которые первостепенно влияют на этот показатель:
Все эти факторы важны, но ключевым является угол падения солнечных лучей на землю. Чем более отвесно падают лучи, те поверхность нагревается сильнее. Соответственно, чем угол наклона меньше, тем поверхность нагревается слабее. Этим объясняется и тот факт, что, например, утром земля нагревается не так интенсивно, как днём.
Амплитуда температуры
Одним из важнейших метеорологических показателей при исследовании температуры воздуха является амплитуда. В простейшем смысле амплитуда представляет собой разницу между самой высокой и самой низкой суточной температурой воздуха. Максимальная температура замеряется в 14:00 дня, а минимальная в 6:00 утра. Связанно это с тем, о чем мы говорили выше.
В приведённом примере очевидно, что амплитуда суточной температуры воздуха составляет на третьем рисунке 18 градусов.
Среднесуточная температура
Выше уже отмечалось, что на метеорологических станциях температура воздуха измеряется 8 раз в сутки. Поэтому сравнение различных дней по температуре воздуха между собой достаточно трудоемкий процесс. Чтобы упростить, в географии используются такое понять как средняя температура воздуха. Простейшие выражение заключается в определении среднесуточной температурой воздуха. В основе определения этого показателя лежит простое арифметическое среднее. Расчеты производятся на основании входных параметров, которые могут быть двух типов:
Если большую сумму дают показатели выше нуля, то конечная среднесуточная температура воздуха будет положительной. Если большую сумму дают показатели ниже нуля, только конечный результат будет отрицательным.
Аналогичным образом происходит измерение среднемесячной и среднегодовой температуры воздуха.
Как происходит измерение
Каждый из нас знает, что для определения температуры воздуха используют термометр. Это, наверное, один из самых распространённых метеорологических приборов, который используется активно в повседневной жизни. При работе с этим прибором очень важно правильно определить место его установки, поскольку в противном случае прибор будет определять не температуру воздуха, а показывать насколько прогрелся сам прибор. Правильная установка термометров прослеживается по тому, как они устанавливаются на метеорологических станциях. Там для этого используются специальные будки, которые устанавливаются на высоте 2м от земли.
Эти будки являются неотложными, выполнены из дерева и продуваются со всех сторон. В результате воздух может проникать свободно со всех сторон.
| Тип | Количество сезонов | MAX температуры | MIN температуры |
|---|---|---|---|
| Экваториальный | 1 | положит. | положит. |
| Тропический | 1 | положит. | положит. |
| Умеренный | 4 | положит. | отрицат. |
| Полярный | 1 | отрицат. | отрицат. |
Годовое изменение температуры воздуха на прямую зависит от географического положения региона. Например, если мы говорим о странах с экваториальным климатом, то здесь наблюдается одно время, а колебание амплитуды температуры воздуха незначительная. Тоже самое можно говорить и про полярные области, однако, здесь будет не тепло, а холодно. Если рассматривать амплитуду колебания температуры, то, например, на экваторе для большинства регионов она не превышает 2 градусов. Для умеренных широт Северного полушария, к которым относится в том числе наша страна, амплитуда будет составлять порядка 28-30 градусов. Также большое влияние оказывают ветры, морские течения, рельеф местности и так далее. Все эти факторы в совокупности формируют климат, которые в том числе выражается и температуре воздуха. В результате многолетних наблюдений за температурой воздуха в каждом регионе, мы понимаем, какая примерно погода будет в тот или иной месяц.
Определение термина и общие сведения
Показателем степени нагревания воздуха является его температура. Характер ее изменения и распределения в слоях атмосферы называется тепловым режимом. Основной фактор, определяющий его параметры, — теплообмен между разными слоями атмосферы и окружающей средой. Верхние слои нагреваются за счет солнечной радиации довольно слабо. Основным источником повышения температуры приповерхностных воздушных слоев служит тепло, получаемое при попадании солнечных лучей в литосферу и гидросферу.
Влияние широты
В разных широтах воздушные массы нагреваются неодинаково. Значение температуры определяется углом падения солнечных лучей на земную поверхность в исследуемой зоне. Чем более отвесно они падают, тем сильней прогревают нижние слои атмосферы. Как температура воздуха зависит от географической широты:
Таким образом, чем выше широта, тем ниже температура. Угол падения солнечных лучей в определенной местности можно найти так: отнять от 90° значение широты, на которой она расположена. Температурный режим зависит от расстояния между точкой измерения и уровнем моря. Поэтому верно утверждение: с высотой температура воздуха изменяется, уменьшаясь на один градус при подъеме на один километр. Эта взаимосвязь определяется двумя причинами:
Земля вращается вокруг Солнца, поэтому в течение разных промежутков времени (сутки, месяц, год) ее поверхность освещается под разными углами. Помимо солнечной радиации, большое влияние на температурные значения оказывает география перемещений воздушных масс. Например, от холодного арктического воздуха температура будет понижаться, а от теплого с Гольфстрима — повышаться.
Подстилающая поверхность
Важным фактором при понимании, от чего зависит температура воздуха, является понятие подстилающей поверхности. Это один из внутренних климатообразующих факторов, включающий в себя соотношение океана и суши на местности, ее рельеф, структуру деятельного слоя климатической зоны. Он влияет на эффективность излучения с поверхности и количество тепла, затраченного на испарение.
Кроме того, вид поверхности играет важную роль в формировании и перемещении воздушных масс. Температура воздуха изменяется неодинаково над водной поверхностью и над сушей.
Способы и единицы измерения
Единица измерения температуры в СИ (общепринятая международная система единиц измерения) — Кельвин. Начало шкалы Кельвина совпадает с абсолютным нулем — точкой прекращения всех термодинамических процессов, которая считается недостижимой. Замерзание воды по этой шкале начинается при +273°К.
Самое широкое распространение получили температурные измерения по шкале Цельсия. Отсчетными точками для нее были взяты температуры таяния льда (0 °C) и кипения воды (100 °C). В США чаще всего пользуются шкалой Фаренгейта. Нормальная температура человеческого тела соответствует по ней 96°F, а «огненным» значением, необходимым для возгорания бумаги, называется известный роман-антиутопия Рэя Бредбери «251 градус по Фаренгейту».
Измеряться температурные данные могут разного типа термометрами. Для бытовых измерений используются жидкостные стеклянные термометры, в которых рабочей жидкостью может быть спирт или ртуть. Для точных метеорологических измерений термометр помещается в специальную будку, расположенную на высоте двух метров над землей. Прибор обязательно должен находиться в тени, иначе он будет измерять температуру солнечных лучей, а не воздуха.
Для непрерывного измерения и регистрации степени нагрева воздушных масс метеорологами используются термографы, основной элемент которого — биметаллический термометр.
Средние значения и амплитуда температур
Одна из характеристик климата географической точки — среднесуточная температура. Ее можно определить как среднее арифметическое от замеров, сделанных 4 раза за сутки:
Среднегодовая температура является средним арифметическим от суммы температур всех месяцев года. Соответственно, среднемесячная определяется по сумме ежедневных данных за месяц, разделенной на число дней в месяце.
Температурные колебания в каком-либо регионе характеризуются амплитудой температуры, т. е. разницей между самым высоким и самым низким значением, зафиксированным за определенный промежуток времени. Обычно говорят о суточной, месячной или годичной амплитуде.
В России самые большие амплитуды имеют суточные температурные колебания, происходящие в ясную погоду весной и летом.
Амплитуда колебаний зависит от многих факторов. Прежде всего — это температурные изменения на подстилающей поверхности, чем шире их диапазон, тем больше амплитуда температуры воздуха. Она зависит и от облачности: в ясную погоду колебания сильнее, чем в пасмурную. Сезонные показатели длительного воздействия также отличаются — зимой они меньше, чем летом. С увеличением широты амплитуда температуры воздушных масс идет на убыль, поскольку убывает высота, на которую поднимается солнце к полудню.
Суточная амплитуда неодинакова на разных формах рельефа земной поверхности. На склонах и вершинах холмов и гор она меньше, чем на равнинных территориях. Это объясняется тем, что у выпуклых рельефных форм площадь соприкосновения воздуха и подстилающей поверхности меньше, чем у плоских. Кроме того, на них воздушные массы быстро сменяются на новые.
В оврагах и лощинах форма рельефа вогнутая. Здесь происходит более сильный нагрев воздуха от поверхности и застаивание его в дневные часы. Ночью большие массы холодного воздуха стекают по стенкам вниз. Поэтому в таких местах наблюдается повышенная амплитуда температуры. Но в очень узких ущельях, где приток солнечной радиации небольшой, этот показатель даже меньше, чем в широких долинах.
На материковой широте 20—30° суточная амплитуда, взятая в среднем за год, составляет около двенадцати градусов Цельсия. На широте 60° — примерно 6 °C, а на широте 70° — всего 3 °C.
Имеет значение и почвенный покров: в местности, где он густой и обширный, суточный разброс температур небольшой, а в сухом климате пустынь, полупустынь и степей может достигать 30 °C. Расположение климатической зоны вблизи морей и океанов уменьшает амплитуду.
Суточный ход на суше
Изменения температуры воздуха происходят вместе с изменением температуры подстилающей поверхности с задержкой примерно 15 минут. В течение суток самые низкие показания у термометра наблюдаются в 4−6 часов утра. Так происходит потому, что воздушные массы, нагретые за дневные часы, в ночные постепенно остывают.
Пик процесса понижения приходится как раз на время перед восходом Солнца. С раннего утра солнечные лучи начинают постепенно нагревать воздух, успевший остыть за ночь. Днем солнце достигает зенита, согревая не только воздушные массы, но и поверхность земли. Самое большое значение термометр показывает в 14−16 часов.
К этому времени атмосфера начинает получать тепло и от солнечной энергии, и от нагретой подстилающей поверхности, а температурный показатель достигает своего максимального значения. Потом начинается постепенное остывание и земли, и воздуха. Правильные наблюдения за суточным ходом температуры желательно проводить при ясной погоде.
Закономерности суточного хода лучше прослеживаются в средних значениях при большом числе наблюдений. В виде графиков они представляют собой плавные кривые, сходные с синусоидами. В самых высоких широтах солнце не заходит или не восходит неделями, там регулярного суточного хода температуры нет.
Особенности теплообмена над водными поверхностями
Суточные амплитуды над поверхностью морей и океанов больше значений на самой поверхности. Их диапазон колебаний небольшой — в пределах десятых долей градуса. В нижних слоях атмосферы над океанами колебания достигают 1−1,5 °C, над внутренними морями — до 5 °C. Это происходит потому, что днем солнечная радиация поглощается водяным паром в самых нижних слоях воздуха, а ночью от них исходит длинноволновое тепловое излучение.
Отличия условий прогревания воды и суши обусловлены тем, что теплоемкость твердой поверхности в два раза меньше, чем у водной. Одинаковое количество тепла нагревает сушу в два раза быстрее воды. При охлаждении наблюдается обратный процесс. Кроме того, тепло над водными поверхностями расходуется на испарение воды и на прогревание водных масс на значительную глубину. При этом происходит перемешивание воды в вертикальном направлении.
Все это причины того, что в океанах накапливается намного больше тепла, чем на материках. Вода удерживает его долгое время и расходует равномерней суши. Можно утверждать, что температура воздуха над океанами повышается и понижается значительно медленней, чем на суше.
Годовые и ежемесячные изменения
Изменение температурных показателей по месяцам называют годовым ходом температуры и характеризуют годовой амплитудой, т. е. разностью между средней температурой самого теплого месяца и самого холодного.
Климат называется морским, если для него характерны небольшие годовые колебания температуры. Большая амплитуда определяет континентальный климат. Таким образом, климатические изменения происходят не только от экватора к полюсам, но и вдоль широт при удалении от берегов океанов вглубь материков.
На годовой ход оказывают влияние широта и континентальное месторасположение географических зон. Увеличение высоты над уровнем моря приводит к уменьшению температурных колебаний за год. Определение средней многолетней амплитуды и времени наступления минимальной и максимальной температуры позволяет выделить четыре типа годового хода:
Тема изменения температуры очень важна для определения метеорологических условий в каждой из географических зон земной поверхности. Температурная климатическая норма — это среднее значение, вычисленное за тридцатилетний период. При отслеживании погоды для наглядности применяются такие статистические величины, как отклонения от нормы или аномалии за сутки, месяц, сезон или год.
Температура воздуха
Температура воздуха — одно из свойств воздуха в природе, выражающегося количественно.
Содержание
Общая характеристика
Температура воздуха в каждой точке атмосферы непрерывно меняется; в разных местах Земли в одно и то же время она также различна. У земной поверхности температура воздуха варьируется в довольно широких пределах: крайние её значения, наблюдавшиеся до сих пор, +56,7˚ (в США[1][2]) и около −89.4˚ (на материке Антарктида). С высотой температура воздуха меняется в разных слоях и случаях по-разному. В среднем она сначала понижается до высоты 10-15 км, затем растёт до 50-60 км, потом снова падает и т. д.
Относительная шкала
Температура воздуха, а также почвы и воды в большинстве стран выражается в градусах международной температурной шкалы, или шкалы Цельсия (˚С), общепринятой в физических измерениях. Нуль этой шкалы приходится на температуру, при которой тает лёд, а +100˚ — на температуру кипения воды. Однако в США и ряде других стран до сих пор не только в быту, но и в метеорологии используется шкала Фаренгейта (F). В этой шкале интервал между точками таяния льда и кипения воды разделён на 180˚, причём точке таяния льда приписано значение +32˚. Таким образом, величина одного градуса Фаренгейта равна 5/9˚С, а нуль шкалы Фаренгейта приходится на −17.8˚С. Нуль шкалы Цельсия соответствует +32˚F, а +100˚С = +212˚F.
Абсолютная шкала
Кроме того, в теоретической метеорологии применяется абсолютная шкала температур (шкала Кельвина)[K]. Нуль этой шкалы отвечает полному прекращению теплового движения молекул, то есть самой низкой возможной температуре. По шкале Цельсия это будет −273,15∓0.03˚С. Но на практике за абсолютный нуль принимается в точности −273˚С. Величина единицы абсолютной шкалы равна величине градуса шкалы Цельсия. Поэтому нуль шкалы Цельсия соответствует 273 абсолютной шкалы (273К). По абсолютной шкале все температуры положительные, то есть выше абсолютного нуля.
Рекорды температур
Наиболее низкие температуры воздуха у поверхности земли наблюдаются на полюсах планеты. При этом могут подразумеваться либо абсолютные минимумы температуры, либо минимумы средние годовые ее величины.
Связь температуры и влажности
В атмосфере Земли происходят многочисленные погодные явления, которые влияют на живые организмы и формируют планету. Для понимания этих явлений необходимы знания о взаимосвязи между температурой и влажностью.
Температура влияет на влажность, что, в свою очередь, влияет на возможность выпадения осадков. Взаимодействие температуры и влажности также напрямую влияет на здоровье и благополучие человека. Относительная влажность и точка росы, показатели, обычно используемые метеорологами, являются инструментами для понимания этого взаимодействия.
Температура и влажность влияют на погоду на Земле, здоровье и благополучие людей. Изменения температуры воздуха влияют на количество водяного пара, которое может удерживать воздух.
Не только снаружи помещений температура и влажность влияют на человека. Они также важны и внутри. Чтобы обеспечить достойные условия труда заказывайте измерение температуры воздуха и влажности в помещении.
Относительная влажность
Атмосфера Земли содержит воду в виде водяного пара, кристаллов льда или осадков. Относительная влажность представляет собой процентное содержание водяного пара в воздухе, которое изменяется при изменении температуры воздуха.
Например, если полностью насыщенный участок воздуха при постоянном давлении больше не может содержать молекул воды, его относительная влажность равняется 100 процентам. С повышением температуры воздуха в нем может содержаться больше молекул воды, и его относительная влажность снижается. При понижении температуры относительная влажность увеличивается.
Высокая относительная влажность воздуха возникает, когда температура воздуха приближается к значению точки росы. Поэтому температура напрямую связана с количеством влаги, которое может удерживать атмосфера.
Тот факт, что погода и климат влияют на самочувствие работников общеизвестен. Но мало кто знает, что микроклимат в помещении влияет здоровье рабочих. Именно поэтому необходимо измерение микроклимата на предприятии.
Точка росы
Когда относительная влажность достигает 100%, образуется роса. Точка росы относится к температуре, при которой воздух достигает насыщения молекулами воды. Более теплый воздух может содержать больше молекул воды, и по мере того, как теплый воздух охлаждается, он теряет водяной пар в виде конденсата.
Более высокая точка росы означает более высокое содержание влаги в воздухе, что приводит к неудобным условиям влажности с облачным покровом и возможностью выпадения осадков. Сам воздух насыщается, как только точка росы совпадает с температурой воздуха.
Люди находят, что точки росы 55 или ниже намного суше и комфортнее, чем более высокие точки росы. Температура точки росы никогда не превышает температуру воздуха. Самая высокая точка росы зарегистрирована в Саудовской Аравии в 2003 году — 95.
Микроклимат помещения и здоровье
Температура и влажность влияют на уровень комфорта людей, а также на их здоровье. Высокая влажность и жара означают большее количество воды в воздухе.
Режимы работы и отдыха должен учитывать температуру и влажность, чтобы избежать риска для здоровья. Это происходит потому, что человеческий организм полагается на испарение пота, которое приводит к охлаждению. Если воздух одновременно горячий и влажный, организм не может испарять пот столь же эффективно, что может привести к обезвоживанию, перегреву и даже смерти. Как и в засушливых условиях и при высокой температуре, увлажнение становится ключевым фактором.