Температура атмосферного воздуха

Что означает температура воздуха

Когда мы хотим дать характеристику погоде, то в первую очередь обращаем внимание именно на этот показатель. 

Чтобы правильно измерить, насколько прогрелся воздух, прибор для измерения температуры устанавливают вдалеке от предметов (в том числе от почвы), которые могут исказить его показания. Кроме того, сам прибор должен находиться в тени, так как под лучами солнца он начнет нагреваться, и полученная информация не будет соответствовать действительности.

Самые точные данные о том, насколько прогрелся воздух, и прогнозы об изменении температуры на ближайшее время поступают с метеорологических станций и из космоса с помощью спутников.

От того, какая температура воздуха свойственна в разное время года тому или иному региону, зависит образ жизни местного населения.

Если говорить о нашей планете в целом, то атмосферная температура колеблется в весьма значительных пределах. За последнюю сотню лет ее абсолютный минимум наблюдался в Антарктиде в 1983 году — приборы зафиксировали −93,2 °C. В России самым холодным местом считается село Оймякон в Якутии. Холоднее всего за там было около ста лет назад, в 1924 году — температура опустилась до −71,2 °C.

Абсолютного максимума температура воздуха достигала в 1913 году на территории США, в Долине Смерти. Ее значение составило +56,7 °C. В некоторых источниках можно увидеть информацию о показателе температуры в +58,2 °C, которая будто бы наблюдалась в пустыне Ливии в 1922 году. Но спустя сто лет обнаружилось, что в измерения закралась ошибка, и данные сведения признаны ошибочными.

В России тепловым рекордом считается достижение температурного параметра +45,4 °C — он был зафиксирован в 2010 году в одном из поселков республики Калмыкии. 

От чего зависит

На температуру в первую очередь оказывает влияние тепловой обмен, происходящий между слоями атмосферы и земной оболочкой (сушей, водной поверхностью). Соответственно, чем сильнее нагревается оболочка Земли, тем больше тепла она будет отдавать в воздух.

От чего же зависит нагрев земной оболочки? На первое место следует поставить зависимость от угла между земной поверхностью и падающими на нее солнечными лучами. Этот фактор оказывает прямое влияние — чем выше Солнце по отношению к земному покрытию, тем сильнее оно нагревается. В районе экватора, где угол между земной поверхностью и падающими на нее солнечными лучами составляет 90°, можно наблюдать самую высокую температуру.

И наоборот — чем ближе к полюсу, тем меньше становится угол между солнечными лучами и поверхностью. Поэтому температуре воздуха свойственно уменьшаться с увеличением широтности (удаленностью от нулевой широты в сторону северного или южного полюса).

 

Источник: infourok.ru

Поскольку наша планета вращается вокруг собственной оси, то положение солнца относительно земной поверхности меняется в течение суток, а вместе с ним меняется и интенсивность прогревания поверхности Земли. Выше всего над головой Солнце находится в полдень и максимально нагревает земную оболочку.

В процессе теплового обмена от земной поверхности постепенно прогревается и воздух, температурного максимума он достигает в районе четырнадцати или пятнадцати часов, после чего начинает охлаждаться из-за остывания земной оболочки, и находится на минимуме до появления первых утренних лучей солнца.

А для жителей Южного полушария июль — самый холодный месяц в году. Зато январь для них — середина лета, поэтому он — самый жаркий месяц. Тогда как для проживающих в Северном полушарии январь принято считать самым холодным зимним месяцем, так как в это время Солнце находится в самом низком положении относительно горизонта.

В то же время из-за более медленного (по сравнению с сушей) нагревания и остывания воды показатели атмосферной температуры в районе Мирового океана сдвинуты примерно на 30 дней. Пиковыми месяцами на данной территории считаются август и февраль.

Также существует обратная зависимость между температурой и фактором удаленности точки измерения t° относительно уровня моря. Чем дальше по отношению к уровню моря (и поверхности Земли) она находится, тем меньше градусов покажет температурный датчик. 

На каждые тысячу метров она снижается на шесть градусов. Чем выше забираешься в гору, тем становится холоднее (особенно заметно это ночью) по сравнению с температурой у подножия горы.

 

Источник: ppt-online.org

Кроме того, нагрев земной поверхности зависит от ее типа. Уровень и скорость прогревания воды намного меньше, чем у суши. Травянистый луг прогревается медленнее, чем песок на пляже. Находящаяся в тени поверхность также будет нагреваться слабее. 

А зимой из-за снежного покрова земная оболочка практически не нагревается от солнечных лучей, потому что лучи по закону физики отражаются от белоснежного покрытия.

 

Источник: ppt-online.org

Отсюда можно логически заключить, что летом в районе песчаного пляжа воздух будет горячее, чем над менее прогретым водоемом или над берегом, заросшим растительностью.

Соответственно, близость океана или моря обеспечивает в теплое время года более прохладную погоду, чем вдали от них, а в холодное время года — более теплую, чем в районах с континентальным климатом.

Следует также учитывать, что на показатели атмосферной температуры (помимо нагрева поверхности солнечной радиацией) оказывают влияние и воздушные массы. Воздух, который пришел со стороны более теплых районов, принесет потепление, а со стороны более холодных — похолодание.

В чем измеряется

Во всем мире общепринятыми считаются две системы измерения температур воздуха. Наибольшее распространение получила шкала для измерения температур, предложенная астрономом и метеорологом из Швеции Андерсом Цельсием, жившем в первой половине XVIII века. По его имени она была названа шкалой Цельсия.

Изначально предложенная им шкала была «перевернутой» по отношению к современной. Цельсий предложил принять за 0 градусов температуру, при которой кипит вода. При этом t° тройной точки воды соответствовала отметке в 100 градусов.

 

Источник: wikimedia.org

Цельсий прожил до 1744 года. А уже в следующем году шведский естествоиспытатель Карл Линней перевернул шкалу Цельсия, и она приняла привычный для нас вид. В ней отметке 100 °C стала соответствовать температура, при которой кипит вода. А «нулем» стали обозначать t° тройной точки воды (для простоты ее называют температурой таяния льда).

Следующее место в ранге популярности занимает шкала Кельвина. Согласно ей таяние льда происходит при t = 273,15 °K. Чтобы быть абсолютно точными, добавим, что t° тройной точки воды в этой системе измерений равняется 273,16 °K. 

А в качестве начала отсчета (0 °K) взят показатель, когда молекулы, из которых состоит вещество, останавливают свое движение, то есть при t = −273,15 °C.

Из этих соотношений видно, что перевести показания температур из одной системы в другую не составляет труда. Градуируются шкалы одинаково: градус Цельсия равен градусу Кельвина. 

Изобрел эту шкалу физик из Германии Габриэль Фаренгейт, чьи годы жизни пришлись на немного более ранний период, чем у Цельсия. Согласно данной шкале лед будет таять при температуре в 32 °F = 0 °C, а при закипании воды термометр достигнет отметки 212 °F = 100 °C.

Здесь перевод в градусы по Фаренгейту из привычных градусов Цельсия более сложный. Если шкалы Цельсия и Кельвина между двумя критическими точками разбиты на одинаковые 100 делений, то шкала Фаренгейта этот же промежуток разбивает на 180 делений.

Прибор, который показывает температуру (в том числе воздуха), называют термометром. Самые точные показания дают ртутные и спиртовые. Их действие основано на физическом эффекте изменения объема вещества под влиянием колебаний температуры. При нагревании ртуть или спирт увеличиваются в объеме, и столбик термометра поднимается. Когда температура окружающей среды понижается, вещество уменьшается в объеме, и столбик опускается вниз.

В качестве уличных термометров принято использовать спиртовые, так как ртуть замерзает при t = −38,83 °C, в то время как спирт — только при t = −114,1 °C.

 

Источник: radiosfera.net

Показатели средних значений и амплитуды температур

На метеостанциях показания температуры снимают четыре раза за сутки с интервалом шесть часов, начиная с 1 часа ночи. Это считается самым оптимальным вариантом замеров, чтобы на их основании вычислить среднесуточную температуру путем подсчета среднего арифметического. 

В зависимости от того, каким получился данный показатель, говорят о климате и принадлежности к той или иной климатической зоне.

Схожим образом рассчитывают среднемесячную и среднегодовую температуру. Для расчета среднемесячной суммируют среднесуточные температуры каждого дня и делят на количество дней в месяце. Подсчет среднегодовой ведется суммированием среднемесячных температур и делением на двенадцать.

Один из видов температурных показателей — амплитуда, то есть разброс ее значений от минимума до максимума. Амплитуда бывает:

• суточная;
• месячная;
• годовая.

А измеряют ее для каждого региона в отдельности, получая необходимые для метеорологической науки статистические данные.

Для российских регионов наибольший суточный разброс температур наблюдается в ясную погоду в весенний и летний сезон, когда солнечные лучи достаточно хорошо прогревают днем нижние атмосферные слои, а ночью воздух охлаждается за счет теплообмена с земной поверхностью.

Сильный разброс суточных значений температуры происходит в сухом пустынном и полупустынном климате. А наименьшая разница между ними характерна для влажного климата, присущего местностям, расположенным вблизи водоемов и с обилием зеленых насаждений.

Суточный ход температуры

Изменения температуры подстилающей поверхности происходят быстрее, чем аналогичные изменения в атмосфере с разницей примерно в пятнадцать минут. Амплитудные значения находятся на минимуме перед началом рассвета, то есть между четырьмя и шестью часами утра.

С восходом солнца лучи начинают нагревать воздух и подстилающую поверхность. Амплитудные значения достигают максимума в четырнадцать часов и держатся до шестнадцати, пока солнце не начнет понемногу садиться.

Наблюдения за суточными изменениями температуры позволяют сделать вывод, что на наибольшие колебания присущи полярным и умеренным широтам, а наименьшие — близким к экватору.

Суточный ход температур принято отражать на графике. Для наиболее точного его построения приходится совершать большое количество наблюдений. В тех широтах, где существуют полярная ночь (солнце не восходит) и полярный день (когда оно не заходит вовсе), длящиеся на протяжении нескольких недель, измерений суточной температуры не производят. 

Сами же температурные графики изображают в виде плавных кривых.

 

Источник: big-archive.ru

Годовой ход температуры и ее ежемесячные изменения

На графике выше представлен помимо суточного (вверху) и годовой ход температуры (внизу). 

Если посмотреть на график годовых изменений t°, то становится понятно, что строится он на основании среднемесячных показателей. 

В этом случае минимальные значения амплитуды приходятся на самый холодный месяц (ориентируются на средние показатели за месяц, а не на температуру самого холодного дня в этом месяце). А максимальные — на самый теплый месяц в соответствии с его среднемесячным показателем.

Принято делить виды климата на «континентальный» и «морской». В первом случае регион удален от морского и океанского побережья. Во втором — находится близко к тому или другому. 

Для континентального климата свойственны большие годовые колебания амплитуды (зимой холодно, а летом жарко). Для морского же годовые изменения в показаниях температуры не так значительны. Это связано с разными свойствами воды и суши.

Моря и океаны летом нагреваются медленнее, чем суша. Поэтому они не могут отдавать атмосфере так много тепла летом. Зимой же они остывают медленнее суши, и тепла из воздуха забирают при теплообменных процессах меньше.

Высота над уровнем моря тоже влияет на теплообменные процессы. С набором высоты амплитудные колебания, наблюдаемые в течение года, становятся меньше.

Годовые колебания температур принято классифицировать на четыре вида в соответствии с климатическими поясами.

Для полярного климатического пояса температурные показатели достигают максимума во время полярного дня, когда Солнце не опускается за линию горизонта на протяжении двадцати четырех часов. Самую же маленькую величину амплитуда показывает в конце длинной полярной ночи, перед первым за долгое время восходом солнца.

В умеренном поясе температурный максимум наступает через месяц после летнего солнцестояния, а температурный минимум — спустя месяц после зимнего солнцестояния. 

Тропический климатический пояс дает небольшие амплитудные годовые колебания (от одного до пятнадцати градусов). У берегов морей и океанов изменения температур могут происходить в пределах всего пяти градусов. Периодами максимума и минимума в зависимости от полушария считаются даты, на которые приходятся астрономические явления солнцестояния.

В экваториальном поясе колебания амплитуды еще менее заметны. Минимальные и максимальные годовые значения температур находятся близко друг к другу. Если над материковой частью еще можно местами наблюдать колебания в пределах десяти градусов, то над океанской частью разница составляет всего один градус.