Температура воздуха и причины ее изменения

Температура воздуха: основные сведения

Что такое температура воздуха?

 Солнечные лучи, падая на земную поверхность, нагревают её неравномерно, так как достигают поверхности под разными углами. Воздух сам по себе не нагревается от солнечного света. Земная поверхность, поглощая солнечную энергию, передаёт тепло прилегающим слоям воздуха. Тёплый воздух становится легче и поднимается вверх, где перемешивается с холодными потоками, одновременно теряя часть своей тепловой энергии. С увеличением высоты температура воздуха постепенно понижается, и на уровне 10 километров достигает стабильного значения около -40 градусов.

В стратосфере наблюдается обратное явление: температура начинает расти по мере высоты. Этот процесс получил название температурной инверсии.

Как температура воздуха зависит от географической широты? Температура воздуха уменьшается от экватора к полюсам так как наибольшее нагревание поверхности Земли происходит в областях, где солнечные лучи падают под прямым углом. Такой эффект характерен для районов экватора. Напротив, минимальное количество тепла получают полярные и приполярные зоны, поскольку здесь солнечные лучи падают под острым углом, скользят по поверхности и частично рассеиваются в атмосфере. Таким образом, температура воздуха уменьшается от экватора к полюсам планеты.

Ключевую роль в распределении тепла играют наклон земной оси по отношению к плоскости орбиты и сезонные изменения. Эти факторы приводят к неравномерному нагреванию Северного и Южного полушарий. Температура воздуха непостоянна и изменяется в течение суток в любой точке планеты. На климатических картах показатели температуры обозначаются специальными линиями, называемыми изотермами.

 Тепловые пояса и факторы влияния на температуру воздуха

На основе изотерм можно выделить тепловые пояса, которые охватывают планету от экватора до полюсов. К ним относятся:

• экваториальный (жаркий) пояс;
• два умеренных пояса;
• два холодных пояса.

Основные факторы, влияющие на температуру воздуха:

1. географическая широта местности;
2. перемещение тепла из низких широт в высокие;
3. соотношение материков и океанов;
4. присутствие горных хребтов;
5. океанические течения.

Изменение температуры в течение суток

Температура воздуха постоянно изменяется в течение суток. Днем суша быстро нагревается, передавая тепло воздуху, а ночью столь же стремительно остывает, что приводит к охлаждению окружающего воздуха. В какое время суток температура воздуха достигает максимума? Поэтому самая прохладная температура наблюдается перед рассветом, а наиболее теплая — в период после полудня.

Постоянные изменения в распределении температуры воздуха в атмосфере обозначаются как тепловой режим атмосферы.

Обмен теплом, массой и движением между слоями атмосферы и поверхностью Земли осуществляется следующими путями:

1. Радиационный путь – это поглощение солнечной радиации атмосферным воздухом.
2. Путь теплопроводности – передача тепла через прямой контакт слоев воздуха.
3. Передача тепла через испарение, конденсацию и кристаллизацию водяного пара.

Даже на одной широте температура воздуха не является постоянной. Исключение составляет лишь жаркий, или экваториальный, пояс, где суточные колебания температуры практически отсутствуют, а значения дневной и ночной температуры совпадают. На побережьях крупных водоемов суточная разница температур минимальна, но в пустынных районах она может достигать 50–60 градусов.

В умеренных широтах пик солнечного излучения приходится на летнее солнцестояние: в Северном полушарии это июль, а в Южном — январь. Такой максимум обусловлен не только интенсивностью солнечных лучей, но и тем, что поверхность планеты к этому времени успевает накопить большое количество тепловой энергии.

Средние широты Земли отличаются выраженными годовыми амплитудами температуры воздуха. Каждая местность характеризуется как средними, так и абсолютными значениями температуры. Например, самым жарким местом на планете считается Ливийская пустыня, где была зафиксирована абсолютная максимальная температура +58°C. В то же время самой холодной точкой стала российская станция «Восток» в Антарктиде с температурой −89,2°C.

Средние температуры, такие как среднесуточные, среднемесячные и среднегодовые, рассчитываются как среднеарифметические значения данных термометра. Известно, что в пределах тропосферы температура с высотой обычно понижается, но её распределение может варьироваться: повышаться, снижаться или оставаться постоянной.

Вертикальный градиент температуры (ВГТ) помогает понять, как распределяется температура воздуха с высотой. Это значение зависит от времени года, времени суток, погодных условий. Например, ветер влияет на перемешивание воздуха, выравнивая температуру на разных высотах, что приводит к уменьшению ВГТ. Наоборот, влажная почва увеличивает ВГТ, тогда как густо засаженные территории имеют другой температурный режим.

Знак ВГТ определяет, как изменяется температура с высотой. Если знак отрицательный, то температура с высотой понижается. Если знак положительный, температура увеличивается с удалением от поверхности. Такое явление, когда ВГТ = 0 или температура растёт, называется инверсией.

Типы инверсий:

1. Радиационные — возникают при охлаждении земной поверхности.
2. Адвективные — образуются при перемещении тёплого воздуха на холодные участки.

Суточный и годовой ход температуры

Суточный и годовой ход температуры воздуха в приземном слое атмосферы определяют на основании температуры на высоте 2 метра.

 На суше такая температура выше, чем над океаном: с постепенным уменьшением при движении в высокие широты.

Годовой ход температуры воздуха – это изменение среднемесячной температуры в течение года.

Годовые изотермы отражают распределение радиационного баланса в течение года и имеют субширотное простирание. В разных географических зонах в зависимости от широты места годовой ход температуры различается. На основании средней многолетней амплитуды и времени наступления экстремальных температур выделяют четыре типа годового хода температуры:

1. Экваториальный тип — характерен двумя максимумами и двумя минимумами.
2. Тропический тип — максимум и минимум температуры наблюдаются после солнцестояний.
3. Умеренный тип — максимум и минимум также фиксируются после солнцестояний.
4. Полярный тип — минимальные температуры совпадают с периодом полярной ночи.

Почему температура воздуха с высотой уменьшается? Высота местности над уровнем океана также оказывает влияние на годовой ход температуры. С увеличением высоты амплитуда температур уменьшается. Для точного наблюдения и анализа специалисты фиксируют показатели температуры на метеорологических станциях.