Температура воздуха

Почему воздух не нагревается непосредственно от падения прямых солнеч­ных лучей? В чем причина понижения температуры с увеличением высоты? Как нагревается воздух над сушей и водной поверхностью?

1. Нагревание воздуха от земной поверхности. Главный источ­ник тепла на Земле - Солнце. Однако солнечные лучи, проникая че­рез воздух, не нагревают его непосредственно. Солнечные лучи сначала нагревают поверхность Земли, а затем тепло распространяется на воздух. Поэтому нижние слои атмосферы, близкие к поверхности Земли, нагреваются больше, но чем выше находится слой, тем силь­нее температура понижается. Из-за этого в слое тропосферы темпе­ратура ниже. На каждые 100 м высоты температура понижается в среднем на 0,6°С.

2. Суточное изменение температуры воздуха. Температура воз­духа над земной поверхностью не остается постоянной, она изменя­ется в течение времени (суток, года).
Суточное изменение температуры зависит от вращения Земли во­круг оси и соответственно от изменения количества солнечного теп­ла. В полдень Солнце находится прямо над головой, после полудня и вечером Солнце находится ниже, а ночью заходит за горизонт и исчезает. Поэтому температура воздуха повышается или понижа­ется в зависимости от расположения Солнца на небе.
Ночью, когда солнечное тепло не поступает, поверхность Земли постепенно охлаждается. Также и нижние слои воздуха охлажда­ются до восхода Солнца. Так, самая низкая суточная температура воздуха соответствует времени перед восходом Солнца.
После восхода, чем выше Солнце поднимается над горизонтом, тем больше поверхность Земли нагревается и соответственно этому повышается температура воздуха.
После полудня количество солнечного тепла постепенно понижа­ется. Но температура воздуха продолжает повышаться, так как вме­сто солнечного тепла, воздух продолжает получать тепло, распрост­раняющееся от поверхности Земли.
Поэтому самая высокая суточная температура воздуха бывает через 2-3 часа после полудня. После этого температура постепенно понижается до следующего восхода Солнца.
Разность между самой высокой и самой низкой температурой в течение суток называют суточной амплитудой температуры возду­ха (по-латыни амплитуда - величина).
Чтобы сказанное было понятно, приведем 2 примера.
Пример 1. Самая высокая суточная температура +30°С, самая низкая +20° С. Амплитуда 10° С.
Пример 2. Самая высокая суточная температура +10°С, самая низкая -10° С. Амплитуда 20° С.
Суточное изменение температуры в различных местах земного шара разное. Эта разность особенно заметна над сушей и водой. По­верхность суши нагревается в 2 раза быстрее, чем водная поверхность. Нагреваясь, верхний слой воды опускается вниз, на его мес­то снизу поднимается холодный слой воды и тоже нагревается. В результате постоянного перемещения поверхность воды постепенно нагревается. Так как тепло проникает глубоко в нижние слои, вода поглощает больше тепла, чем суша. И поэтому воздух над сушей быстро нагревается и быстро охлаждается, а над водой постепенно нагревается и постепенно охлаждается.
Суточное колебание температуры воздуха летом намного боль­ше, чем зимой. Величина амплитуды суточной температуры умень­шается с переходом от нижних широт к верхним. Также облака в пасмурные дни не дают сильно нагреваться и сильно охлаждаться поверхности Земли, то есть уменьшают амплитуду температуры.

3. Среднесуточная и среднемесячная температура. На метеостан­циях температуру измеряют 4 раза в течение суток. Результаты сред­ней суточной температуры суммируют, полученные величины делят на количество измерений. Температуры выше 0°С (+) и ниже (-) сум­мируют по отдельности. Затем от большего числа вычитают мень­шее и полученную величину делят на количество наблюдений. А пе­ред результатом ставится знак (+ или -) большего числа.
Например, результаты измерений температуры 20 апреля: вре­мя 1 ч, температура +5°С, 7 ч -2°С, 13 ч +10°С, 19 ч +9°С.
В сумме за сутки 5°С - 2°С + 10°С + 9°С. Средняя температура в течение суток +22°С : 4 = +5,5°С.
Из среднесуточной температуры определяют среднемесячную температуру. Для этого суммируют среднесуточную ежедневную температуру за месяц и делят на число дней в месяце. Например, сумма среднесуточной температуры за сентябрь равна +210°С: 30=+7°С.

4.Годовое изменение температуры воздуха. Средняя многолет­няя температура воздуха. Изменение температуры воздуха в тече­ние года зависит от положения Земли на орбите при вращении во­круг Солнца. (Вспомните о причинах смены времен года.)
Летом земная поверхность хорошо нагревается из-за прямого па­дения солнечных лучей. Кроме того, дни становятся длиннее. В се­верном полушарии самый теплый месяц - июль, самый холодный месяц - январь. В южном полушарии наоборот. (Почему?) Разность между средней температурой самого теплого месяца в году и самого холодного называют средней годовой амплитудой температуры воздуха.
Средняя температура любого месяца из года в год может меняться. Поэтому необходимо брать среднюю температуру за много лет. При этом сумма средних месячных температур делится на число лет. Тогда получим многолетнюю среднемесячную температуру воздуха.
На основании многолетних среднемесячных тем­ператур вычисляют среднюю годовую температуру. Для этого сумму средних месячных температур делят на число ме­сяцев.
Пример. Сумма положительных (+) температур +90°С. Сумма от­рицательных (-) температур -45° С. Отсюда средняя годовая тем­пература (+90°С - 45°С) : 12 - +3,8°С.

5. Измерение температуры воздуха. Температуру воздуха из­меряют с помощью термометра. При этом на термометр не должны попадать прямые солнечные лучи. Иначе он, нагреваясь, будет по­казывать температуру своего стекла и температуру ртути вместо температуры воздуха.

 В этом можно убедиться, поставив рядом несколько термометров. Через не­которое время каждый из них, в зависимости от качества стекла и своего разме­ра, будет показывать разную температуру. Поэтому в обязательном порядке температура воздуха должна измеряться в тени. 

На метеостанциях термометр помещается в метеорологическую будку с жалюзи (рис. 53.). Жалюзи создают условия для свободного проникания воздуха к термометру. Туда не попадают солнечные лучи. Дверца будки обязательно должна открываться на северную сторону. (Почему?)

                       
Рис. 53. Будка для термометра на метеостанциях.

1. Температура над уровнем моря +24°С. Какова будет температура на высоте 3 км?

2. Почему самая низкая температура в течение суток приходится не на середину ночи, а на время перед восходом Солнца?

3. Что называется суточной амплитудой температуры? Приведите примеры амплитуды температуры с оди­наковыми (только положительными или только отрицательными) значениями и смешанными значениями температур.

4. Почему значения амплитуды температуры воздуха над сушей и водой сильно отличаются?

5. Из приведенных ниже значений рассчитайте среднюю суточную температуру: температура воздуха в 1 ч - (-4°С), в 7 ч — (-5°С), в 13 ч — (-4°С), в 19 ч - ( -0°С).

6. Вычислите среднюю годовую температуру и годовую амплитуду.

7. По своим наблюдениям вычислите среднюю суточную и месячную температуры.