В августе месяце мы отдыхали на Кавказе у моей однокурсницы Нателлы. Нас угощали вкуснейшим шашлыком и домашним вином. Но больше всего мне запомнилась экскурсия в горы. Внизу было очень тепло, но вверху - просто холодно. Я задумалась о том, почему с высотой температура воздуха понижается. При подъеме на Эльбрус это было очень заметно.

Изменение температуры воздуха с высотой

Пока мы поднимались по горному маршруту, проводник Зураб объяснял нам причины понижения температуры воздуха с высотой.

Воздух в атмосфере нашей планеты находится в поле тяготения. Поэтому его молекулы постоянно перемешиваются. При движении вверх молекулы расширяются, и температура падает, при движении вниз, наоборот, повышается.

Это видно, когда самолет поднимается на высоту, и в салоне сразу становится холодно. Я до сих пор помню свой первый перелет в Крым. Запомнила я его именно благодаря этой разнице температуры внизу и на высоте. Мне казалось, что мы просто висим в холодном воздухе, а внизу карта местности.

Температура воздуха зависит от температуры земной поверхности. Воздух прогревается от нагретой солнцем Земли.

Почему с высотой понижается температура в горах

О том, что в горах холодно и тяжело дышать, знают все. Я это испытала на себе в походе на Эльбрус.

Такие явления имеют несколько причин.

1. В горах воздух разрежен, поэтому плохо прогревается.
2. Лучи солнца попадают на наклонную поверхность горы и прогревают ее гораздо меньше, чем землю на равнине.
3. Белые шапки снега на горных вершинах отражают лучи солнца, и это тоже понижает температуру воздуха.

Куртки нам очень пригодились. В горах, несмотря на август месяц, было холодно. У подножья горы раскинулись зеленые луга, а вверху лежал снег. Местные пастухи и овцы давно приспособились к жизни в горах. Их не смущает холодная температура, а их ловкости передвижения по горным тропинкам можно только позавидовать.

Так наша поездка на Кавказ оказалась еще и познавательной. Мы прекрасно отдохнули и на личном опыте узнали, как с высотой температура воздуха понижается.

9. Поглощение и рассеивание солнечной радиации в атмосфере

10. Суммарная радиация. Распределение суммарной солнечной радиации на земной поверхности. Отраженная и поглощенная радиации. Альбедо.

11. Радиационный баланс земной поверхности. Тепловое излучение земной поверхности.

12. Тепловой баланс атмосферы.

13. Изменение температуры воздуха с высотой.

17. Характеристики влажности воздуха. Суточный и годовой ход парциального давления водяного пара и относительной влажности.

21. …Мгла. Условия образования туманов. Туманы охлаждения и испарения.

22. Образование осадков: конденсация, сублимация и коагуляция. Классификация осадков по агрегатному состоянию и характеру выпадения (ливневые, обложные, моросящие).

23. Типы годового хода осадков.

24. Географическое распределение осадков. Коэффициент увлажнения.

23. Вертикальный барический градиенты. Годовой ход атмосферного давления.

27. Ветер, его скорость и направление. Роза ветров.

28. Силы, действующие на ветер: барический градиент, Кориолиса, трения, центробежная. Геострофический и градиентный ветер.

29. Воздушные массы. Классификация воздушных масс. Фронты в атмосфере. Климатологические фронты.

30. Типы фронтов: теплый, холодный, фронты окклюзии

31. Модель оца: полярное, умеренное, тропическое звено.

32. Географическое распределение атмосферного давления. Центры действия атмосферы: постоянные, сезонные.

33. Циркуляция в тропиках. Пассаты. Внутритропическая зона конвергенции. Тропические циклоны, их возникновение и распространение.

34. Циркуляция внетропических широт. Циклоны и антициклоны, их возникновение, эволюция, перемещение. Погода в циклонах и антициклонах.

35. Муссоны. Тропические и внетропические муссоны.

36. Местные ветра: бризы, горно-долинные, фен, бора, ледниковые, стоковые.

37. Прогноз погоды: кратко-, средне- и долгосрочный.

38. Понятие о климате. Макро-, мезо- и микроклимат. Климатообразующие процессы (теплооборот, влагооборот, атмосферная циркуляция) и географические факторы климата.

39. Влияние географической широты, распределения суши и моря, океанических течений на климат. Феномен Эль-Ниньо.

40. Влияние рельефа, растительного и снежного покрова на климат.(в 39 вопросе) Воздействие человека на климат: климат города.

41. Классификации климатов Земли. Классификация климата согласно Кеппена-Треверта.

42. Характеристика типов климата экваториального и субэкваториального поясов (согласно классификации б.П.Алисова).

43. Характеристика типов климата тропического и субтропического поясов (согласно классификации б.П.Алисова).

44. Характеристика типов климата экваториального и субэкваториального поясов (согласно классификации б.П.Алисова).

45. Характеристика типов климата умеренного, субполярных и полярных поясов (согласно классификации б.П.Алисова).

46. Климат Беларуси: солнечная радиация, циркуляция атмосферы, распределение температуры и осадков. Времена года.

47. Климатические области Беларуси. Агроклиматическое районирование (по а.Х. Шкляру).

48. Причины изменения климата. Методы исследований климата прошлого. Палеоклиматология.

49. Изменение климата в геологической истории Земли: докембрии, фанерозое, плейстоцене и голоцене.

50. Антропогенные изменения климата. Социально-экономические последствия потепления климата.

13. Изменение температуры воздуха с высотой.

Распределение температуры в атмосфере по вертикали положено в основу разделения атмосферы на пять основных слоев. Для сельскохозяйственной метеорологии наибольший интерес представляют закономерности изменения температуры в тропосфере, особенно в ее приземном слое.

Вертикальный градиент температуры

Изменение температуры воздуха на 100 м высоты называется вертикальным градиентом температуры (ВГТ зависит от ряда факторов: времени года (зимой он меньше, летом больше), времени суток (ночью меньше, днем больше), расположения воздушных масс (если на каких-либо высотах над холодным слоем воздуха располагается слой более теплого воздуха, то ВГТ меняет знак на обратный). Среднее значение ВГТ в тропосфере составляет около 0,б°С/100 м.

В приземном слое атмосферы ВГТ зависит от времени суток, погоды и от характера подстилающей поверхности. Днем ВГТ почти всегда положителен, особенно летом над сушей, но при ясной погоде он в десятки раз больше, чем при пасмурной. В ясный полдень летом температура воздуха у поверхности почвы может на 10 °С и более превышать температуру на высоте 2 м. Вследствие этого ВГТ в данном двухметровом слое в пересчете на 100 м составляет более 500°С/100 м. Ветер уменьшает ВГТ, поскольку при перемешивании воздуха его температура на разных высотах выравнивается. Уменьшают ВГТ облачность и осадки. При влажной почве резко снижается ВГТ в приземном слое атмосферы. Над оголенной почвой (паровое поле) ВГТ больше, чем над развитым посевом или лугом. Зимой над снежным покровом ВГТ в приземном слое атмосферы невелик и нередко отрицателен.

С высотой влияние подстилающей поверхности и погоды на ВГТ ослабевает и ВГТ уменьшается по сравнению с его значениями в приземном слое воздуха. Выше 500 м затухает влияние суточного хода температуры воздуха. На высотах от 1,5 до 5-6км ВГТ находится в пределах 0,5-0,6° С/100 м. На высоте 6-9км ВГТ возрастает и составляет 0,65-0,75° С/100 м. В верхнем слое тропосферы ВГТ снова уменьшается до 0,5-0,2° С/100 м.

Данные о ВГТ в различных слоях атмосферы используют при составлении прогнозов погоды, при метеорологическом обслуживании реактивных самолетов и при выводе спутников на орбиту, а также при определении условий выброса и распространения промышленных отходов в атмосфере. Отрицательный ВГТ в приземном слое воздуха ночью весной и осенью указывает на возможность заморозка.

17. Характеристики влажности воздуха. Суточный и годовой ход парциального давления водяного пара и относительной влажности.

Упругость водяного пара в атмосфере - парциальное давление водяного пара, находящегося в воздухе

В атмосфере Земли содержится около 14 тыс. км 3 водяного пара. Вода попадает в атмосферу в результате испарения с подстилающей поверхности. В атмосфере влага конденсируется, перемещается воздушными течениями и вновь выпадает в виде разнообразных осадков на поверхность Земли, совершая, таким образом, постоянный круговорот воды. Круговорот воды возможен, благодаря, способности воды находится в трёх состояниях (жидком, твердом, газообразном (парообразном)) и легко переходить из одного состояния в другое. Влагооборот является одним из важнейших циклов климатообразования.

Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере употребляют различные характеристики влажности воздуха. Основные характеристики влажности воздуха – упругость водяного пара и относительная влажность.

Упругость (фактическая) водяного пара (е) – давление водяного пара находящегося в атмосфере выражается в мм.рт.ст. или в миллибарах (мб). Численно почти совпадает с абсолютной влажностью (содержанием водяного пара в воздухе в г/м 3), поэтому упругость часто называют абсолютной влажностью. Упругость насыщения (максимальная упругость) (Е) – предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре. Значение упругости насыщения зависит от температуры воздуха, чем выше температура, тем больше он может содержать водяного пара.

Суточный ход влажности (абсолютной) может быть простым и двойным. Первый совпадает с суточным ходом температуры, имеет один максимум и один минимум и характерен для мест с достаточным количеством влаги. Он наблюдается над океанами, а зимой и осенью – над сушей.

Двойной ход имеет два максимума и два минимума и характерен для летнего сезона на суше: максимумы в 9 и 20-21 часа, а минимумы в 6 и в 16 часов.

Утренний минимум перед восходом Солнца объясняется слабым испарением в ночные часы. С увеличением лучистой энергии испарение растет, упругость водяного пара достигает максимума около 9 часов.

В результате разогрева поверхности развивается конвекция воздуха, перенос влаги происходит быстрее, чем поступление ее с испаряющейся поверхности, поэтому около 16 часов возникает второй минимум. К вечеру конвекция прекращается, а испарение с нагретой поверхности еще достаточно интенсивно и в нижних слоях накапливается влага, обеспечивая второй максимум около 20-21 часа.

Годовой ход упругости водяного пара соответствует годовому ходу температуры. Летом упругость водяного пара больше, зимой – меньше.

Суточный и годовой ход относительной влажности почти всюду противоположен ходу температуры, т. к. максимальное влагосодержание с повышением температуры растет быстрее упругости водяного пара. Суточный максимум относительной влажности наступает перед восходом Солнца, минимум – в 15-16 часов.

В течение года максимум относительной влажности, как правило, приходится на самый холодный месяц, минимум – на самый теплый месяц. Исключение составляют регионы, в которых летом дуют влажные ветры с моря, а зимой – сухие с материка.

Абсолютная влажность = количество воды в данном объеме воздуха, измеряется в (г/м³)

Относительная влажность = процент фактического количества воды (давления водяного пара) к давлению паров воды при этой температуре в условиях насыщения. Выражается в процентах. Т.е. 40% влажность означает, что при этой температуре всего воды может испариться еще 60 %.

Температура воздуха в целом в тропосфере уменьшается в среднем на 0,6 °С на каждые 100 м высоты. Однако в нижнем слое (до 100-150 м) распределение температуры может быть различным: она может увеличиваться, оставаться постоянной или уменьшаться.

Когда температура с удалением от деятельной поверхности уменьшается, такое распределение, как отмечалось в разд. 3.4, называется инсоляцией. В воздухе над сушей это бывает в теплое время года в дневные часы при ясной погоде. При инсоляции создаются благоприятные условия для развития тепловой конвекции (см. разд. 4.1) и образования облаков.

Когда температура воздуха с высотой не меняется, такое состояние называется «изотермия». Изотермия температуры наблюдается в пасмурную тихую погоду.

Если температура воздуха увеличивается с удалением от поверхности, такое распределение температуры называют инверсией.

В зависимости от условий образования инверсий в приземном слое атмосферы их подразделяют на радиационные и адвективные.

Радиационные инверсии возникают при радиационном выхолаживании деятельной поверхности. Такие инверсии в теплый период года образуются ночью, а зимой наблюдаются также и днем. Поэтому радиационные инверсии подразделяют на ночные (летние) и зимние.

Ночные инверсии устанавливаются при ясной тихой погоде после перехода радиационного баланса через ноль за 1,0... 1,5 ч до захода Солнца. В течение ночи они усиливаются и перед восходом Солнца достигают наибольшей мощности. После восхода Солнца деятельная поверхность и воздух прогреваются, что разрушает инверсию. Высота слоя инверсии чаще всего составляет несколько десятков метров, но при определенных условиях (например, в замкнутых долинах, окруженных значительными возвышениями) может достигать 200 м и более. Этому способствует сток охлажденного воздуха со склонов в долину. Облачность ослабляет инверсию, а ветер скоростью более

2,5...3,0 м/с разрушает ее. Под пологом густого травостоя, посева, а также сада летом инверсии наблюдаются и днем (рис. 4.4, б).

Ночные радиационные инверсии весной и осенью, а местами и летом могут вызывать снижение температуры поверхности почвы и воздуха до отрицательных значений (заморозки), что вызывает повреждение культурных растений.

Зимние инверсии возникают в ясную тихую погоду в условиях короткого дня, когда охлаждение деятельной поверхности непрерывно

Рис. 4.4.

1 - ночью; 2 - днем увеличивается с каждым днем. Они могут сохраняться несколько недель, немного ослабевая днем и снова усиливаясь ночью.

Особенно усиливаются радиационные инверсии при резко неоднородном рельефе местности. Охлаждающийся воздух стекает в низины и котловины, где ослабленное турбулентное перемешивание способствует его дальнейшему охлаждению. Радиационные инверсии, связанные с особенностями рельефа местности, принято называть орографическими. Они опасны для плодовых деревьев и ягодных кустарников, так как температура воздуха при таких инверсиях может понижаться до критической.

Адвективные инверсии образуются при адвекции теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность, которая охлаждает прилегающие к ней слои надвигающегося воздуха. К этим инверсиям относят также и снежные инверсии. Они возникают при адвекции воздуха, имеющего температуру выше О °С, на поверхность, покрытую снегом. Понижение температуры в самом нижнем слое в этом случае связано с затратами тепла на таяние снега.

Вопрос 1. От чего зависит распределение тепла по поверхности Земли?

Распределение температуры воздуха над поверхностью Земли зависит от следующих четырех основных факторов: 1) широты, 2) высоты поверхности суши, 3) типа поверхности, в особенности от расположения суши и моря, 4) переноса тепла ветрами и течениями.

Вопрос 2. В каких единицах измеряется температура?

В метеорологии и в быту в качестве единицы измерения температуры используется шкала Цельсия или градусы Цельсия.

Вопрос 3. Как называется прибор для измерения температуры?

Термометр - прибор для измерения температуры воздуха.

Вопрос 4. Как изменяется температура воздуха в течение суток, в течение года?

Изменение температуры зависит от вращения Земли вокруг оси и соответственно от изменения количества солнечного тепла. Поэтому температура воздуха повышается или понижается в зависимости от расположения Солнца на небе. Изменение температуры воздуха в течение года зависит от положения Земли на орбите при вращении вокруг Солнца. Летом земная поверхность хорошо нагревается из-за прямого падения солнечных лучей.

Вопрос 5. При каких условиях в конкретной точке на поверхности Земли температура воздуха будет оставаться всегда постоянной?

Если Земля не будет вращаться вокруг солнца и своей оси и не будет переноса воздуха ветрами.

Вопрос 6. По какой закономерности меняется температура воздуха с высотой?

При подъёме над поверхностью Земли температура воздуха в тропосфере понижается на 6 С на каждом километре подъёма.

Вопрос 7. Какая существует связь между температурой воздуха и географической широтой места?

Количество света и тепла, получаемое земной поверхностью, постепенно убывает в направлении от экватора к полюсам из-за изменения угла падения солнечных лучей.

Вопрос 8. Как и почему меняется температура воздуха в течение суток?

Солнце встаёт на востоке, поднимается всё выше и выше, а затем начинает опускаться, пока не зайдёт за горизонт до следующего утра. Суточное вращение Земли приводит к тому, что угол падения солнечных лучей на поверхность Земли меняется. А значит, меняется и уровень нагрева этой поверхности. В свою очередь, и воздух, который нагревается от поверхности Земли, получает в течение дня разное количество тепла. А ночью количество тепла, получаемое атмосферой, ещё меньше. Вот в чём причина суточной изменчивости. В течение суток температура воздуха повышается с рассвета до двух часов дня, а потом начинает понижаться и достигает минимума за час до рассвета.

Вопрос 9. Что такое амплитуда температур?

Разность самой высокой и самой низкой температуры воздуха за какой-либо промежуток времени называется амплитудой температур.

Вопрос 11. Почему самая высокая температура наблюдается в 14 ч, а самая низкая - в «предрассветный час»?

Потому что в 14 часов Солнце максимально нагревает землю, а в предрассветный час Солнце еще не взошло, а за ночь температура все время опускалась.

Вопрос 12. Всегда ли можно ограничиться знаниями только о средних значениях температуры?

Нет, так как в определенных ситуациях необходимо знать точную температуру.

Вопрос 13. Для каких широт и почему характерны самые низкие средние значения температуры воздуха?

Для полярных широт, поскольку солнечные лучи доходят до поверхности под наименьшим углом.

Вопрос 14. Для каких широт и почему характерны самые высокие средние значения температуры воздуха?

Самые высокие средние значения температуры воздуха характерны для тропиков и экватора, так как там самый большой угол падения солнечных лучей.

Вопрос 15. Почему температура воздуха с высотой уменьшается?

Потому, что воздух прогревается от поверхности Земли, когда она имеет плюсовую температуру и получается чем выше воздушный слой, тем меньше он прогревается.

Вопрос 16. Как вы думаете, какой месяц года отличается минимальными средними температурами воздуха в Северном полушарии? В Южном полушарии?

Январь в среднем, самый холодный месяц года на большей части Северного полушария Земли, и самый теплый месяц года на большей части Южного полушария. Июнь в среднем, самый холодный месяц года на большей части Южного полушария.

Вопрос 17. На какой из перечисленных параллелей высота полуденного солнца будет наибольшей: 20° с. ш., 50° ю. ш., 80 с. ш.?

Вопрос 18. Определите температуру воздуха на высоте 3 км, если у поверхности Земли она составляет +24 °С?

tн=24-6,5*3=4,5 ºС

Вопрос 19. Рассчитайте среднее значение температуры по данным, представленным в таблице.

(5+0+3+4+7+10+5) : 6 = 4,86; (-3 + -1) : 2 = -2; 4,86 - 2 = 2,86

Ответ: средняя температура = 2,86 градусов.

Вопрос 20. Используя приведённые в задании 2 табличные данные, определите амплитуду температур за указанный период.

Амплитуда температур за указанный период составит 13 градусов.

Температура воздуха, безусловно, важный элемент комфортабельности человека. Мне, например, угодить в этом плане очень сложно, зимой я жалуюсь на холод, летом изнываю от жары. Однако этот показатель не статичен, ведь чем выше точка от поверхности Земли, тем там холоднее, но с чем связано подобное положение вещей? Начну с того, что температура - это одно из состояний нашей атмосферы , которая состоит из смеси самых разнообразных газов. Чтобы понять принцип "высотного похолодания", совсем не обязательно углубляться в изучение термодинамических процессов.

Почему изменяется температура воздуха с набором высоты

Еще со времен школьных уроков мне известно, что на вершинах гор и скалистых образований наблюдается снег даже в том случае, если у их подножья достаточно тепло . Это и является главным доказательством того, что на больших высотах может быть очень холодно. Однако не все так категорично и однозначно, дело в том, что при восхождении вверх воздух то остывает, то снова нагревается. Равномерное снижение наблюдается лишь до определенного момента, затем атмосфера в буквальном смысле лихорадит , проходя через следующие этапы:

1. Тропосфера.
2. Тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Мезосфера и т.д.

Температурные колебания в разных слоях

Тропосфера отвечает за большинство погодных явлений , ведь она - самый низкий слой атмосферы, где летают самолеты и образуются облака. Находясь в ней, воздух стабильно замерзает, приблизительно каждые сто метров. Но, достигая тропопаузы, температурные колебания прекращаются и останавливаются в районе -60-70 градусов по Цельсию .

Самое удивительное, что в стратосфере она снижается практически до нуля, поскольку поддается нагреву от ультрафиолетового излучения . В мезосфере тенденция снова идет на снижение, а переход в термосферу сулит рекордный минимум - -225 по Цельсию . Далее происходит снова нагревание воздуха, однако из-за значительной потери в плотности, на этих уровнях атмосферы температура ощущается совсем иначе. По крайней мере, полетам орбитальных искусственных спутников ничто не угрожает.