Как изменяется температура воздуха с высотой? Атмосфера земли и физические свойства воздуха Понижение температуры воздуха при подъеме на высоту.
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.
- В горах воздух разрежен, поэтому плохо прогревается.
- Лучи солнца попадают на наклонную поверхность горы и прогревают ее гораздо меньше, чем землю на равнине.
- 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.
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.
Ежеминутно Солнце обрушивает на нашу планету гигантское количество света и тепла. Почему же температура воздуха не всегда и не везде одинакова?
Как нагревается воздух?
Солнечные лучи проходят через воздух атмосферы, почти не нагревая его. Основное тепло воздух получает от нагретой солнечными лучами земной поверхности. Поэтому температура воздуха в тропосфере понижается на 0,6 °С при подъёме на каждые 100 метров высоты.
Земная поверхность и воздух над ней нагреваются солнцем неравномерно. Это зависит от угла падения солнечных лучей. Чем больше угол падения солнечных лучей, тем выше температура воздуха. Поэтому над полюсами воздух холоднее, чем . Перепады температур на Земле очень велики: от +58,1 °С в до -89,2 °С в .
Нагрев поверхности, а значит, и температура воздуха над ней зависят также от способности поверхности поглощать тепло и отражать солнечные лучи.
Изменение температуры воздуха
Температура воздуха на одной и той же широте не постоянна. Она изменяется в течение суток и по сезонам года вслед за изменением угла падения солнечных лучей. Суточные изменения наиболее отчётливы при ясной, безоблачной . Сезонные различия наиболее значительны в освещённости.
Годовой ход температуры воздуха характеризуется средними месячными температурами. В странах Северного полушария самая высокая среднемесячная температура обычно бывает в июле, самая низкая - в январе.
В горах температура воздуха падает с высотой. Поэтому, чем выше горы, тем температура на вершинах ниже.
Температура изменяется также и в течение суток. На любой широте при ясной погоде летом самая высокая температура бывает в 14 часов, а самая низкая - перед восходом солнца. Разница между самыми высокими (максимальными) и самыми низкими (минимальными) температурами за какой-либо отрезок времени называется амплитудой температур. Обычно определяют суточную и годовую амплитуду.
На картах точки с равными температурами соединяют линиями - изотермами. Как правило, показывают изотермы средних температур января и июля.
Парниковый эффект
Наблюдения показали, что начиная с 1860 года средняя температура у поверхности Земли поднялась на 0,6 °С и продолжает повышаться. Потепление связывают с явлением под названием парниковый эффект. Его главный виновник - углекислый газ, который накапливается в атмосфере в результате сжигания топлива. Он плохо пропускает тепло от нагретой земной поверхности в атмосферу, поэтому в приземных слоях тропосферы повышается температура. Если содержание углекислого газа в атмосфере будет расти и дальше, Землю ожидает очень сильное потепление.
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.
1. Температура воздуха, её изменение с высотой. Слой инверсии. Слой изотермии. Влияние на работу авиации.
2. Гроза. Причина возникновения. Стадии развития и строения грозовых облаков. Синоптические и метеоусловия их образования.
3. Особенности метео обслуживания авиа работ.
1. Температура воздуха – степень нагретости или характеристика теплового состояния воздуха. Она пропорциональна энергии движения молекул воздуха, измеряется в градусах по шкале Цельсия (0 С) или Кельвина (0 К) по абсолютной шкале. (В Англии и США используется шкала Фаренгейта (0 F).)
t 0 C = (t 0 F – 32)х5/9
Для измерения температуры применяются термометры, которые подразделяются:
по принципу действия: жидкостные (ртутные и спиртовые), металлические (термометры сопротивления, биметаллические пластинки и спирали), полупроводниковые (термисторы):
по назначению: на срочные, максимальные и минимальные.
На метеорологических площадках термометры устанавливают в метеорологических будках на высоте 2м от поверхности земли. Метеорологическая будка должна хорошо вентилироваться и защищать установленные в ней приборы от воздействия солнечных лучей.
Суточный ход температуры. В приземном слое температура изменяется в течение суток. Минимальная температура наблюдается обычно в момент восхода Солнца: в июле около - 3ч, в январе – около 7ч по местному среднему солнечному времени. Максимальная температура отмечается около 14-15часов.
Амплитуда колебаний температуры может меняться от нескольких градусов до десятков. Она зависит от времени года, широты места, высоты его над уровнем моря, рельефа, характера подстилающей поверхности, наличия облачности и развития турбулентности. Наибольшая амплитуда бывает в низких широтах, к котловинах с песчаной или каменистой почвой в безоблачные дни. Над морями и океанами суточный ход температуры незначителен.
Годовой ход температуры . В течение года максимальная температура воздуха в приземном слое над континентами наблюдается в середине лета, над океанами – в конце лета, минимальная температура - в середине или конце зимы.
Амплитуда годового хода зависит от широты места, близости моря и высоты над уровнем моря. Минимальная температура наблюдается в экваториальной зоне, максимальная – в районах с резко-континентальным климатом.
В природе наблюдаются также непериодические изменения температуры . Они связаны с изменением метеорологической обстановки (прохождением циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов, вторжением теплой или холодной воздушной массы).
Изменение температуры с высотой .
Поскольку нижняя часть атмосферы нагревается главным образом от земной поверхности, то в тропосфере температура воздуха, как правило, понижается.
Для наглядного представления о распределении температуры с высотой над каким-либо пунктом можно построить график «температура – высота», который называется кривой стратификации . (См. Приложение Рис.5., Рис.5а.)
Для количественной оценки пространственного изменения того или иного метеорологического элемента (например, температуры, давления, ветра) используется понятие градиент – изменение величины метеоэлемента на единицу расстояния.
В метеорологии применяются вертикальный и горизонтальный градиенты температуры.
Вертикальный градиент температуры γ - изменение температуры на 100м высоты. При понижении температуры с высотой γ>0 (нормальное распределение температуры); при повышении температуры с высотой (инверсия ) - γ < 0; а если температура воздуха с высотой не меняется (изотермия ), то γ = 0.
Инверсии являются задерживающими слоями, они гасят вертикальные движения воздуха; под ними происходят скопления водяного пара или примесей, ухудшающих видимость, образуются туманы и различные формы облаков. Слои инверсии являются тормозящими слоями для горизонтальных движений воздуха.
Во многих случаях эти слои являются поверхностями разрыва ветра (над и под инверсией), имеет место резкое изменение скорости направления ветра.
В зависимости от причин возникновения различают следующие типы инверсий:
Радиационная инверсия – инверсия, возникающая вблизи земной поверхности вследствие излучения (радиации) ею большого количества тепла. Этот процесс происходит при ясном небе в теплое полугодие ночью, а в холодное в течение всех суток. В теплое время года их вертикальная мощность не превышает нескольких десятков метров. С восходом солнца такие инверсии обычно разрушаются. Зимой эти инверсии имеют большую вертикальную мощность (иногда 1-1,5км) и удерживаются в течение нескольких суток и даже недель.
Адвективная инверсия образуется при перемещении (адвекции) теплого воздуха по холодной подстилающей поверхности. Нижние слои охлаждаются, и это охлаждение путем турбулентного перемешивания передается в более высокие слои. В слое резкого уменьшения турбулентности наблюдается некоторый рост температуры (инверсия). Адвективная инверсия возникает на высоте нескольких сотен метров от земной поверхности. Вертикальная мощность составляет несколько десятков метров. Чаще всего бывает в холодную половину года.
Инверсия сжатия или оседания образуется в области повышенного давления (антициклоне) в результате опускания (оседания) верхних слоев воздуха и адиабатического нагревания этого слоя на 1 0 С на каждые 100м. Опускающийся нагретый воздух не распространяется до самой земли, а растекается на некоторой высоте, образуя слой с повышенной температурой (инверсией). Эта инверсия имеет большую горизонтальную протяженность. Вертикальная мощность составляет несколько сотен метро. Чаще сего эти инверсии образуются на высоте 1-3км.
Фронтальная инверсия связана с фронтальными разделами, являющимися переходными слоями между холодными и теплыми массами воздуха. На этих разделах холодный воздух всегда располагается внизу в виде острого клина, а теплый воздух – выше холодного. Переходный слой между ними называется фронтальной зоной и представляет собой слой инверсии толщиной в несколько сотен метров.
Инверсии, наблюдаемые в приземном слое, усложняют условия погоды, создавая затруднения для взлета и посадки ВС, а также для полетов на малых высотах.
Под инверсиями образуются дымки, туманы, ухудшающие горизонтальную видимость, и низкая облачность, затрудняющая выполнение визуального взлета и посадки самолетов.
С инверсиями, наблюдаемыми на высотах (на больших высотах – слой тропопаузы), связаны многие формы облаков, мощность которых иногда достигает нескольких километров. На поверхности инверсий могут возникать волны (наподобие морских, но со значительно большей амплитудой, роторы). При полете вдоль таких волн и роторов и при их пересечении воздушное судно испытывает болтанку