ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И АТМОСФЕРЫ Нагревание

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И АТМОСФЕРЫ

Нагревание n n n поверхности Тепловой баланс поверхности определяет её температуру, величину и изменение. Нагреваясь, эта поверхность, передает тепло (в длинноволновом диапазоне) как ниже лежащим слоям, так и атмосфере. Эту поверхность называют деятельной поверхностью.

n n Распространение тепла от деятельной поверхности зависит от состава подстилающей поверхности, и определяется ее теплоемкостью и теплопроводностью. На поверхности материков подстилающим субстратом являются почвогрунты, в океанах (морях) - вода.

n Почвогрунты в общем обладают меньшей чем вода теплоемкостью, и большей теплопроводностью. Поэтому почвогрунты нагреваются быстрее чем вода, но и остывают быстрее. n Вода медленнее нагревается и медленнее отдает тепло. К тому же при остывании поверхностных слоев воды возникает тепловая конвекция, сопровождающаяся перемешиванием.

n n n n Температуру измеряют термометрами в градусах: В системе СИ – в градусах Кельвина ºК Внесистемные: В градусах Цельсия ºС и градусах Фаренгейта ºF. 0 ºК = - 273 ºC. 0 ºF = -17, 8 °С 0 ºC = 32 ºF

ºC = 0, 56 * F – 17, 8 ºF = 1, 8 * C + 32

Суточные колебания температуры в почвогрунтах n n n На передачу тепла от слоя к слою затрачивается время, и моменты наступления максимальных и минимальных значений в течении суток температур запаздывает на каждые 10 см примерно на 3 часа. Амплитуда суточных колебаний температур с глубиной уменьшается на каждые 15 см в 2 раза. На глубине в среднем около 1 м суточные колебания температуры почвы "затухают". Слой, в котором прекращаются колебания суточных значений температуры, называют слоем постоянной суточной температуры.

n n Амплитуда суточных колебаний температур с глубиной уменьшается на каждые 15 см в 2 раза. На глубине в среднем около 1 м суточные колебания температуры почвы "затухают". Слой, в котором прекращаются колебания суточных значений температуры, называют слоем постоянной суточной температуры.

Суточный ход температуры в почве на разных глубинах от 1 до 80 см. Павловск, май.

Годовые колебания температуры в почвогрунтах n n В средних широтах слой постоянной годовой температуры находится на глубине 19 -20 м, в высоких - на глубине 25 м, а в тропических широтах, где годовые амплитуды температур невелики - на глубине 5 -10 м. Моменты наступления в течении года максимальных и минимальных температур запаздывают в среднем на 20 -30 суток на каждый метр.

Годовой ход температуры в почве на разных глубинах от 3 до 753 см в Калининграде

Суточный ход температуры поверхности суши n n n В суточном ходе температуры поверхности, сухой и лишенной растительности, в ясный день максимум наступает после 13 -14 часов, а минимум - около момента восхода Солнца. Нарушать суточный ход температуры может облачность, вызывая смещение максимума и минимума. Большое влияние на ход температуры оказывает влажность и растительность поверхности

Суточный ход температуры на разных широтах

n n Дневные максимумы температуры поверхности могут составлять +80 ºС и более. Суточные амплитуды температур достигают 40 ºС. Величины экстремальных значений и амплитуды температур зависят от широты места, времени года, облачности, тепловых свойств поверхности, ее цвета, шероховатости, характера растительного покрова, ориентировки склонов (экспозиции).

n Моменты максимумов температуры водоемов запаздывают по сравнению с сушей. Максимум наступает около 1415 часов, минимум - через 2 -3 часа после восхода Солнца.

Суточные колебания температуры в морской воде n n Суточные колебания температуры на поверхности Океана в высоких широтах в среднем всего 0, 1 ºС, в умеренных 0, 4 ºС, в тропических - 0, 5 ºС. Глубина проникновения этих колебаний 15 -20 м.

Годовые изменения температуры суши n n Самый теплый месяц в северном полушарии – июль, самый холодный – январь. Годовые амлитуды изменяются от 5 ºС на экваторе, до 60 -65 ºС в резкоконтинентальных условиях умеренного пояса.

Годовой ход температуры в океане n n Годовой максимум и минимум температуры на поверхности Океана запаздывают примерно на месяц по сравнению с сушей. Максимум в северном полушарии приходится на август, минимум - на февраль. Годовые амплитуды температуры на поверхности Океана от 1 ºС в экваториальных широтах до 10, 2 ºС в умеренных. Годовые колебания температуры проникают на глубину 200 -300 м.

Передача тепла в атмосферу n n n Атмосферный воздух незначительно нагревается непосредственно солнечными лучами. Атмосфера нагревается от подстилающей поверхности. Тепло в атмосферу передается конвекцией, адвекцией и в результате выделения тепла при конденсации водяного пара.

Конвекция n n а) термическая, б) фронтальная в) орографическая

Передача тепла при конденсации n n За счет нагревания поверхности вода переходит в водяной пар. Водяной пар увлекается поднимающимся воздухом вверх. При понижении температуры может переходить в воду (конденсация). При этом выделяется тепло в атмосферу.

Адиабатический процесс n n n В поднимающемся воздухе температура изменяется вследствие адиабатического процесса (за счет преобразования внутренней энергии газа в работу и работы во внутреннюю энергию). Поднимающийся воздух расширяется, производит работу, на которую затрачивает внутреннюю энергию, и температура его понижается. Опускающийся воздух, наоборот, сжимается, затраченная на это энергия освобождается, и температура воздуха растет.

n n Сухой или содержащий водяные пары, но ненасыщенный ими воздух, поднимаясь, адиабатически охлаждается на 1 ºС на каждые 100 м. Воздух, насыщенный водяными парами, при подъеме на 100 м охлаждается на 0, 6 ºС, т. к. в нем происходит конденсация, сопровождающаяся выделением тепла.

При опускании и сухой и влажный воздух нагревается одинаково, поскольку при этом конденсации влаги не происходит. n На каждые 100 м спуска воздух нагревается на 1ºС. n

Инверсия n n n Возрастание температуры с высотой называют инверсией, а слой, в котором температура с высотой возрастает, - слоем инверсии. Виды инверсии: - Радиационная инверсия- инверсия излучения, образуется после захода Солнца, когда солнечные лучи нагревают верхние слои; - Адвективная инверсия - образуется в результате вторжения (адвекции) теплого воздуха на холодную поверхность; - Орографическая инверсия - холодный воздух стекает в понижения и там застаивается.

Типы распределения температуры с высотой а - приземная инверсия, б – приземная изотермия, в – инверсия в свободной атмосфере

Адвекция n n Вторжение (адвекция) воздушной массы, сформировавшейся в других условиях, на данную территорию. Теплые воздушные массы вызывают повышение температуры воздуха данной территории, холодные – понижение.

Суточный ход температуры свободной атмосферы n n n Суточный и годовой ход температуры в нижнем слое тропосферы до высоты 2 км отражает ход температуры поверхности. С удалением от поверхности амплитуды колебаний температуры уменьшаются, а моменты максимума и минимума запаздывают. Суточные колебания температуры воздуха зимой заметны до высоты 0, 5 км, летом - до 2 км. В слое мощностью 2 м суточный максимум обнаруживается около 14 -15 часов и минимум после восхода Солнца. Амплитуда суточных амплитуда температур с увеличением широты места уменьшается. Наибольшая в субтропических широтах, наименьшая - в полярных.

n n n Линии равных температур называются изотермами. Изотерма с самыми высокими значениями среднегодовой температуры называется «Термический экватор» Термический экватор проходит по 5º с. ш.

Распределение среднегодовых температур

Распределение средних температур по широтам

Годовой ход температуры воздуха n n n Зависит от широты места. От экватора к полюсам годовая амплитуда колебаний температуры воздуха увеличивается. Выделяют 4 типа годового хода температуры по величине амплитуды и по времени наступления крайних температур.

n n Экваториальный тип - два максимума (после моментов равноденствия) и двумя минимумами (после моментов солнцестояния). Амплитуда на Океаном около 1 ºС, над сушей - до 10 ºС. Температура весь год положительная. Тропический тип - один максимум (после летнего солнестояния) и один минимум (после зимнего солнцестояния). Амплитуда над Океаном - около 5 ºС, на суше - до 20 ºС. Температура весь год положительная.

n n Умеренный тип - один максимум (над сушей в июле, над Океаном - в августе) и один минимум (на суше в январе, в океане - в феврале), четыре сезона. Годовая амплитуда температуры увеличивается с увеличением широты и по мере удаления от океана: на побережье 10 ºС, вдали от океана - 60 ºС и более. Температура в холодный сезон отрицательная. Полярный тип - зима очень продолжительная и холодная, лето короткое и прохладное. Годовая амплитуда 25 ºС и более (над сушей до 65 ºС). Температура большую часть года отрицательная.

n Усложняющими факторами годового хода температуры, как и для суточного хода, являются характер подстилающей поверхности (растительность, снежный или ледовый покров), высота местности, удаленность от океана, вторжение отличных по термическому режиму воздушных масс

n n n Средняя температура воздуха у земной поверхности в северном полушарии в январе +8 ºС, в июле +22 ºС; в южном - в июле +10 ºС, в январе +17 ºС. Годовые амплитуды колебаний температуры воздуха, для северного полушария 14 ºС, для южного только 7 ºС, что свидетельствует о меньшей континентальности южного полушария. Средняя за год температура воздуха у земной поверхности в целом +14 ºС.

Мировые рекордсмены n n n Абсолютные максимумы температуры воздуха наблюдались: в северном полушарии - в Африке (Ливия, +58, 1 ºС) и на Мексиканском нагорье (Сан-Луи, +58 ºС). в южном полушарии - в Австралии (+51ºС), Абсолютные минимумы отмечены в Антарктиде (-88, 3 ºС, ст. Восток) и в Сибири (Верхоянск, -68 ºС, Оймякон, -77, 8 ºС). Среднегодовая температура самая высокая в Северной Африке (г. Лу, Сомали, +31 ºС), самая низкая - в Антарктиде (ст. Восток, -55, 6 ºС).

Тепловые пояса n n n Это широтные пояса Земли с определенными температурами. Из-за неравномерного распределения суши и океанов, воздушных и водных течений тепловые пояса не совпадают с поясами освещенности. За границы поясов принимают изотермы - линии равных температур.

Тепловые пояса n n Выделяют 7 тепловых поясов. -жаркий пояс, расположен между годовой изотермой +20 ºС северного и южного полушария; - два умеренных пояса, ограниченных со стороны экватора годовой изотермой +20 ºС, а со стороны полюсов изотермой +10 ºС самого теплого месяца; - два холодных пояса, находящихся между изотермами +10 ºС и 0 ºС самого теплого месяца;