Зміна температури повітря з висотою

Завдання 1.Визначте, яку температуру матиме повітряна маса, яка не насичена водяною парою і піднімається адіабатично на висоті 500, 1000, 1500 м, якщо у поверхні землі її температура була 15є.

Температура змінюється на 1° під час підйому маси повітря кожні 100 м. Ця величина називається сухоадіабатичним градієнтом температури.При підйомі насиченого водяною парою повітря швидкість його охолодження дещо зменшується, так як при цьому відбувається конденсація водяної пари, при якій виділяється прихована теплота пароутворення (600 кал на 1 г сконденсованої води), що йде на нагрівання цього повітря, що піднімається. Адіабатичний процес, що відбувається всередині насиченого повітря, що піднімається, називається вологоадіабатичним.Величина зниження (підвищення) температури на кожні 100 м у вологій насиченій масі повітря, що піднімається, називається вологоадіабатичний градієнт температури г в , а графік зміни температури з висотою в подібному процесі зветься вологої адіабати.На відміну від сухоадіабатичного градієнта г вологоадіабатичний градієнт г - величина змінна, що залежить від температури і тиску, і лежить в межах від 0,3 ° до 0,9 ° на 100 м висоти (в середньому 0,6 ° на 100 м.). ). Чим більше конденсується вологи під час підйому повітря, тим менше величина вологоадіабатичного градієнта; із зменшенням кількості вологи його величина наближається до сухоадіабатичного градієнта.

Вертикальний градієнт температури на висоті 500 метрів має бути = 12 є. Вертикальний градієнт температури на висоті 1000 метрів має бути = 9 є. Вертикальний градієнт температури на висоті 1500 метрів має бути = 6 є. Але, як тільки повітря почне підніматися, воно ставатиме холодніше оточуючого, причому з висотою різниця температур збільшується.

Але холодне повітря, як важчий, прагне опуститися, тобто. зайняти початкове становище. Оскільки повітря ненасичене, то при його підйомі температура повинна знижуватися на 1°С на 100 м-коду.

Тому, температура повітряної масина висоті 500 метрів буде = 10 °С. Тому температура повітряної маси на висоті 1000 метрів буде = 5°С. Тому температура повітряної маси на висоті 1500 метрів буде = 0°С.

Визначення висоти рівнів конденсації та сублімації

Завдання 1.Визначте висоту рівня конденсації і сублімації повітря, що піднімається адіабатично, не насиченого водяною парою, якщо відомі його температура (Т) і пружність водяної пари (е); Т = 18є, е = 13,6 гПа.

Температура повітря, що піднімається, не насиченого водяною парою, змінюється кожні 100 метрів на 1є. Спочатку - за кривою залежності максимальної пружності пари від температури повітря необхідно знайти точку роси (ф). Потім визначити різницю між температурою повітря та точкою роси (Т - ф). Помноживши цю величину на 100 м, знайдіть величину рівня конденсації. Для визначення рівня сублімації треба знайти різницю температур від точки роси до температури сублімації та помножити цю різницю на 200 м-коду.

Рівень конденсації - рівень, до якого потрібно піднятися, щоб водяна пара, що міститься в повітрі, при адіабатичному підйомі досягла стану насичення (або 100 % відносної вологості). Висота, на якій водяна пара в повітрі, що піднімається стає насиченою можна знайти за формулою: , де T - температура повітря; ф – точка роси.

ф = 2,064 (за таблицею)

18 є - 2,064 = 15,936 є х 122 = 1994 висота насичення водяної пари.

Сублімація настає за нормальної температури - 10є.

2,064 – (-10) = 12,064 х 200 = 2413м рівень сублімації.

Завдання 2 (Б).Повітря, що має температуру 12єС та відносну вологість 80%, перевалює через гори заввишки 1500 м. На якій висоті розпочнеться утворення хмар? Які температура і відносна вологістьповітря на вершині хребта та за хребтом?

Якщо відома відносна вологість повітря r, то висоту рівня конденсації можна визначити за формулою Іполітова: h = 22 (100-r) h = 22 (100-80) = 440м початок утворення шаруватих хмар.

Процес утворення хмари починається з того, що деяка маса вологого повітря піднімається вгору. У міру підйому відбуватиметься розширення повітря. Це розширення можна вважати адіабатним, так як повітря піднімається швидко, і при досить великому його обсязі теплообмін між аналізованим повітрям і довкіллямза час підйому просто не встигає статися.

При адіабатному розширенні газу температура знижується. Отже, вологе повітря, що піднімається вгору, буде охолоджуватися. Коли температура повітря, що охолоджується, знизиться до точки роси, стане можливим процес конденсації пари, що міститься в повітрі. За наявності атмосфері достатньої кількості ядер конденсації цей процес починається. Якщо ядер конденсації в атмосфері мало, конденсація починається не за температури, що дорівнює точці роси, а за більш низьких температур.

Досягши висоти 440м, вологе повітря, що піднімається, охолоне, почнеться конденсація водяної пари. Висота 440м нижня межа хмари, що формується. Повітря, що продовжує надходити знизу, проходить крізь цей кордон, і процес конденсації парів відбуватиметься вище зазначеної межі - хмара почне розвиватися у висоту. Вертикальний розвиток хмари припиниться тоді, коли повітря перестане підніматися; у своїй сформується верхня межа хмари.

Температура на вершині хребта +3 єС та відносна вологість повітря 100%.

місцевий час сухоадіабатичний градієнт

У тропосфері температура повітря з висотою знижується, як зазначалося, в середньому на 0,6 "С на кожні 100 м висоти. Однак у приземному шарі розподіл температури може бути різним: вона може і зменшуватися, і збільшуватися, і залишатися постійною. Уявлення про розподіл температури з висотою дає вертикальний градієнт температури (ВГТ):

ВГТ = (/„ - /B)/(ZB -

де /н - /в - різниця температур на нижньому та верхньому рівнях, °С; ZB - ZH-різниця висот, м. Зазвичай ВГТ розраховують на 100 м висоти.

У приземному шарі атмосфери ВГТ може у 1000 разів перевищувати середній для тропосфер

Значення ВГТ у приземному шарі залежить від погодних умов(в ясну погоду він більший, ніж у похмуру), пори року (влітку більше, ніж узимку) та часу доби (вдень більше, ніж уночі). Вітер зменшує ВГТ, оскільки при перемішуванні повітря температура на різних висотах вирівнюється. Над вологим ґрунтом різко знижується ВГТ у приземному шарі, а над оголеним ґрунтом (парове поле) ВГТ більше, ніж над густим посівом або лугом. Це зумовлено відмінностями у температурному режимі цих поверхонь (див. гл. 3).

Внаслідок певного поєднання цих факторів ВГТ поблизу поверхні у перерахунку на 100 м висоти може становити понад 100 °С/100 м. У таких випадках і виникає теплова конвекція.

Зміна температури повітря з висотою визначає знак ВГТ: якщо ВГТ > 0, температура зменшується з віддаленням від діяльної поверхні, що зазвичай буває вдень і влітку (рис. 4.4); якщо ВГТ = 0, температура з висотою не змінюється; якщо ВГТ< 0, то температура увеличивается с высотой и такое рас­пределение температуры называют инверсией.

Залежно від умов утворення інверсій у приземному шарі атмосфери їх поділяють на радіаційні та адвективні.

1. Радіаційні інверсії виникають при радіаційному вихолоджуванні земної поверхні. Такі інверсії в теплу пору року утворюються вночі, а взимку спостерігаються також і вдень. Тому радіаційні інверсії поділяють на нічні (літні) та зимові.

Нічні інверсії встановлюються за ясної тихої погоди після переходу радіаційного балансу через 0 за 1,0...1,5 год до заходу Сонця. Протягом ночі вони посилюються і перед сходом сонця досягають найбільшої потужності. Після сходу Сонця діяльна поверхня та повітря прогріваються, що руйнує інверсію. Висота шару інверсії найчастіше становить кілька десятків метрів, але за певних умов (наприклад, у замкнутих долинах, оточених значними піднесеннями) може досягати 200 м і більше. Цьому сприяє стік охолодженого повітря зі схилів у долину. Хмарність послаблює інверсію, а вітер швидкістю понад 2,5...3,0 м/с руйнує її. Під пологом густого травостою, посіву, а також лісу влітку інверсії спостерігаються і вдень.

Нічні радіаційні інверсії навесні та восени, а місцями та влітку можуть викликати зниження температури поверхні ґрунту та повітря до негативних значень(заморозки), що спричиняє пошкодження багатьох культурних рослин.

Зимові інверсії виникають у ясну тиху погоду в умовах короткого дняколи охолодження діяльної поверхні безперервно збільшується з кожним днем; вони можуть зберігатися кілька тижнів, трохи слабшаючи вдень і знову посилюючись уночі.

Особливо посилюються радіаційні інверсії за різко неоднорідного рельєфу місцевості. Повітря, що охолоджується, стікає в низини і улоговини, де ослаблене турбулентне перемішування сприяє його подальшому охолодженню. Радіаційні інверсії, пов'язані з особливостями рельєфу місцевості, називають орографічними.

2. Адвективні інверсії утворюються при адвекції (переміщенні) теплого повітря на холодну поверхню, що підстилає, яка охолоджує прилеглі до неї шари повітря, що насувається. До цих інверсій відносять також снігові інверсії. Вони виникають при адвекції повітря, що має температуру вище "С", на поверхню, покриту снігом. Зниження температури в самому нижньому шарі в цьому випадку пов'язане з витратами тепла на танення снігу.

ПОКАЗНИКИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ В ДАНІЙ МІСЦОВОСТІ І ПОТРЕБИ РОСЛИН У ТЕПЛІ

При оцінці температурного режимувеликої території чи окремого пункту застосовують характеристики температури протягом року чи окремі періоди (вегетаційний період, сезон, місяць, декада і добу). Основні із цих показників такі.

Середня добова температура – ​​середня арифметична з температур, виміряних у всі терміни спостережень. На метеорологічних станціях Російської Федераціїтемпературу повітря вимірюють вісім разів на добу. Підсумовуючи результати цих вимірювань і ділячи суму на 8, одержують середню добову температуру повітря.

Середня місячна температура - середня арифметична із середніх добових температур за добу місяця.

Середня річна температура – ​​це середня арифметична із середніх добових (або середніх місячних) температур за весь рік.

Середня кодова температура повітря дає лише загальне уявлення про кількість тепла, вона не характеризує річний перебіг температури. Так, середня річна температура на півдні Ірландії та в степах Калмикії, розташованих на одній широті, близька (9°С). Але в Ірландії середня температурасічня становить 5...8°С, і всю зиму тут зеленіють луки, а в степах Калмикії середня температура січня -5...-8°С. Влітку ж в Ірландії прохолодно: 14°С, а середня температура липня у Калмикії - 23...26 °С.

Тому для більш повної характеристикирічного ходу температури в даному місцівикористовують дані про середню температуру найхолоднішого (січень) і найтеплішого (липень) місяців.

Однак усі середні характеристики не дають точного уявлення про добовий і річний перебіг температури, тобто якраз про умови, особливо важливі для сільськогосподарського виробництва. Доповненням до середніх температур є максимальні та мінімальні температури, амплітуда. Наприклад, знаючи мінімальну температуру в зимові місяці, можна судити про умови перезимування озимих культур та плодово-ягідних насаджень. Дані про максимальній температуріпоказують взимку частоту відлиг та його інтенсивність, а влітку - кількість спекотних днів, коли можливе пошкодження зерна під час наливу тощо.

У екстремальних температурах виділяють: абсолютний максимум (мінімум) – найвища (низька) температура за весь період спостережень; середній з абсолютних максимумів (мінімумів) – середнє арифметичне з абсолютних екстремумів; середній максимум (мінімум) - середнє арифметичне із усіх екстремальних температур, наприклад, за місяць, сезон, рік. У цьому їх можна розрахувати як багаторічний період спостережень, і за фактичний місяць, рік тощо.

Амплітуда добового та річного перебігу температури характеризує ступінь континентального клімату: чим більше амплітуда, тим клімат континентальніший.

Характеристикою температурного режиму в цій місцевості за певний період служать також суми середньодобових температур вище або нижче за певну межу. Наприклад, у кліматичних довідниках та атласах наводять суми температур вище 0, 5, 10 та 15 °С, а також нижче -5 та -10 "С.

Наочне уявлення про географічний розподіл показників температурного режиму дають карти, на яких проведено ізотерми – лінії рівних значень температури або сум температур (рис. 4.7). Карти, наприклад, сум температур використовують для обґрунтування розміщення посівів (посадок) різних за вимогами до тепла культурних рослин.

Для уточнення термічних умов, необхідних рослинам, використовують також суми денних та нічних температур, оскільки середньодобова температура та її суми нівелюють термічні відмінності у добовому перебігу температури повітря.

Вивчення термічного режимуокремо для дня та ночі має глибоке фізіологічне значення. Відомо, що всі процеси, що відбуваються в рослинному та тваринному світі, схильні до природних ритмів, що визначаються зовнішніми умовами, тобто підпорядковані закону так званих «біологічних» годинників. Наприклад, за даними (1964), для оптимальних умов зростання тропічних рослин різниця між денними та нічними температурами повинна становити 3...5°С, для рослин помірного поясу-5...7, а рослин пустель - 8 °З повагою та більше. Вивчення денних і нічних температур набуває особливого сенсу для підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин, що визначається співвідношенням двох процесів - асиміляції та дихання, що відбуваються в якісно різні для рослин світлі та темні години доби.

У середніх денних та нічних температурах та їх сумах опосередковано враховується широтна мінливість довжини дня та ночі, а також зміна континентальності клімату та вплив різних форм рельєфу на температурний режим.

Суми середньодобових температур повітря, близькі для пари метеостанцій, розміщених приблизно на одній широті, але значно різняться за довготою, тобто знаходяться в різних умовахконтинентальності клімату, наведені у таблиці 4.1.

У більш континентальних східних районахсуми денних температур на 200...500 °С більші, а суми нічних температур на 300 °С менші, ніж у західних і особливо морських районах, що пояснює давно відомий факт- прискорення розвитку сільськогосподарських культур за умов різко континентального клімату.

Потреба рослин у теплі виражають сумами активних та ефективних температур. У сільськогосподарській метеорології активна температура - це середньодобова температура повітря (або ґрунту) вища за біологічний мінімум розвитку культури. Ефективна температура - це середньодобова температура повітря (або ґрунту), зменшена на значення біологічного мінімуму.

Рослини розвиваються тільки в тому випадку, якщо середньодобова температура перевищує їхній біологічний мінімум, який становить, наприклад, для ярої пшениці 5 °С, для кукурудзи - 10, для бавовнику - 13 °С (для південних сортів бавовнику - 15 °С). Суми активних та ефективних температур встановлені як для окремих міжфазних періодів, так і для всього періоду вегетації багатьох сортів та гібридів основних сільськогосподарських культур (табл. 11.1).

Через суми активних та ефективних температур виражають і потребу в теплі пойкілотермних (холоднокровних) організмів як за онтогенетичний період, так і за ве. сь біологічний цикл.

При розрахунку сум середньодобових температур, що характеризують потребу рослин і пойкілотермних організмів у теплі, необхідно вводити поправку на баластові температури, що не прискорюють зростання та розвиток, тобто враховувати і верхній температурний рівень для культур та організмів. Для більшості рослин та шкідників помірної зонице буде середньодобова температура, що перевищуватиме 20...25”С.

Запитання 1. Від чого залежить розподіл тепла по поверхні Землі?

Розподіл температури повітря над поверхнею Землі залежить від чотирьох основних чинників: 1) широти, 2) висоти поверхні суші, 3) типу поверхні, особливо від розташування суші і моря, 4) перенесення тепла вітрами і течіями.

Запитання 2. У яких одиницях вимірюється температура?

У метеорології та в побуті як одиниця виміру температури використовується шкала Цельсія або градуси Цельсія.

Запитання 3. Як називається прилад для вимірювання температури?

Термометр – прилад для вимірювання температури повітря.

Запитання 4. Як змінюється температура повітря протягом доби, протягом року?

Зміна температури залежить від обертання Землі навколо осі та відповідно від зміни кількості сонячного тепла. Тому температура повітря підвищується чи знижується залежно від розташування Сонця на небі. Зміна температури повітря протягом року залежить від положення Землі на орбіті під час обертання навколо Сонця. Влітку земна поверхня добре нагрівається через пряме падіння сонячних променів.

Запитання 5. За яких умов у конкретній точці на поверхні Землі температура повітря залишатиметься завжди постійною?

Якщо Земля не обертатиметься навколо сонця та своєї осі і не буде перенесення повітря вітрами.

Запитання 6. За якою закономірністю змінюється температура повітря з висотою?

При підйомі над поверхнею Землі температура повітря у тропосфері знижується на 6 З кожному кілометрі підйому.

Питання 7. Який існує зв'язок між температурою повітря та географічною широтоюмісця?

Кількість світла і тепла, що отримується земною поверхнею, поступово зменшується в напрямку від екватора до полюсів через зміну кута падіння сонячних променів.

Запитання 8. Як і чому змінюється температура повітря протягом доби?

Сонце встає на сході, піднімається все вище і вище, а потім починає опускатися, доки не зайде за обрій до наступного ранку. Добове обертання Землі призводить до того, що кут падіння сонячних променів на поверхню Землі змінюється. Отже, змінюється і рівень нагріву цієї поверхні. У свою чергу, повітря, яке нагрівається від поверхні Землі, отримує протягом дня. різна кількістьтепла. А вночі кількість тепла, яку отримує атмосфера, ще менше. Ось у чому причина добової мінливості. Протягом доби температура повітря підвищується з ранку до двох годин дня, а потім починає знижуватися і досягає мінімуму за годину до світанку.

Запитання 9. Що таке амплітуда температур?

Різниця найвищої та найнижчої температури повітря за будь-який проміжок часу називається амплітудою температур.

Запитання 11. Чому сама висока температураспостерігається о 14 год, а найнижча - у «досвітній час»?

Тому що о 14 годині Сонце максимально нагріває землю, а в досвітній час Сонце ще не зійшло, а за ніч температура весь час опускалася.

Питання 12. Чи завжди можна обмежитися знаннями лише про середні значення температури?

Ні, тому що у певних ситуаціях необхідно знати точну температуру.

Запитання 13. Для яких широт і чому характерні найнижчі середні значення температури повітря?

Для полярних широт, оскільки сонячні промені сягають поверхні під найменшим кутом.

Запитання 14. Для яких широт і чому характерні найвищі середні значення температури повітря?

Найвищі середні значення температури повітря характерні для тропіків та екватора, оскільки там найбільший кут падіння сонячних променів.

Запитання 15. Чому температура повітря з висотою зменшується?

Тому що повітря прогрівається від поверхні Землі, коли вона має плюсову температуру і виходить чим вище повітряний шар, тим менше він прогрівається.

Питання 16. Як ви вважаєте, який місяць року відрізняється мінімальними середніми температурами повітря в Північній півкулі? У Південній півкулі?

Січень у середньому, самий холодний місяцьроку на більшій частині Північної півкулі Землі, і найтепліший місяць року на більшій частині Південної півкулі. Червень у середньому, найхолодніший місяць року на більшій частині Південної півкулі.

Запитання 17. На якій із перелічених паралелей висота полуденного сонця буде найбільшою: 20° пн. ш., 50 ° пд. ш., 80 с. ш.?

Питання 18. Визначте температуру повітря на висоті 3 км, якщо на поверхні Землі вона становить +24 °С?

tн=24-6,5*3=4,5 ºС

Запитання 19. Розрахуйте середнє значення температури за даними, наведеними в таблиці.

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

Відповідь: середня температура = 2,86 градусів.

Запитання 20. Використовуючи наведені в завданні 2 табличні дані, визначте амплітуду температур за вказаний період.

Амплітуда температур за вказаний період становитиме 13 градусів.

Щохвилини Сонце обрушує на нашу планету гігантську кількість світла та тепла. Чому ж температура повітря не завжди і не скрізь однакова?

Як нагрівається повітря?

Сонячні промені проходять крізь повітря атмосфери, майже нагріваючи його. Основне тепло повітря одержує від нагрітої сонячними променями земної поверхні. Тому температура повітря в тропосфері знижується на 0,6 ° С під час підйому кожні 100 метрів висоти.

Земна поверхня та повітря над нею нагріваються сонцем нерівномірно. Це залежить від кута падіння сонячних променів. Чим більший кут падіння сонячних променів, тим вища температура повітря. Тому над полюсами повітря холодніше, ніж . Перепади температур на Землі дуже великі: від +58,1 °С до -89,2 °С.

Нагрівання поверхні, а значить, і температура повітря над нею залежать також від здатності поверхні поглинати тепло і відбивати сонячні промені.

Зміна температури повітря

Температура повітря на одній і тій широті не постійна. Вона змінюється протягом доби і за сезонами року за зміною кута падіння сонячних променів. Добові зміни найбільш виразні при ясній, безхмарній. Сезонні відмінності найбільш значні у освітленості.

Річний перебіг температури повітря характеризується середніми місячними температурами. У країнах Північної півкулі найвища середньомісячна температуразазвичай буває у липні, найнижча - у січні.

У горах температура повітря знижується. Тому чим вище гори, тим температура на вершинах нижча.

Температура змінюється також протягом доби. На будь-якій широті за ясної погоди влітку найвища температура буває о 14 годині, а найнижча - перед сходом сонця. Різниця між найвищими (максимальними) та найнижчими (мінімальними) температурами за будь-який відрізок часу називається амплітудою температур. Зазвичай визначають добову та річну амплітуду.

На картах точки з рівними температурами з'єднують лініями – ізотермами. Як правило, показують ізотерми середніх температур січня та липня.

Парниковий ефект

Спостереження показали, що з 1860 року середня температура біля Землі піднялася на 0,6 °З продовжує підвищуватися. Потепління пов'язують із явищем під назвою парниковий ефект. Його головний винуватець – вуглекислий газ, який накопичується в атмосфері внаслідок спалювання палива. Він погано пропускає тепло від нагрітої земної поверхні в атмосферу, тому у приземних шарах тропосфери підвищується температура. Якщо вміст вуглекислого газу в атмосфері зростатиме і далі, на Землю чекає дуже сильне потепління.

Практичний матеріал для уроку географії у 6 класі - УМК: О.А. Кліманова, В.В. Кліманов, Е.В. Кім. Для розгляду пропонуються завдання на тему "Температура повітря".

Вирішення географічних завдань сприяє активному засвоєнню курсу географії, формує загальнонавчальні та спеціальні географічні навички.

Цілі:

Розвиток умінь вираховувати температуру повітря різних висотах, обчислювати висоту;

Розвиток здібностей аналізувати, робити висновки.

Як змінюється температура із висотою?

У разі зміни висоти на 1000 метрів (1 км) температура повітря змінюється на 6°С (при збільшенні висоти температура повітря знижується, а при зменшенні – підвищується).

Географічні завдання:

1.На вершині гори температура -5 градусів висота гори 4500 м. Визначте температуру біля підніжжя гори?

Рішення:

На кожен кілометр вгору температура повітря знижується на 6 градусів, тобто якщо висота гори 4500 або 4,5 км виходить, що:

1) 4,5 х 6 = 27 градусів. Це означає, що на 27 градусів знизилася температура, а якщо на вершині – 5 градусів, то біля підніжжя гори буде:

2) - 5 + 27 = 22 градуси біля підніжжя гори

Відповідь: 22 градуси біля підніжжя гори

2.Визначте температуру повітря на вершині гори 3 км, якщо біля підніжжя гори вона становила + 12 градусів.

Рішення:

Якщо через 1 км температура знижується на 6 градусів, отже

Відповідь:- 6 градусів на вершині гори

3. На яку висоту піднявся літак, якщо його бортом температура -30°С, а біля поверхні Землі +12°С?

Рішення:

2) 42: 6 = 7 км

Відповідь:літак піднявся на висоту 7 км

4. Якою є температура повітря на вершині Памірі, якщо в липні біля підніжжя вона становить +36°С? Висота Паміру 6 км.

Рішення:

Відповідь: 0 градусів на вершині гори

5. Визначте температуру повітря за бортом літака, якщо температура повітря на поверхні землі дорівнює 31 градус, а висота польоту - 5 км?

Рішення:

Відповідь: 1 градус температура за бортом літака