Источники и процессы нагревания воз духа

Распределение температуры в атмосфере и его непрерывные изменения называют тепловым режим ом атм осферы. Он обуславливается т еплообменом между атмосферным воздух ом и окр ужающей средой, под которой понимают космическое пространство, соседние массы или слои воздуха и земную поверхность.

Ист очниками тепла для земной поверхности является лучистая энергия Солнца, звезд,

Луны и внутреннее т епло самой Земли.

Лучистая энергия Солнца, называемая солнечной радиацией, громадна, но на Землю попадает менее двухмиллиардной ее доли.

Энергия звезд , Л уны и планет , достигающая Земли, настолько мала, что практически

никакого влияния на тепловое состояние ат мосферы не оказы вает.

Внутреннее тепло Земли, пост упающее на ее поверхность, т акже ничтожно мало и в состоянии повысить ее температ ур у всего лишь на 0,1°С.

Примерно 99,9% солнечной рад иации является коротковолновой. Атмосферой она поглощается незначит ельно - примерно 14%. Около 42% этой радиации отражает ся атмосферой обратно в межпланет ное пространст во, а 44% поглощается земной поверхност ью, которая

нагревает ся и, в свою очередь, от дает тепло прилегающим слоям воздуха, но уже в виде длинноволновой тепловой радиации.

Таким образом, нагревание атмосферного возд уха происходит, в основном, за счет

теплообмена с земной поверхностью. Основными процессами, кот орые приводят к передаче тепла от земной поверхности к окружающему воздуху являются: терм ическая конвекция, турбулентность, излучение (радиация ), теплопроводность, испарение вл аги и конденсация (сублимация) водяного пара.

Термическая к онвекция - это вертикально направленные восходящие и нисходящ ие потоки воздуха, возникающие за счет неравномерного нагревания подстилающей поверхности. Наиболее сильное развитие конвекции наб люд ается летом в послеполуденные часы, т.е. в период максимального прит ока солнечной радиации. Она может распрост раняться до тропопаузы и осуществлять т еплообмен по всей толще тропосферного возд уха.

Турбулентность - это беспорядочные восх одящие и нисходящие вихри (от латинского турбо - завихрение, водоворот ), возникающие в движущемся потоке возд уха за счет его т рения о земную поверхность и внутреннего трения частиц. Турбулентность способствует перемеш иванию воздуха, а следовательно, и обмену т еплом между нижними нагретыми и верхними холодными сл оями воздух а в слое трения, т .е. до высоты 1,0…1,5 км.

Излучение (радиация ) предст авляет собой отд ачу т епла земной поверхностью в виде л учистой энергии. Длинноволновое излучение Земли почти полностью поглощ ает ся водяным паром, углекислым газом и озоном, содержащимися в атмосферном воздухе. Вначал е от земной поверхности нагревает ся самый нижний слой воздуха, длинноволновое излуч ение которого, в свою очеред ь, нагревает более холод ный воздух вышележащего слоя и т.д. При отсут ствии облаков излучение Земли распространяется до озонового слоя (25…28 км). Лет ом ночью, а зимой в течение всех суток Земля сильно вых олаживается и становится источником холод а.

Теплопроводность - об мен теплом происходит при непосредственном соприкосновении земной поверхности и воздуха, когд а тепловая энергия передает ся от од ной молекулы к другой. Так как воздух плохой проводник тепла, то т еплообмен путем т еплопроводност и происходит в очень тонком слое воздуха т олщиной до 1 м.

Испарение воды сопровожд ается переходом теплоты испарения в скрытое состояние и температура воздуха понижается, а при конденсации (сублим ации) водяного пара происходит выделение скрыт ой теплоты и температура воздуха повыш ает ся.

Изменение температ уры происходит также за счет адвекции, т.е. горизонтального переноса в д анное место новых воздушных масс из д ругих районов земного шара. Если приходит возд ух с более высокой температурой, говорят об адвекции тепла, а если с более низкой – об адвекции холода.

В результат е совместного воздействия всех перечисленных факторов температура воздуха непрерывно изменяется как во времени, так и в прост ранстве. При этом изменения б ывают периодическими и непериодическими.

Периодические изменения температ уры - это суточные и годовые изменения,

об условленные суто чным и годовым изменением притока солнечного тепла.

Непериодические изменения температуры - это изменения, обусловленные ат мосферной циркуляцией, прох ождением циклонов, ант ициклонов и атмосферных фронтов, приводящих к смене воздушных масс.

Изменения температ уры воздуха в течение суток называются суточным ходом температуры воздуха. Минимум в суточном ходе температуры возд уха у земной поверхности приходится на время вскоре после восхода Солнца, а максимум - на 14…15 часов местного времени. Сут очный ход правильно проявляется только в условиях устойчивой ясной погоды и при осреднении результатов наб людений за многолетний период.

Суточная амплитуда тем пературы воздуха – разность между максимальным и минимальным значениями в течение суток – зависит от :

- облачности: в ясную погод у она значительно больш е, чем в пасмурную;

- широты места: с увеличением широты она убывает;

- врем ени года: зимой она меньш е, чем летом;

- характера подстилающей поверхности: над вод ной поверхностью и растительным покровом она меньше, чем в пустынях;

- рельефа местности: на выпуклых формах (на вершинах и на склонах гор и холмов) она меньше, чем на равнинной местности, а на вогнутых (в долинах , оврагах и лощинах) – больш е.

Сут очные колебания т емпературы воздуха наблюдаются в слое от земной поверхности до высоты 1,0…1,5 км, что обуславливается непрерывным турбулентным перемеш иванием, происходящим в нижнем слое тропосферы.

Изменения температуры воздуха в течение года называют ся годовым ходом температуры воздуха. Он оценивается по сред ним многолетним среднемесячным температ ур ам возд уха. В т ечение года над конт инент ом максимум т емпературы наблюдается в июле, минимум - в январе. Над океаном максимум наблюдается в августе, минимум - в феврале или начале март а. От экват ора к полюсам температ ур а воздуха уменьшается в среднем на 0,5…0,6°С на каждый градус широты.

Год овой ход т емперат ур ы возд уха зависит от широты места, удаленности от моря и высоты места над уровнем моря. С увеличением широт ы год овая амплитуда т емпературы воздух а увеличивается, дост игая максимальных значений в полярных широт ах. С высот ой годовая амплит уд а уменьшается. Близость к морю уменьшает амплитуду годового хода, а удал ение от моря – увеличивает.

Полюса холода Северного полуш ария находятся на севере Якутии в районе Верхоянска (-68°С) и Оймякона (-71°С), а также в Гренландии (-70°С). Самые низкие температ уры на всем земном ш аре набл юдаются в Антарктиде на станции Восток с абсолютным минимумом

-89,3°С.

Самые высокие температуры на земном шаре с абсолютным максимумом +58°С наблюдают ся в Север ной Африке южнее города Триполи и +57°С – в Долине Смерти в Калифорнии. Абсолютные максимумы температуры в Туркмении (Термез) дох одят до

+50°С. На территории Украины самая высокая температура (33…39°С) отмечается в июне…августе, абсолютный максимум (39…41°С) приходится на июль…август. В Кировограде средняя годовая температура воздуха составляет +8,0°С, абсолютный максимум температ ур ы – +39,4°С, абсолютный минимум – -35,3°С.