Pamatnes virsmas termiskais režīms un atmosfēra īsumā. Pamatnes virsmas termiskais režīms. Dienas temperatūras amplitūdas maiņa līdz ar augstumu

n n n virsmas sildīšana Virsmas siltuma bilance nosaka tās temperatūru, lielumu un izmaiņas. Sildot, šī virsma pārnes siltumu (garo viļņu diapazonā) gan uz apakšējiem slāņiem, gan uz atmosfēru. Šo virsmu sauc par aktīvo virsmu.

n n Siltuma izplatība no aktīvās virsmas ir atkarīga no pamatvirsmas sastāva, un to nosaka tās siltumietilpība un siltumvadītspēja. Kontinentu virsmā pamatā esošais substrāts ir augsne, okeānos (jūrās) - ūdens.

n Augsnēm kopumā ir zemāka siltumietilpība nekā ūdenim un augstāka siltumvadītspēja. Tāpēc augsnes uzsilst ātrāk nekā ūdens, bet arī ātrāk atdziest. n Ūdens uzsilst lēnāk un lēnāk izdala siltumu. Turklāt, kad ūdens virsmas slāņi atdziest, notiek termiskā konvekcija, ko pavada sajaukšanās.

n n n n Temperatūra tiek mērīta ar termometriem grādos: SI sistēmā - Kelvina grādos ºK Nesistēmiska: Celsija ºС un Fārenheita grādos ºF. 0 °K = -273 °C. 0 °F = -17,8 °C 0 °C = 32 °F

ºC=0,56*F-17,8 ºF=1,8*C+32

Dienas temperatūras svārstības augsnēs n n n Siltuma pārnešana no slāņa uz slāni prasa laiku, un maksimālās un minimālās temperatūras iestāšanās brīži dienas laikā tiek aizkavēti par katriem 10 cm aptuveni par 3 stundām. Diennakts temperatūras svārstību amplitūda ar dziļumu samazinās 2 reizes uz katriem 15 cm. Vidēji aptuveni 1 m dziļumā ikdienas augsnes temperatūras svārstības "izbalē". Slāni, kurā izbeidzas dienas temperatūras vērtību svārstības, sauc par nemainīgas dienas temperatūras slāni.

n n Diennakts temperatūras svārstību amplitūda ar dziļumu samazinās 2 reizes uz katriem 15 cm. Vidēji aptuveni 1 m dziļumā ikdienas augsnes temperatūras svārstības "izbalē". Slāni, kurā izbeidzas dienas temperatūras vērtību svārstības, sauc par nemainīgas dienas temperatūras slāni.

Dienas temperatūras svārstības augsnē dažādos dziļumos no 1 līdz 80 cm Pavlovska, maijs.

Gada temperatūras svārstības augsnēs n n Gada laikā maksimālā un minimālā temperatūra aizkavējas vidēji par 20-30 dienām uz vienu metru.

Gada temperatūras svārstības augsnē dažādos dziļumos no 3 līdz 753 cm Kaļiņingradā

Zemes virsmas temperatūras gaita n n n Diennakts virszemes temperatūras gaitā, sausa un bez veģetācijas, skaidrā dienā maksimums iestājas pēc 13-14 stundām, bet minimums - ap saullēkta laiku. Mākoņainība var traucēt diennakts temperatūras svārstības, izraisot maksimuma un minimuma nobīdi. Mitrumam un virszemes veģetācijai ir liela ietekme uz temperatūras gaitu.

n n Virsmas temperatūras maksimumi dienā var būt +80 ºС un vairāk. Dienas temperatūras amplitūdas sasniedz 40 ºС. Ekstrēmo vērtību un temperatūras amplitūdu vērtības ir atkarīgas no vietas platuma, gadalaika, mākoņainības, virsmas termiskajām īpašībām, tās krāsas, raupjuma, veģetācijas seguma rakstura, nogāzes orientācijas (ekspozīcijas).

n Temperatūras maksimumu momenti ūdenstilpēs ir aizkavēti, salīdzinot ar sauszemi. Maksimums notiek aptuveni 1415 stundās, minimums - 2-3 stundas pēc saullēkta.

Dienas temperatūras svārstības jūras ūdenī n n Dienas temperatūras svārstības uz okeāna virsmas augstos platuma grādos ir vidēji tikai 0,1 ºС, mērenā 0,4 ºС, tropiskajā - 0,5 ºС. Šo vibrāciju iespiešanās dziļums ir 15-20 m.

Ikgadējās zemes temperatūras izmaiņas n n Siltākais mēnesis ziemeļu puslodē ir jūlijs, bet aukstākais mēnesis ir janvāris. Gada amplitūdas svārstās no 5 ºС pie ekvatora līdz 60-65 ºС mērenās joslas krasi kontinentālajos apstākļos.

Gada temperatūras gaita okeānā n n Gada maksimālā un minimālā temperatūra uz okeāna virsmas, salīdzinot ar sauszemes, kavējas aptuveni par mēnesi. Maksimums ziemeļu puslodē notiek augustā, minimums - februārī. Gada temperatūras amplitūdas uz okeāna virsmas no 1 ºС ekvatoriālajos platuma grādos līdz 10,2 ºС mērenajos platuma grādos. Gada temperatūras svārstības iekļūst 200-300 m dziļumā.

Siltuma nodošana atmosfērā n n n Atmosfēras gaisu nedaudz uzsilda tiešie saules stari. Atmosfēru silda apakšā esošā virsma. Siltums tiek nodots atmosfērā konvekcijas, advekcijas un siltuma izdalīšanās rezultātā ūdens tvaiku kondensācijas laikā.

Siltuma padeve kondensācijas laikā n n Sildot virsmu, ūdens pārvēršas ūdens tvaikos. Ūdens tvaikus aiznes augšupejošais gaiss. Kad temperatūra pazeminās, tas var pārvērsties ūdenī (kondensāts). Tas izdala siltumu atmosfērā.

Adiabātiskais process n n n Augošā gaisā temperatūra mainās adiabātiskā procesa ietekmē (gāzes iekšējo enerģiju pārvēršot darbā un darbu iekšējā enerģijā). Augošais gaiss izplešas, veic darbu, kuram tērē iekšējo enerģiju, un tā temperatūra pazeminās. Gluži pretēji, lejupejošais gaiss tiek saspiests, tam iztērētā enerģija tiek atbrīvota, un gaisa temperatūra paaugstinās.

n n Sauss vai ūdens tvaikus saturošs, bet nepiesātināts gaiss, paceļoties, adiabātiski atdziest par 1 ºС uz katriem 100 m. Ar ūdens tvaikiem piesātināts gaiss, paceļoties par 100 m, atdziest par 0,6 ºС, jo tajā notiek kondensācija, ko pavada siltuma izdalīšanās.

Nolaižot, gan sausais, gan mitrais gaiss uzsilst vienādi, jo nenotiek mitruma kondensācija. n Uz katriem 100 m nolaišanās gaiss uzsilst par 1ºC. n

Inversija n n n Temperatūras paaugstināšanos līdz ar augstumu sauc par inversiju, bet slāni, kurā temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu, sauc par inversijas slāni. Inversijas veidi: - Radiācijas inversija - radiācijas inversija, veidojas pēc saulrieta, kad saules stari silda augšējos slāņus; - Advektīvā inversija - veidojas siltā gaisa iekļūšanas (advekcijas) rezultātā uz aukstas virsmas; - Orogrāfiskā inversija - aukstais gaiss ieplūst padziļinājumos un tur stagnē.

Temperatūras sadalījuma veidi ar augstumu a - virsmas inversija, b - virsmas izoterma, c - inversija brīvā atmosfērā

Advekcija n n Citos apstākļos izveidojušās gaisa masas iekļūšana (advekcija) noteiktā teritorijā. Siltās gaisa masas izraisa gaisa temperatūras paaugstināšanos noteiktā apgabalā, aukstās gaisa masas izraisa pazemināšanos.

Brīvās atmosfēras diennakts temperatūras svārstības n n n Diennakts un gada temperatūras svārstības troposfēras lejasdaļā līdz 2 km augstumam atspoguļo virsmas temperatūras svārstības. Ar attālumu no virsmas temperatūras svārstību amplitūdas samazinās, un maksimālā un minimuma momenti tiek aizkavēti. Ikdienas gaisa temperatūras svārstības ziemā ir manāmas līdz 0,5 km augstumam, vasarā - līdz 2 km. 2 m slānī diennakts maksimums sastopams ap 14-15 stundām un minimums pēc saullēkta. Diennakts temperatūras amplitūda samazinās, palielinoties platumam. Lielākais subtropu platuma grādos, mazākais - polārajos.

n n n Vienādas temperatūras līnijas sauc par izotermām. Izotermu ar augstāko vidējo gada temperatūru sauc par "termālo ekvatoru". sh.

Gaisa temperatūras izmaiņas gadā n n n Atkarīgs no platuma grādiem. No ekvatora līdz poliem gaisa temperatūras svārstību gada amplitūda palielinās. Ir 4 gada temperatūras svārstību veidi atkarībā no amplitūdas lieluma un ekstremālo temperatūru iestāšanās laika.

n n Ekvatoriālais tips - divi maksimumi (pēc ekvinokcijas) un divi minimumi (pēc saulgriežiem). Amplitūda uz okeāna ir aptuveni 1 ºС, virs zemes - līdz 10 ºС. Temperatūra ir pozitīva visu gadu. Tropu tips - viens maksimums (pēc vasaras saulgriežiem) un viens minimums (pēc ziemas saulgriežiem). Amplitūda virs okeāna ir aptuveni 5 ºС, uz sauszemes - līdz 20 ºС. Temperatūra ir pozitīva visu gadu.

n n Mērens tips - viens maksimums (virs sauszemes jūlijā, virs okeāna - augustā) un viens minimums (uz sauszemes janvārī, okeānā - februārī), četri gadalaiki. Gada temperatūras amplitūda palielinās, palielinoties platumam un palielinoties attālumam no okeāna: piekrastē 10 ºС, tālu no okeāna - 60 ºС un vairāk. Temperatūra aukstajā sezonā ir negatīva. Polārais tips - ziema ir ļoti gara un auksta, vasara ir īsa un vēsa. Gada amplitūda ir 25 ºС un vairāk (virs zemes līdz 65 ºС). Gada lielāko daļu temperatūra ir negatīva.

n Gada temperatūras svārstības, kā arī diennakts svārstības sarežģījošie faktori ir pamatā esošās virsmas raksturs (veģetācija, sniegs vai ledus sega), reljefa augstums, attālums no okeāna, gaisa masu iekļūšana. atšķiras termiskajā režīmā

n n n Vidējā gaisa temperatūra pie zemes virsmas ziemeļu puslodē janvārī +8 ºС, jūlijā +22 ºС; dienvidos - jūlijā +10 ºС, janvārī +17 ºС. Gaisa temperatūras svārstību amplitūdas ziemeļu puslodē ir 14 ºС, bet dienvidu puslodē tikai 7 ºС, kas norāda uz dienvidu puslodes zemāko kontinentalitāti. Gada vidējā gaisa temperatūra pie zemes virsmas parasti ir +14 ºС.

Pasaules rekordisti n n n Tika novēroti gaisa temperatūras absolūtie maksimumi: ziemeļu puslodē - Āfrikā (Lībija, +58, 1 ºС) un Meksikas augstienēs (Sanluisā, +58 ºС). dienvidu puslodē - Austrālijā (+51ºС), absolūtie minimumi tika atzīmēti Antarktīdā (-88,3 ºС, Vostokas stacija) un Sibīrijā (Verhojanska, -68 ºС, Oimjakona, -77,8 ºС). Vidējā gada temperatūra ir augstākā Ziemeļāfrikā (Lu, Somālija, +31 ºС), zemākā - Antarktīdā (Vostokas stacija, -55, 6 ºС).

Termiskās jostas n n n Tās ir Zemes platuma zonas ar noteiktu temperatūru. Sauszemes un okeānu, gaisa un ūdens straumju nevienmērīgā sadalījuma dēļ termiskās zonas nesakrīt ar apgaismojuma zonām. Jostu robežām tiek ņemtas izotermas - vienādu temperatūru līnijas.

Termiskās zonas n n Ir 7 termiskās zonas. - karstā zona, kas atrodas starp ziemeļu un dienvidu puslodes gada izotermu +20 ºС; - divas mērenās zonas, ko no ekvatora ierobežo gada izoterma +20 ºС, bet no poliem - ar siltākā mēneša izotermu +10 ºС; - divas aukstās jostas, kas atrodas starp siltākā mēneša izotermām +10 ºС un 0 ºС;

Virsmu, ko tieši uzkarsē saules stari un kas izdala siltumu apakšējiem slāņiem un gaisam, sauc. aktīvs. Aktīvās virsmas temperatūru, tās vērtību un izmaiņas (dienas un gada svārstības) nosaka siltuma bilance.

Gandrīz visu siltuma bilances komponentu maksimālā vērtība tiek novērota tuvākajā pusdienlaikā. Izņēmums ir maksimālā siltuma apmaiņa augsnē, kas iekrīt rīta stundās.

Siltuma bilances komponentu diennakts variācijas maksimālās amplitūdas tiek novērotas vasarā, minimālās - ziemā. Virsmas temperatūras diennakts gaitā, sausā un bez veģetācijas, skaidrā dienā maksimums iestājas pēc pulksten 13:00, bet minimums ap saullēkta laiku. Mākoņainība izjauc regulāru virsmas temperatūras gaitu un izraisa maksimumu un minimumu momentu nobīdi. Mitrums un veģetācijas segums lielā mērā ietekmē virsmas temperatūru. Dienas virsmas temperatūras maksimums var būt + 80°C vai vairāk. Dienas svārstības sasniedz 40°. To vērtība ir atkarīga no vietas platuma, gada laika, mākoņainības, virsmas termiskajām īpašībām, tās krāsas, raupjuma, veģetācijas seguma un nogāžu ekspozīcijas.

Aktīvā slāņa temperatūras gada gaita dažādos platuma grādos ir atšķirīga. Maksimālā temperatūra vidējos un augstajos platuma grādos parasti tiek novērota jūnijā, minimālā - janvārī. Aktīvā slāņa temperatūras ikgadējo svārstību amplitūdas zemajos platuma grādos ir ļoti mazas, vidējos platuma grādos uz sauszemes tās sasniedz 30°. Ikgadējās virsmas temperatūras svārstības mērenajos un augstajos platuma grādos spēcīgi ietekmē sniega sega.

Siltuma pārnešana no slāņa uz slāni prasa laiku, un maksimālās un minimālās temperatūras iestāšanās brīži dienas laikā tiek aizkavēti par ik pēc 10 cm aptuveni par 3 stundām. Ja augstākā temperatūra uz virsmas bija aptuveni pulksten 13:00, tad 10 cm dziļumā temperatūra maksimumu sasniegs aptuveni pulksten 16:00, bet 20 cm dziļumā - aptuveni pulksten 19:00 utt. apakšējo slāņu karsēšana no virskārtiem, katrs slānis absorbē noteiktu siltuma daudzumu. Jo dziļāks slānis, jo mazāk siltuma tas saņem un vājākas temperatūras svārstības tajā. Dienas temperatūras svārstību amplitūda ar dziļumu samazinās 2 reizes uz katriem 15 cm. Tas nozīmē, ka, ja uz virsmas amplitūda ir 16°, tad 15 cm dziļumā tā ir 8°, bet 30 cm dziļumā – 4°.

Vidēji aptuveni 1 m dziļumā ikdienas augsnes temperatūras svārstības "izgaist". Slāni, kurā šīs svārstības praktiski apstājas, sauc par slāni pastāvīga dienas temperatūra.

Jo ilgāks temperatūras svārstību periods, jo dziļāk tās izplatās. Vidējos platuma grādos nemainīgas gada temperatūras slānis atrodas 19-20 m dziļumā, augstajos platuma grādos 25 m dziļumā Tropu platuma grādos gada temperatūras amplitūdas ir nelielas un nemainīgas gada amplitūdas slānis ir kas atrodas tikai 5-10 m dziļumā un minimālās temperatūras aizkavējas vidēji par 20-30 dienām uz metru. Tātad, ja zemākā temperatūra uz virsmas tika novērota janvārī, tad 2 m dziļumā tas notiek marta sākumā. Novērojumi liecina, ka temperatūra nemainīgas gada temperatūras slānī ir tuva gada vidējai gaisa temperatūrai virs virsmas.

Ūdens, kam ir lielāka siltumietilpība un zemāka siltumvadītspēja nekā zemei, uzsilst lēnāk un lēnāk izdala siltumu. Daļu no saules stariem, kas krīt uz ūdens virsmas, absorbē augšējais slānis, un daži no tiem iekļūst ievērojamā dziļumā, tieši uzsildot daļu no tā slāņa.

Ūdens mobilitāte nodrošina siltuma pārnesi. Turbulentās sajaukšanas dēļ siltuma pārnese dziļumā notiek 1000 - 10 000 reižu ātrāk nekā caur siltuma vadīšanu. Kad ūdens virsmas slāņi atdziest, notiek termiskā konvekcija, ko pavada sajaukšanās. Diennakts temperatūras svārstības uz okeāna virsmas augstajos platuma grādos ir vidēji tikai 0,1°, mērenajos platuma grādos - 0,4°, tropiskajos platuma grādos - 0,5°. Šo vibrāciju iespiešanās dziļums ir 15-20 m. Gada temperatūras amplitūdas uz okeāna virsmas svārstās no 1° ekvatoriālajos platuma grādos līdz 10,2° mērenajos platuma grādos. Gada temperatūras svārstības iekļūst 200-300 m dziļumā Maksimālās temperatūras momenti ūdenstilpēs ir vēlīni, salīdzinot ar sauszemi. Maksimums notiek aptuveni 15-16 stundās, minimums - 2-3 stundas pēc saullēkta.

Atmosfēras apakšējā slāņa termiskais režīms.

Gaiss tiek uzkarsēts galvenokārt nevis tieši ar saules stariem, bet gan tāpēc, ka siltums tam tiek pārnests ar apakšējo virsmu (starojuma un siltuma vadīšanas procesi). Vissvarīgāko lomu siltuma pārnesē no virsmas uz troposfēras pārklājošajiem slāņiem spēlē siltuma apmaiņa un latentā iztvaikošanas siltuma pārnese. Tiek saukta nejauša gaisa daļiņu kustība, ko izraisa tās nevienmērīgi uzkarsētas pamata virsmas uzkarsēšana termiskā turbulence vai termiskā konvekcija.

Ja mazu haotisku kustīgu virpuļu vietā sāk dominēt spēcīgas augšupejošas (termālās) un mazāk spēcīgas lejupejošas gaisa kustības, sauc par konvekciju. sakārtots. Gaisa sasilšana virsmas tuvumā steidzas uz augšu, pārnesot siltumu. Termiskā konvekcija var attīstīties tikai tik ilgi, kamēr gaisa temperatūra ir augstāka par tās vides temperatūru, kurā tas paceļas (nestabils atmosfēras stāvoklis). Ja pieaugošā gaisa temperatūra ir vienāda ar apkārtējās vides temperatūru, paaugstināšanās apstāsies (atmosfēras vienaldzīgs stāvoklis); ja gaiss kļūst aukstāks par vidi, tas sāks grimt (atmosfēras vienmērīgs stāvoklis).

Gaisa turbulentā kustībā arvien vairāk tā daļiņu, saskaroties ar virsmu, saņem siltumu, un, paceļoties un sajaucoties, nodod to citām daļiņām. Siltuma daudzums, ko gaiss saņem no virsmas caur turbulenci, ir 400 reižu lielāks nekā siltuma daudzums, ko tas saņem starojuma rezultātā, un molekulārās siltuma vadīšanas rezultātā - gandrīz 500 000 reižu. Siltums tiek pārnests no virsmas uz atmosfēru kopā ar mitrumu, kas iztvaiko no tās, un pēc tam izdalās kondensācijas procesā. Katrs ūdens tvaiku grams satur 600 kalorijas latentā iztvaikošanas siltuma.

Augošā gaisā temperatūra mainās sakarā ar adiabātisks process, t.i., bez siltuma apmaiņas ar vidi, pateicoties gāzes iekšējās enerģijas pārvēršanai darbā un darba iekšējā enerģijā. Tā kā iekšējā enerģija ir proporcionāla gāzes absolūtajai temperatūrai, temperatūra mainās. Augošais gaiss izplešas, veic darbu, kuram tērē iekšējo enerģiju, un tā temperatūra pazeminās. Gluži pretēji, lejupejošais gaiss tiek saspiests, tiek atbrīvota enerģija, kas iztērēta izplešanās procesam, un gaisa temperatūra paaugstinās.

Piesātinātā gaisa dzesēšanas apjoms, kad tas paceļas par 100 m, ir atkarīgs no gaisa temperatūras un atmosfēras spiediena un svārstās plašās robežās. Nepiesātināts gaiss, lejupejošs, uzsilst par 1 ° uz 100 m, piesātināts ar mazāku daudzumu, jo tajā notiek iztvaikošana, kam tiek iztērēts siltums. Augošais piesātinātais gaiss parasti nokrišņu laikā zaudē mitrumu un kļūst nepiesātināts. Nolaižot, šāds gaiss uzsilst par 1 ° uz 100 m.

Tā rezultātā temperatūras pazemināšanās pacelšanās laikā ir mazāka par tās pieaugumu nolaišanas laikā, un gaisam, kas paceļas un pēc tam nolaižas vienā līmenī ar tādu pašu spiedienu, būs atšķirīga temperatūra - gala temperatūra būs augstāka par sākotnējo. . Tādu procesu sauc pseidoadiabātisks.

Tā kā gaiss tiek uzkarsēts galvenokārt no aktīvās virsmas, temperatūra zemākajā atmosfērā, kā likums, samazinās līdz ar augstumu. Vertikālais gradients troposfērai ir vidēji 0,6° uz 100 m. Tas tiek uzskatīts par pozitīvu, ja temperatūra pazeminās līdz ar augstumu, un par negatīvu, ja tā paaugstinās. Apakšējā gaisa slānī (1,5-2 m) vertikālie gradienti var būt ļoti lieli.

Temperatūras pieaugumu līdz ar augstumu sauc inversija, un gaisa slānis, kurā temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu, - inversijas slānis. Atmosfērā gandrīz vienmēr var novērot inversijas slāņus. Uz zemes virsmas, kad tā ir stipri atdzisusi radiācijas rezultātā, starojuma inversija(radiācijas inversija) . Tas parādās skaidrās vasaras naktīs un var pārklāt vairākus simtus metru lielu slāni. Ziemā skaidrā laikā inversija saglabājas vairākas dienas un pat nedēļas. Ziemas inversijas var pārklāt slāni līdz 1,5 km.

Inversiju pastiprina reljefa apstākļi: auksts gaiss ieplūst padziļinājumā un tur stagnē. Šādas inversijas sauc orogrāfisks. Spēcīgas inversijas sauc nejaušs, veidojas tajos gadījumos, kad salīdzinoši silts gaiss nonāk uz aukstas virsmas, atdzesējot tās apakšējos slāņus. Dienas advektīvās inversijas ir vāji izteiktas, naktī tās pastiprina radiācijas dzesēšana. Pavasarī šādu inversiju veidošanos veicina sniega sega, kas vēl nav nokususi.

Salnas ir saistītas ar temperatūras inversijas fenomenu virszemes gaisa slānī. iesaldēt - gaisa temperatūras pazemināšanās naktī līdz 0 ° un zemāk laikā, kad vidējā diennakts temperatūra ir virs 0 ° (rudens, pavasaris). Var arī būt, ka salnas novērojamas tikai uz augsnes, kad gaisa temperatūra virs tās ir virs nulles.

Atmosfēras termiskais stāvoklis ietekmē gaismas izplatīšanos tajā. Gadījumos, kad temperatūra krasi mainās ar augstumu (palielinās vai samazinās), ir mirāžas.

Mirāža - iedomāts objekta attēls, kas parādās virs tā (augšējā mirāža) vai zem tā (apakšējā mirāža). Retāk ir sānu mirāžas (attēls parādās no sāniem). Mirāžu cēlonis ir gaismas staru trajektorijas izliekums, kas nāk no objekta uz novērotāja aci, to laušanas rezultātā pie dažāda blīvuma slāņu robežas.

Dienas un gada temperatūras svārstības apakšējā troposfērā līdz 2 km augstumam kopumā atspoguļo virsmas temperatūras izmaiņas. Ar attālumu no virsmas temperatūras svārstību amplitūdas samazinās, un maksimālā un minimuma momenti tiek aizkavēti. Ikdienas gaisa temperatūras svārstības ziemā ir manāmas līdz 0,5 km augstumam, vasarā - līdz 2 km.

Diennakts temperatūras svārstību amplitūda samazinās, palielinoties platumam. Lielākā diennakts amplitūda ir subtropu platuma grādos, mazākā - polārajos. Mērenajos platuma grādos diennakts amplitūdas dažādos gada laikos ir atšķirīgas. Augstajos platuma grādos lielākā diennakts amplitūda ir pavasarī un rudenī, mērenajos platuma grādos - vasarā.

Gaisa temperatūras gada gaita galvenokārt ir atkarīga no vietas platuma. No ekvatora līdz poliem gaisa temperatūras svārstību gada amplitūda palielinās.

Ir četri gada temperatūras izmaiņu veidi atkarībā no amplitūdas lieluma un ekstremālo temperatūru iestāšanās laika.

ekvatoriālais tips ko raksturo divi maksimumi (pēc ekvinokcijas) un divi minimumi (pēc saulgriežiem). Amplitūda virs okeāna ir aptuveni 1°, virs sauszemes - līdz 10°. Temperatūra ir pozitīva visu gadu.

Tropu tips - viens maksimums (pēc vasaras saulgriežiem) un viens minimums (pēc ziemas saulgriežiem). Amplitūda virs okeāna ir aptuveni 5°, uz sauszemes - līdz 20°. Temperatūra ir pozitīva visu gadu.

Mērens tips - viens maksimums (ziemeļu puslodē virs sauszemes jūlijā, virs okeāna augustā) un viens minimums (ziemeļu puslodē virs sauszemes janvārī, virs okeāna februārī). Ir skaidri izdalīti četri gadalaiki: silts, auksts un divi pārejas periodi. Gada temperatūras amplitūda palielinās, palielinoties platumam, kā arī attālumam no okeāna: piekrastē 10°, prom no okeāna - līdz 60° un vairāk (Jakutskā - -62,5°). Temperatūra aukstajā sezonā ir negatīva.

polārais tips - ziema ir ļoti gara un auksta, vasara ir īsa un vēsa. Gada amplitūdas ir 25° un vairāk (virs zemes līdz 65°). Gada lielāko daļu temperatūra ir negatīva. Gaisa temperatūras gada gaitas kopējo ainu sarežģī faktoru ietekme, starp kurām īpaša nozīme ir pazemes virsmai. Virs ūdens virsmas gada temperatūras svārstības ir izlīdzinātas, virs zemes, gluži pretēji, ir izteiktākas. Sniega un ledus sega ievērojami samazina gada temperatūru. Ietekmē arī vietas augstums virs Okeāna līmeņa, reljefs, attālums no okeāna, mākoņainība. Gada gaisa temperatūras vienmērīgu gaitu traucē traucējumi, ko izraisa auksta vai, gluži pretēji, silta gaisa ieplūšana. Piemērs var būt aukstā laika atgriešanās pavasarī (aukstuma viļņi), rudens atgriešanās karstumā, ziemas atkusnis mērenajos platuma grādos.

Gaisa temperatūras sadalījums uz apakšējās virsmas.

Ja zemes virsma būtu viendabīga un atmosfēra un hidrosfēra būtu stacionāras, siltuma sadalījumu pa Zemes virsmu noteiktu tikai saules starojuma pieplūdums, un gaisa temperatūra pakāpeniski pazeminātos no ekvatora uz poliem, paliekot vienādi katrā paralēlē (saules temperatūra). Patiešām, gada vidējo gaisa temperatūru nosaka siltuma bilance, un tā ir atkarīga no pamatvirsmas rakstura un nepārtrauktas starpplatuma siltuma apmaiņas, ko veic gaisa un okeāna ūdeņu kustība, un tāpēc tā būtiski atšķiras no saules temperatūras.

Faktiskā gada vidējā gaisa temperatūra pie zemes virsmas zemajos platuma grādos ir zemāka, bet augstajos platuma grādos, gluži pretēji, augstāka nekā saules. Dienvidu puslodē faktiskā gada vidējā temperatūra visos platuma grādos ir zemāka nekā ziemeļos. Vidējā gaisa temperatūra pie zemes virsmas ziemeļu puslodē janvārī ir +8°C, jūlijā +22°C; dienvidos - +10°C jūlijā, +17°C janvārī. Gada vidējā gaisa temperatūra uz zemes virsmas ir +14 ° C kopumā.

Ja uz dažādiem meridiāniem atzīmējam augstākās vidējās gada vai mēneša temperatūras un savienojam tos, iegūstam līniju termiskais maksimums, bieži sauc par termisko ekvatoru. Laikam pareizāk par termisko ekvatoru uzskatīt paralēli (platuma apli) ar gada vai jebkura mēneša augstākajām normālām vidējām temperatūrām. Termiskais ekvators nesakrīt ar ģeogrāfisko un ir "nobīdīts"; uz ziemeļiem. Gada laikā tas virzās no 20° Z. sh. (jūlijā) līdz 0° (janvārī). Termiskā ekvatora pārbīdei uz ziemeļiem ir vairāki iemesli: zemes pārsvars ziemeļu puslodes tropiskajos platuma grādos, Antarktikas aukstuma pols un, iespējams, vasaras ilgums (vasara dienvidu puslodē ir īsāka ).

Termiskās jostas.

Izotermas tiek ņemtas ārpus termisko (temperatūras) jostu robežām. Ir septiņas termiskās zonas:

karstā josta, kas atrodas starp ziemeļu un dienvidu puslodes gada izotermu + 20 °; divas mērenas zonas, kuras no ekvatora puses ierobežo gada izoterma + 20 °, no poliem - siltākā mēneša izoterma + 10 °;

divi aukstās jostas, kas atrodas starp izotermu + 10 ° un un siltāko mēnesi;

divi sala jostas atrodas netālu no poliem un ierobežo siltākā mēneša 0° izoterma. Ziemeļu puslodē tā ir Grenlande un telpa pie ziemeļpola, dienvidu puslodē - apgabals 60 ° S paralēles iekšpusē. sh.

Temperatūras zonas ir klimatisko zonu pamatā. Katrā jostā tiek novērotas lielas temperatūras svārstības atkarībā no pamata virsmas. Uz sauszemes reljefa ietekme uz temperatūru ir ļoti liela. Temperatūras izmaiņas ar augstumu uz katriem 100 m nav vienādas dažādās temperatūras zonās. Vertikālais gradients troposfēras apakšējā kilometra slānī svārstās no 0° virs Antarktīdas ledus virsmas līdz 0,8° vasarā virs tropu tuksnešiem. Tāpēc metode temperatūras paaugstināšanai līdz jūras līmenim, izmantojot vidējo gradientu (6°/100 m), dažkārt var radīt rupjas kļūdas. Temperatūras izmaiņas līdz ar augstumu ir vertikālās klimatiskās zonas cēlonis.

ŪDENS ATMOSFĒRĀ

Zemes atmosfērā ir aptuveni 14 000 km 3 ūdens tvaiku. Ūdens atmosfērā nonāk galvenokārt iztvaikošanas rezultātā no Zemes virsmas. Mitrums atmosfērā kondensējas, tiek pārnests ar gaisa straumēm un nokrīt atpakaļ uz zemes virsmu. Pastāv pastāvīgs ūdens cikls, iespējams, pateicoties tā spējai atrasties trīs stāvokļos (cietā, šķidrā un tvaiku) un viegli pārvietoties no viena stāvokļa uz otru.

Gaisa mitruma raksturojums.

Absolūtais mitrums -ūdens tvaiku saturs atmosfērā gramos uz 1 m 3 gaisa ("; a";).

Relatīvais mitrums - faktiskā ūdens tvaika spiediena attiecība pret piesātinājuma elastību, izteikta procentos. Relatīvais mitrums raksturo gaisa piesātinājuma pakāpi ar ūdens tvaikiem.

Mitruma trūkums- piesātinājuma trūkums noteiktā temperatūrā:

Kušanas temperatūra - temperatūra, kurā ūdens tvaiki gaisā to piesātina.

Iztvaikošana un iztvaikošana.Ūdens tvaiki iekļūst atmosfērā, iztvaicējot no apakšējās virsmas (fiziskā iztvaikošana) un transpirējot. Fiziskās iztvaikošanas process sastāv no kohēzijas spēku pārvarēšanas, strauji pārvietojot ūdens molekulas, atdalot tās no virsmas un nonākot atmosfērā. Jo augstāka ir iztvaikojošās virsmas temperatūra, jo ātrāk kustas molekulas un jo vairāk no tām nonāk atmosfērā.

Kad gaiss ir piesātināts ar ūdens tvaikiem, iztvaikošanas process apstājas.

Iztvaicēšanas procesam nepieciešams siltums: 1 g ūdens iztvaicēšanai nepieciešams 597 cal, 1 g ledus iztvaicēšanai par 80 cal vairāk. Tā rezultātā iztvaikojošās virsmas temperatūra samazinās.

Iztvaikošana no okeāna visos platuma grādos ir daudz lielāka nekā iztvaikošana no sauszemes. Tā maksimālā vērtība okeānam sasniedz 3000 cm gadā. Tropu platuma grādos ikgadējie iztvaikošanas apjomi no okeāna virsmas ir vislielākie un gada laikā mainās maz. Mērenajos platuma grādos maksimālā iztvaikošana no okeāna ir ziemā, polārajos platuma grādos - vasarā. Maksimālā iztvaikošana no zemes virsmas ir 1000 mm. Tās platuma grādu atšķirības nosaka radiācijas līdzsvars un mitrums. Kopumā virzienā no ekvatora uz poliem, saskaņā ar temperatūras pazemināšanos, iztvaikošana samazinās.

Ja uz iztvaikojošās virsmas nav pietiekama daudzuma mitruma, iztvaikošana nevar būt liela pat augstā temperatūrā un milzīgā mitruma deficītā. Iespējama iztvaikošana - iztvaikošana- šajā gadījumā ir ļoti liels. Virs ūdens virsmas iztvaikošana un iztvaikošana sakrīt. Virs zemes iztvaikošana var būt daudz mazāka nekā iztvaikošana. Iztvaikošana raksturo iespējamās iztvaikošanas apjomu no zemes ar pietiekamu mitrumu. Gaisa mitruma izmaiņas dienā un gadā. Gaisa mitrums pastāvīgi mainās, mainoties iztvaikojošās virsmas un gaisa temperatūrai, iztvaikošanas un kondensācijas procesu attiecībai un mitruma pārnesei.

Absolūtā gaisa mitruma ikdienas izmaiņas var būt vienvietīgs vai divvietīgs. Pirmais sakrīt ar diennakts temperatūras svārstībām, ir viens maksimums un viens minimums, un ir raksturīgs vietām ar pietiekamu mitruma daudzumu. To var novērot virs okeāna, bet ziemā un rudenī virs zemes. Dubultajam gājienam ir divi augstākie un divi zemākie rādītāji, un tas ir raksturīgs zemei. Rīta minimums pirms saullēkta skaidrojams ar ļoti vāju iztvaikošanu (vai pat tās neesamību) nakts stundās. Palielinoties Saules starojuma enerģijas ienākšanai, palielinās iztvaikošana, absolūtais mitrums sasniedz maksimumu aptuveni 09:00. Rezultātā attīstošā konvekcija - mitruma pārnešana uz augšējiem slāņiem - notiek ātrāk nekā tā iekļūšana gaisā no iztvaikojošās virsmas, tāpēc apmēram pulksten 16:00 iestājas otrs minimums. Līdz vakaram konvekcija apstājas, un iztvaikošana no dienā uzkarsētās virsmas joprojām ir diezgan intensīva un mitrums uzkrājas gaisa apakšējos slāņos, radot otro (vakara) maksimumu ap 20-21 stundu.

Gada absolūtā mitruma gaita atbilst arī gada temperatūras kursam. Vasarā absolūtais mitrums ir visaugstākais, ziemā tas ir viszemākais. Relatīvā mitruma ikdienas un gada gaita gandrīz visur ir pretēja temperatūras kursam, jo, palielinoties temperatūrai, maksimālais mitruma saturs palielinās ātrāk nekā absolūtais mitrums.

Diennakts relatīvā mitruma maksimums iestājas pirms saullēkta, minimālais - 15-16 stundās. Gada laikā maksimālais relatīvais mitrums, kā likums, nokrīt aukstākajā mēnesī, minimālais - siltākajā mēnesī. Izņēmums ir apgabali, kuros vasarā pūš mitrs vējš no jūras un ziemā sauss vējš no cietzemes.

Gaisa mitruma sadalījums. Mitruma saturs gaisā virzienā no ekvatora uz poliem kopumā samazinās no 18-20 mb līdz 1-2. Maksimālais absolūtais mitrums (vairāk nekā 30 g / m 3) tika reģistrēts virs Sarkanās jūras un upes deltā. Mekong, lielākais vidējais gada apjoms (vairāk nekā 67 g / m 3) - virs Bengālijas līča, mazākais vidējais gada apjoms (apmēram 1 g / m 3) un absolūtais minimums (mazāk nekā 0,1 g / m 3) - virs Antarktīdas . Relatīvais mitrums līdz ar platuma grādiem mainās salīdzinoši maz: piemēram, platuma grādos 0-10° tas ir maksimums 85%, 30-40° platuma grādos - 70% un 60-70° platuma grādos - 80%. Manāms relatīvā mitruma samazinājums novērojams tikai 30-40° platuma grādos ziemeļu un dienvidu puslodē. Augstākā relatīvā mitruma gada vidējā vērtība (90%) tika novērota Amazones grīvā, zemākā (28%) - Hartumā (Nīlas ielejā).

kondensācija un sublimācija. Ar ūdens tvaikiem piesātinātā gaisā, kad tā temperatūra nokrītas līdz rasas punktam vai palielinās ūdens tvaiku daudzums tajā, kondensāts - ūdens mainās no tvaika stāvokļa uz šķidru stāvokli. Temperatūrā zem 0 ° C ūdens, apejot šķidro stāvokli, var nonākt cietā stāvoklī. Šo procesu sauc sublimācija. Gan kondensācija, gan sublimācija var notikt gaisā uz kondensācijas kodoliem, uz zemes virsmas un uz dažādu objektu virsmām. Kad gaisa temperatūra, kas atdziest no pamatnes virsmas, sasniedz rasas punktu, uz aukstās virsmas nosēžas rasa, sarma, šķidrās un cietās nogulsnes un sarma.

rasa - sīki ūdens pilieni, kas bieži saplūst. Parasti tas parādās naktī uz virsmas, uz augu lapām, kas atdzisušas siltuma starojuma rezultātā. Mērenā platuma grādos rasa rada 0,1-0,3 mm naktī un 10-50 mm gadā.

Sarma - cietas baltas nogulsnes. Veidojas tādos pašos apstākļos kā rasa, bet temperatūrā zem 0° (sublimācija). Kad veidojas rasa, izdalās latentais siltums; kad veidojas sals, siltums, gluži pretēji, tiek absorbēts.

Šķidra un cieta plāksne - plāna ūdens vai ledus plēve, kas veidojas uz vertikālām virsmām (sienām, stabiem utt.), aukstam laikam pārejot uz siltu, mitram un siltam gaisam saskaroties ar atdzesētu virsmu.

Sarma - balti irdeni nogulumi, kas nosēžas uz kokiem, vadiem un ēku stūriem no gaisa piesātināta ar mitrumu temperatūrā, kas ir krietni zem 0°. ledus. Parasti veidojas rudenī un pavasarī 0°, -5° temperatūrā.

Kondensācijas vai sublimācijas produktu (ūdens pilienu, ledus kristālu) uzkrāšanos gaisa virsmas slāņos sauc. migla vai migla. Migla un dūmaka atšķiras pēc pilienu izmēra un izraisa dažādas samazinātas redzamības pakāpes. Miglā redzamība ir 1 km vai mazāka, dūmakā - vairāk nekā 1 km. Pilieniem kļūstot lielākiem, dūmaka var pārvērsties miglā. Mitruma iztvaikošana no pilienu virsmas var izraisīt miglas pārvēršanos dūmakā.

Ja noteiktā augstumā virs virsmas notiek ūdens tvaiku kondensācija (vai sublimācija), mākoņi. No miglas tie atšķiras ar savu atrašanās vietu atmosfērā, pēc fiziskās struktūras un formu daudzveidības. Mākoņu veidošanās galvenokārt ir saistīta ar pieaugošā gaisa adiabātisku atdzišanu. Paceļoties un vienlaikus pakāpeniski atdziestot, gaiss sasniedz robežu, kurā tā temperatūra ir vienāda ar rasas punktu. Šo robežu sauc kondensācijas līmenis. Augšā kondensācijas kodolu klātbūtnē sākas ūdens tvaiku kondensācija un var veidoties mākoņi. Tādējādi mākoņu apakšējā robeža praktiski sakrīt ar kondensācijas līmeni. Mākoņu augšējo robežu nosaka konvekcijas līmenis - augšupejošo gaisa plūsmu sadalījuma robežas. Tas bieži sakrīt ar kavēšanās slāņiem.

Lielā augstumā, kur pieaugošā gaisa temperatūra ir zem 0°, mākonī parādās ledus kristāli. Kristalizācija parasti notiek temperatūrā -10° C, -15° C. Nav asas robežas starp šķidro un cieto elementu izvietojumu mākonī, ir spēcīgi pārejas slāņi. Ūdens pilienus un ledus kristālus, kas veido mākoni, augšupejošas straumes nes uz augšu un gravitācijas ietekmē atkal nolaižas. Nokrītot zem kondensācijas robežas, pilieni var iztvaikot. Atkarībā no noteiktu elementu pārsvara mākoņus iedala ūdenī, ledū, jauktos.

Ūdens Mākoņus veido ūdens pilieni. Pie negatīvas temperatūras pilieni mākonī tiek pārdzesēti (līdz -30°C). Pilienu rādiuss visbiežāk ir no 2 līdz 7 mikroniem, retāk līdz 100 mikroniem. 1 cm 3 ūdens mākonī ir vairāki simti pilienu.

Ledus Mākoņus veido ledus kristāli.

sajaukts vienlaikus satur dažāda izmēra ūdens pilienus un ledus kristālus. Siltajā sezonā ūdens mākoņi parādās galvenokārt troposfēras apakšējos slāņos, jaukti - vidū, ledus - augšējos. Mūsdienu starptautiskā mākoņu klasifikācija balstās uz to sadalījumu pēc augstuma un izskata.

Pēc izskata un augstuma mākoņi tiek iedalīti 10 ģintīs:

I ģimene (augšējais līmenis):

1. veids. Cirrus (C)- atsevišķi smalki mākoņi, šķiedraini vai pavedienveidīgi, bez "ēnām", parasti balti, bieži spīdoši.

2. veids. Cirrocumulus (CC) — caurspīdīgu pārslu un bumbiņu slāņi un izciļņi bez ēnām.

3. veids. Cirrostratus (Cs) - plāns, balts, caurspīdīgs apvalks.

Visi augšējā līmeņa mākoņi ir apledojuši.

II ģimene (vidējais līmenis):

4. veids. Altocumulus(AC) - balto plākšņu un lodīšu slāņi vai izciļņi, vārpstas. Tie sastāv no sīkiem ūdens pilieniem.

5. veids. Altostratus(Kā) - gluds vai nedaudz viļņains pelēkas krāsas plīvurs. Tie ir jaukti mākoņi.

III ģimene (zemāks līmenis):

6. veids. Stratocumulus(Sс) - pelēkas krāsas bloku un šahtu slāņi un grēdas. Sastāv no ūdens pilieniem.

7. veids. slāņains(Sv) - pelēko mākoņu plīvurs. Parasti tie ir ūdens mākoņi.

8. veids. Nimbostrāts(Ns) - bezveidīgs pelēks slānis. Bieži vien "; šos mākoņus pavada pamatīgs lietus (fn),

Slāņu-nimba mākoņi jauca.

IV ģimene (vertikālās attīstības mākoņi):

9. veids. Cumulus(Si) - blīvi mākoņaini nūjas un kaudzes ar gandrīz horizontālu pamatni. Gubmākoņi ir ūdens.Gubumākoņus ar saplēstām malām sauc par saplēstiem gubumākoņiem. (Fc).

10. veids. Cumulonimbus(Sv) - vertikāli izveidojās blīvi nūjas, lejasdaļā ūdeņaini, augšdaļā apledojuši.

Mākoņu raksturu un formu nosaka procesi, kas izraisa gaisa atdzišanu, izraisot mākoņu veidošanos. Rezultātā konvekcija, Neviendabīga virsma, kas veidojas karsējot, rada gubu mākoņus (IV ģimene). Tie atšķiras atkarībā no konvekcijas intensitātes un kondensācijas līmeņa stāvokļa: jo intensīvāka konvekcija, jo augstāks tās līmenis, jo lielāka ir gubumākoņu vertikālā jauda.

Siltā un aukstā gaisa masām satiekoties, siltam gaisam vienmēr ir tendence pacelties augšā aukstā gaisā. Paceļoties, adiabātiskās atdzišanas rezultātā veidojas mākoņi. Ja siltais gaiss lēnām paceļas pa nedaudz slīpu (1-2 km attālumā 100-200 km) saskarni starp siltām un aukstām masām (augšupejoša slīdēšanas process), veidojas nepārtraukts mākoņu slānis, kas stiepjas simtiem kilometru (700- 900 km). Parādās raksturīga mākoņu sistēma: zemāk bieži sastopami nodriskāti lietus mākoņi (fn), virs tiem - slāņains lietus (Ns), augšā - augstslāņains (Kā), cirrostratus (Cs) un spalvu mākoņi (AR).

Gadījumā, ja silto gaisu enerģiski uz augšu spiež zem tā plūstošais aukstais gaiss, veidojas cita mākoņu sistēma. Tā kā aukstā gaisa virsmas slāņi berzes dēļ kustas lēnāk nekā virskārti, saskarne tās apakšējā daļā strauji izliecas, siltais gaiss paceļas gandrīz vertikāli un tajā veidojas gubu mākoņi. (Cb). Ja iepriekš ir novērojama siltā gaisa slīdēšana uz augšu pār aukstu gaisu, tad (kā pirmajā gadījumā) veidojas nimbostrāta, altostrāta un cirrostratus mākoņi (kā pirmajā gadījumā). Ja augšupejošais slīdējums apstājas, mākoņi neveidojas.

Tiek saukti par mākoņiem, kas veidojas, siltam gaisam paceļoties virs aukstā gaisa frontālais. Ja gaisa celšanos izraisa tā plūsma uz kalnu un pauguru nogāzēm, šajā gadījumā izveidojušos mākoņus sauc orogrāfisks. Pie inversijas slāņa apakšējās robežas, kas atdala blīvākos un mazāk blīvos gaisa slāņus, parādās vairākus simtus metru gari un 20-50 m augsti viļņi.Uz šo viļņu virsotnēm, kur gaiss paceļoties atdziest, veidojas mākoņi. ; mākoņu veidošanās nenotiek padziļinājumos starp cekulām. Tātad ir garas paralēlas sloksnes vai vārpstas. viļņaini mākoņi. Atkarībā no atrašanās vietas augstuma tie ir altokumuli vai stratokumuli.

Ja mākoņi atmosfērā jau bija pirms viļņu kustības sākuma, tie kļūst blīvāki uz viļņu virsotnēm un blīvums samazinās ieplakās. Rezultāts ir bieži novērotā tumšāku un gaišāku mākoņu joslu maiņa. Turbulentai gaisam sajaucoties lielā platībā, piemēram, paaugstinātas berzes rezultātā uz virsmas, tai virzoties no jūras uz sauszemi, veidojas mākoņu slānis, kas dažādās daļās atšķiras ar nevienlīdzīgu spēku un pat saplīst. Siltuma zudumi ar starojumu naktīs ziemā un rudenī izraisa mākoņu veidošanos gaisā ar augstu ūdens tvaiku saturu. Tā kā šis process norit mierīgi un nepārtraukti, parādās nepārtraukts mākoņu slānis, kas dienas laikā kūst.

Pērkona negaiss. Mākoņu veidošanās procesu vienmēr pavada elektrifikācija un brīvo lādiņu uzkrāšanās mākoņos. Elektrifikācija novērojama pat nelielos gubu mākoņos, bet īpaši intensīva tā ir spēcīgajos vertikālas attīstības gubu mākoņos ar zemu temperatūru augšdaļā (t

Starp mākoņa daļām ar dažādiem lādiņiem vai starp mākoni un zemi notiek elektriskās izlādes - zibens, pavadībā pērkons.Šis ir pērkona negaiss. Pērkona negaisa ilgums ir maksimums vairākas stundas. Katru stundu uz Zemes notiek aptuveni 2000 pērkona negaisu. Pērkona negaisu rašanās labvēlīgi apstākļi ir spēcīga konvekcija un augsts mākoņu ūdens saturs. Tāpēc īpaši bieži pērkona negaiss ir virs sauszemes tropiskajos platuma grādos (līdz 150 dienām gadā ar pērkona negaisiem), mērenajos platuma grādos virs sauszemes - ar pērkona negaisiem 10-30 dienas gadā, virs jūras - 5-10. Pērkona negaiss polārajos reģionos ir ļoti reti sastopams.

Gaismas parādības atmosfērā. Gaismas staru atstarošanas, laušanas un difrakcijas rezultātā pilienos un mākoņu ledus kristālos parādās halo, vainagi, varavīksnes.

Halo - tie ir apļi, loki, gaiši plankumi (viltus saules), krāsaini un bezkrāsaini, kas rodas augšējā līmeņa ledus mākoņos, biežāk cirrostratus. Oreola daudzveidība ir atkarīga no ledus kristālu formas, to orientācijas un kustības; Saules augstumam virs horizonta ir nozīme.

Kroņi - gaiši, nedaudz krāsaini gredzeni, kas ieskauj Sauli vai Mēnesi, kas ir caurspīdīgi caur plāniem ūdens mākoņiem. Blakus gaismeklim (halo) var būt viens kronis, un var būt vairāki "papildu gredzeni", kas atdalīti ar spraugām. Katram vainagam ir iekšējā puse, kas vērsta pret zvaigzni, ir zila, ārējā puse ir sarkana. Kronu parādīšanās iemesls ir gaismas difrakcija, kas iet starp mākoņa pilieniem un kristāliem. Vainaga izmēri ir atkarīgi no pilienu un kristālu lieluma: jo lielāki pilieni (kristāli), jo mazāks vainags un otrādi. Ja mākoņa elementi mākonī kļūst lielāki, vainaga rādiuss pakāpeniski samazinās, bet, samazinoties mākoņu elementu izmēram (iztvaikošana), tas palielinās. Lieli balti kroņi ap Sauli vai Mēnesi "viltus saulītes"; pīlāri ir laba laika pazīmes.

Varavīksne Tas ir redzams uz Saules apgaismota mākoņa fona, no kura krīt lietus lāses. Tas ir gaišs loks, krāsots spektrālās krāsās: loka ārējā mala ir sarkana, iekšējā mala ir violeta. Šis loks ir daļa no apļa, kura centru savieno "; ass"; (viena taisna līnija) ar novērotāja aci un ar saules diska centru. Ja Saule atrodas zemu pie horizonta, novērotājs redz pusi no apļa; ja Saule paceļas, loka kļūst mazāka, jo apļa centrs nokrīt zem horizonta. Kad saule ir >42°, varavīksne nav redzama. No lidmašīnas jūs varat novērot varavīksni gandrīz pilna apļa formā.

Papildus galvenajai varavīksnei ir arī sekundāras, nedaudz krāsainas. Varavīksne veidojas saules gaismas laušanas un atstarošanas rezultātā ūdens pilienos. Uz pilieniem krītošie stari iznāk no pilieniem it kā šķirti, iekrāsoti, un tādus tos redz novērotājs. Kad stari tiek lauzti divreiz pilē, parādās sekundāra varavīksne. Varavīksnes krāsa, tās platums un sekundāro loku veids ir atkarīgs no pilienu lieluma. Lieli pilieni dod mazāku, bet gaišāku varavīksni; lāsēm samazinoties, varavīksne kļūst platāka, tās krāsas kļūst izplūdušas; ar ļoti maziem pilieniem tas ir gandrīz balts. Gaismas parādības atmosfērā, ko izraisa gaismas stara izmaiņas pilienu un kristālu ietekmē, ļauj spriest par mākoņu uzbūvi un stāvokli un izmantojamas laikapstākļu prognozēs.

Mākoņainība, dienas un gada svārstības, mākoņu sadalījums.

Mākoņainība - debesu mākoņu pārklājuma pakāpe: 0 - skaidras debesis, 10 - apmācies, 5 - puse no debesīm klāta ar mākoņiem, 1 - mākoņi klāj 1/10 no debesīm utt. Aprēķinot vidējo mākoņainību, tiek izmantotas arī vienības desmitdaļas, piemēram: 0,5 5,0, 8,7 utt. Ikdienas mākoņainības gaitā virs zemes sastopami divi maksimumi - agrā rītā un pēcpusdienā. No rīta temperatūras pazemināšanās un relatīvā mitruma palielināšanās veicina slāņu mākoņu veidošanos, pēcpusdienā, attīstoties konvekcijai, parādās gubu mākoņi. Vasarā dienas maksimums ir izteiktāks nekā rīta. Ziemā dominē slāņu mākoņi un maksimālā mākoņainība ir rīta un nakts stundās. Virs okeāna mākoņainības gaita ir apgriezta virs zemes: maksimālā mākoņainība ir naktī, minimālā - dienā.

Gada mākoņainības gaita ir ļoti dažāda. Zemajos platuma grādos mākoņu sega būtiski nemainās visa gada garumā. Virs kontinentiem maksimālā konvekcijas mākoņu attīstība notiek vasarā. Vasaras mākoņainības maksimums tiek novērots musonu attīstības zonā, kā arī virs okeāniem augstos platuma grādos. Kopumā mākoņainības sadalījumā uz Zemes ir pamanāms zonējums, kas galvenokārt saistīts ar dominējošo gaisa kustību - tās pieaugumu vai kritumu. Tiek atzīmēti divi maksimumi - virs ekvatora spēcīgas mitra gaisa kustības dēļ un virs 60-70 ° ar. un y.sh. saistībā ar gaisa celšanos mērenajos platuma grādos valdošajos ciklonos. Virs sauszemes mākoņainība ir mazāka nekā virs okeāna, un tās zonalitāte ir mazāk izteikta. Mākoņu minimums ir 20–30°S. un s. sh. un uz stabiem; tie ir saistīti ar gaisa pazemināšanu.

Gada vidējais mākoņu daudzums uz visu Zemi ir 5,4; virs zemes 4,9; virs okeāna 5.8. Minimālais vidējais mākoņu daudzums gadā ir konstatēts Asuānā (Ēģipte) 0,5. Maksimālais gada vidējais mākoņu daudzums (8,8) novērots Baltajā jūrā; Atlantijas un Klusā okeāna ziemeļu reģioniem un Antarktīdas piekrastei raksturīgi lieli mākoņi.

Mākoņiem ir ļoti svarīga loma ģeogrāfiskajā aploksnē. Viņi nes mitrumu, ar tiem ir saistīti nokrišņi. Mākoņu sega atstaro un izkliedē saules starojumu un vienlaikus aizkavē zemes virsmas termisko starojumu, regulējot gaisa apakšējo slāņu temperatūru: bez mākoņiem gaisa temperatūras svārstības kļūtu ļoti asas.

Nokrišņi. Nokrišņi ir ūdens, kas no atmosfēras izkritis uz virsmas lietus, smidzināšanas, graudu, sniega, krusas veidā. Nokrišņi krīt galvenokārt no mākoņiem, taču ne katrs mākonis dod nokrišņus. Ūdens pilieni un ledus kristāli mākonī ir ļoti mazi, tos viegli notur gaiss, un pat vājas augšupejošas straumes nes tos uz augšu. Nokrišņiem ir nepieciešams, lai mākoņu elementi augtu pietiekami lieli, lai pārvarētu pieaugošās straumes un gaisa pretestību. Dažu mākoņa elementu palielināšanās notiek uz citu rēķina, pirmkārt, pilienu saplūšanas un kristālu saķeres rezultātā, un, otrkārt, un tas ir galvenais, dažu elementu iztvaikošanas rezultātā. mākoņa, ūdens tvaiku difūza pārnešana un kondensācija uz citiem.

Pilienu vai kristālu sadursme notiek nejaušu (turbulentu) kustību laikā vai kad tie krīt ar dažādu ātrumu. Sapludināšanas procesu kavē gaisa plēve uz pilienu virsmas, kas izraisa sadursmes pilienu atsitienu, kā arī tāda paša nosaukuma elektriskie lādiņi. Dažu mākoņu elementu augšana uz citu rēķina ūdens tvaiku difūzās pārneses dēļ ir īpaši intensīva jauktos mākoņos. Tā kā maksimālais mitruma saturs virs ūdens ir lielāks nekā virs ledus, ledus kristāliem mākonī ūdens tvaiki var piesātināt telpu, savukārt ūdens pilieniem piesātinājuma nebūs. Tā rezultātā pilieni sāks iztvaikot, un kristāli strauji pieaugs mitruma kondensācijas dēļ uz to virsmas.

Dažāda izmēra pilienu klātbūtnē ūdens mākonī sākas ūdens tvaiku kustība uz lielākiem pilieniem un sākas to augšana. Bet, tā kā šis process ir ļoti lēns, tad no ūdens mākoņiem (slāņi, stratokumulus) izkrīt ļoti mazi pilieni (diametrs 0,05-0,5 mm). Mākoņi, kuru struktūra ir viendabīga, parasti nerada nokrišņus. Īpaši labvēlīgi apstākļi nokrišņu rašanās vertikālās attīstības mākoņos. Šāda mākoņa apakšējā daļā ir ūdens pilieni, augšējā daļā ir ledus kristāli, starpzonā ir pārdzesēti pilieni un kristāli.

Retos gadījumos, kad ļoti mitrā gaisā ir liels kondensācijas kodolu skaits, var novērot atsevišķu lietus lāšu nokrišņus bez mākoņiem. Lietus lāsēm ir 0,05 līdz 7 mm diametrs (vidēji 1,5 mm), lielāki pilieni gaisā sadalās. Pilieni līdz 0,5 mm diametrā līņāt.

Krītošās lietus lāses ir acij nemanāmas. Īsts lietus ir jo lielāks, jo stiprākas augšupejošās gaisa straumes pārvar krītošie pilieni.Pie augšupejoša gaisa ātruma 4 m/s uz zemes virsmas krīt pilieni, kuru diametrs ir vismaz 1 mm: augšupejošas straumes ar ātrumu 8 m / s nevar pārvarēt pat lielākos kritumus. Krītošo lietus pilienu temperatūra vienmēr ir nedaudz zemāka par gaisa temperatūru. Ja no mākoņa krītošie ledus kristāli gaisā neizkūst, uz virsmas nokrīt cieti nokrišņi (sniegs, graudi, krusa).

Sniegpārslas ir sešstūra formas ledus kristāli ar stariem, kas veidojas sublimācijas procesā. Mitrās sniegpārslas salīp kopā, veidojot sniega pārslas. Sniega granulas ir sferokristāli, kas rodas nejaušas ledus kristālu augšanas rezultātā augsta relatīvā mitruma apstākļos (vairāk nekā 100%). Ja sniega granula ir pārklāta ar plānu ledus apvalku, tā pārvēršas par ledus putraimi.

krusa iekrīt siltajā sezonā no spēcīgiem gubu mākoņiem . Parasti krusa ir īslaicīga. Krusas akmeņi veidojas, vairākkārtējas ledus granulu kustības mākonī augšup un lejup rezultātā. Nokrītot, graudi iekrīt pārdzesētu ūdens pilienu zonā un pārklājas ar caurspīdīgu ledus apvalku; tad tie atkal paceļas uz ledus kristālu zonu un uz to virsmas veidojas necaurspīdīgs sīku kristāliņu slānis.

Krusai ir sniega kodols un virkne pārmaiņus caurspīdīgu un necaurspīdīgu ledus čaulu. Korpusu skaits un krusas lielums ir atkarīgs no tā, cik reižu tas pacēlās un nokrita mākonī. Visbiežāk izkrīt krusas ar diametru 6-20 mm, dažreiz ir daudz lielākas. Parasti krusa krīt mērenajos platuma grādos, bet visintensīvākā krusa krīt tropos. Polārajos reģionos krusa nelīst.

Nokrišņi tiek mērīti pēc ūdens slāņa biezuma milimetros, kas varētu veidoties nokrišņu rezultātā uz horizontālas virsmas, ja nav iztvaikošanas un iesūkšanās augsnē. Pēc intensitātes (nokrišņu milimetru skaits 1 minūtē) nokrišņus iedala vājos, mērenos un stipros. Nokrišņu raksturs ir atkarīgs no to veidošanās apstākļiem.

virs galvas nokrišņi, raksturo viendabīgums un ilgums, parasti nokrīt lietus veidā no nimbostratus mākoņiem.

spēcīgas lietusgāzes ko raksturo strauja intensitātes maiņa un īss ilgums. Tie nokrīt no gubu slāņu mākoņiem lietus, sniega un dažkārt lietus un krusas veidā. Tika novērotas atsevišķas dušas ar intensitāti līdz 21,5 mm/min (Havaju salās).

Lietaini nokrišņi izkrist no stratocumulus un stratocumulus mākoņiem. Pilieni, kas tos veido (aukstā laikā - mazākie kristāli), ir tik tikko redzami un šķiet, ka tie ir suspendēti gaisā.

Ikdienas nokrišņu gaita sakrīt ar diennakts mākoņu gaitu. Ir divi ikdienas nokrišņu veidi – kontinentālie un jūras (piekrastes). kontinentālais tips ir divi maksimumi (no rīta un pēcpusdienā) un divi minimumi (naktī un pirms pusdienlaika). jūras tips- viens maksimums (nakts) un viens minimums (diena). Gada nokrišņu gaita dažādās platuma zonās un vienas zonas dažādās daļās ir atšķirīga. Tas ir atkarīgs no siltuma daudzuma, termiskā režīma, gaisa kustības, ūdens un zemes sadalījuma un lielā mērā no topogrāfijas. Visu ikgadējo nokrišņu daudzveidību nevar reducēt uz vairākiem veidiem, taču var atzīmēt dažādiem platuma grādiem raksturīgās iezīmes, kas ļauj runāt par to zonalitāti. Ekvatoriālajiem platuma grādiem ir raksturīgas divas lietus sezonas (pēc ekvinokcijas), kuras atdala divas sausās sezonas. Tropu virzienā notiek izmaiņas gada nokrišņu režīmā, kas izpaužas kā mitro sezonu saplūšana un to saplūšana tropu tuvumā vienā sezonā ar stiprām lietavām, kas ilgst 4 mēnešus gadā. Subtropu platuma grādos (35-40°) ir arī viena lietus sezona, bet tā iekrīt ziemā. Mērenajos platuma grādos ikgadējais nokrišņu daudzums okeānā, kontinentu iekšienē un piekrastē ir atšķirīgs. Ziemas nokrišņi dominē pār okeānu, bet vasaras nokrišņi pār kontinentiem. Vasaras nokrišņi ir raksturīgi arī polārajiem platuma grādiem. Gada nokrišņu gaita katrā gadījumā skaidrojama tikai ar atmosfēras cirkulāciju.

Visvairāk nokrišņu ir ekvatoriālajos platuma grādos, kur gada daudzums pārsniedz 1000-2000 mm. Klusā okeāna ekvatoriālajās salās nokrīt līdz 4000-5000 mm gadā, bet tropu salu kalnu pretvēja nogāzēs līdz 10 000 mm. Spēcīgas lietusgāzes izraisa spēcīgas ļoti mitra gaisa konvekcijas straumes. Uz ziemeļiem un dienvidiem no ekvatoriālajiem platuma grādiem nokrišņu daudzums samazinās, sasniedzot minimumu pie 25-35° paralēles, kur to gada vidējais daudzums nepārsniedz 500 mm. Kontinentu iekštelpās un rietumu piekrastē lietus vietām nelīst vairākus gadus. Mērenajos platuma grādos nokrišņu daudzums atkal palielinās un vidēji gadā ir 800 mm; kontinentu iekšējā daļā to ir mazāk (500, 400 un pat 250 mm gadā); Okeāna krastos vairāk (līdz 1000 mm gadā). Augstos platuma grādos, pie zemas temperatūras un zema mitruma satura gaisā, gada nokrišņu daudzums

Maksimālais vidējais nokrišņu daudzums gadā nokrīt Čerapundži (Indijā) - aptuveni 12 270 mm. Lielākais gada nokrišņu daudzums tur ir aptuveni 23 000 mm, mazākais - vairāk nekā 7000 mm. Minimālais reģistrētais vidējais gada nokrišņu daudzums ir Asuānā (0).

Kopējais nokrišņu daudzums, kas gadā nokrīt uz Zemes virsmas, uz tās var veidot līdz pat 1000 mm augstu vienlaidu slāni.

Sniega sega. Sniega segumu veido sniega nokrišana uz zemes virsmas pietiekami zemā temperatūrā, lai to uzturētu. To raksturo augstums un blīvums.

Sniega segas augstums, mērot centimetros, ir atkarīgs no nokrišņu daudzuma uz virsmas vienības, no sniega blīvuma (masas un tilpuma attiecības), no reljefa, no veģetācijas segas un arī uz vēja, kas kustina sniegu. Mērenajos platuma grādos parastais sniega segas augstums ir 30-50 cm. Tā augstākais augstums Krievijā ir Jeņisejas vidusteces baseinā - 110 cm. Kalnos tas var sasniegt vairākus metrus.

Sniega sega, kurai ir augsts albedo un augsts starojums, veicina gaisa virsmas slāņu temperatūras pazemināšanos, īpaši skaidrā laikā. Minimālā un maksimālā gaisa temperatūra virs sniega segas ir zemāka nekā tādos pašos apstākļos, bet, ja tādas nav.

Polārajos un augstkalnu reģionos sniega sega ir pastāvīga. Mērenajos platuma grādos tā sastopamības ilgums mainās atkarībā no klimatiskajiem apstākļiem. Sniega sega, kas saglabājas mēnesi, tiek saukta par stabilu. Šāda sniega sega katru gadu veidojas lielākajā daļā Krievijas teritorijas. Tālajos ziemeļos tas ilgst 8-9 mēnešus, centrālajos reģionos - 4-6, Azovas un Melnās jūras krastos sniega sega ir nestabila. Sniega kušanu galvenokārt izraisa siltā gaisa iedarbība, kas nāk no citām vietām. Saules gaismas ietekmē nokūst aptuveni 36% sniega segas. Siltais lietus palīdz izkust. Piesārņotais sniegs kūst ātrāk.

Sniegs ne tikai kūst, bet arī iztvaiko sausā gaisā. Bet sniega segas iztvaikošana ir mazāk svarīga nekā kušana.

Hidratācija. Lai novērtētu virsmas mitrināšanas apstākļus, nepietiek tikai zināt nokrišņu daudzumu. Ar vienādu nokrišņu daudzumu, bet atšķirīgu iztvaikošanu, mitrināšanas apstākļi var būt ļoti atšķirīgi. Lai raksturotu mitruma apstākļus, izmantojiet mitruma koeficients (K), kas atspoguļo nokrišņu daudzuma attiecību (r) uz iztvaikošanu (Ēst) par to pašu periodu.

Mitrumu parasti izsaka procentos, bet to var izteikt arī kā daļu. Ja nokrišņu daudzums ir mazāks par iztvaikošanu, t.i. Uz mazāk nekā 100% (vai Uz mazāks par 1), mitrums ir nepietiekams. Plkst Uz vairāk nekā 100% mitrums var būt pārmērīgs, pie K=100% tas ir normāli. Ja K=10% (0,1) vai mazāk par 10%, mēs runājam par nenozīmīgu mitrumu.

Pustuksnešos K ​​ir 30%, bet 100% (100-150%).

Gada laikā uz zemes virsmas nokrīt vidēji 511 tūkstoši km 3 nokrišņu, no kuriem 108 tūkstoši km 3 (21%) nokrīt uz sauszemes, pārējie - okeānā. Gandrīz puse no visiem nokrišņiem nokrīt starp 20°Z. sh. un 20°S sh. Polārie apgabali veido tikai 4% no nokrišņu daudzuma.

Vidēji gada laikā no Zemes virsmas iztvaiko tik daudz ūdens, cik uz tās nokrīt. Galvenais ";avots"; mitrums atmosfērā ir Okeāns subtropu platuma grādos, kur virsmas uzkarsēšana rada apstākļus maksimālai iztvaikošanai noteiktā temperatūrā. Tajos pašos platuma grādos uz sauszemes, kur iztvaikošana ir augsta un nav ko iztvaikot, rodas beznoteces reģioni un tuksneši. Okeānam kopumā ūdens bilance ir negatīva (iztvaikošana ir vairāk nokrišņu), uz sauszemes tā ir pozitīva (iztvaikošana ir mazāk nokrišņu). Kopējais atlikums tiek izlīdzināts ar notekas "pārpalikumu"; ūdens no zemes uz okeānu.

režīmā atmosfēra Zeme ir pētīta kā ... ietekme uz radiāciju un termiskirežīmāatmosfēra laika apstākļu noteikšana un... virsmas. Lielākā daļa termiski enerģiju, ko tā saņem atmosfēra, nāk no pamatāvirsmas ...

Siltumenerģija nonāk atmosfēras apakšējos slāņos galvenokārt no zemās virsmas. Šo slāņu termiskais režīms

ir cieši saistīta ar zemes virsmas termisko režīmu, tāpēc tā izpēte ir arī viens no svarīgiem meteoroloģijas uzdevumiem.

Galvenie fizikālie procesi, kuros augsne saņem vai izdala siltumu, ir: 1) starojuma siltuma pārnese; 2) turbulenta siltuma apmaiņa starp apakšējo virsmu un atmosfēru; 3) molekulārā siltuma apmaiņa starp augsnes virsmu un apakšējo fiksēto blakus gaisa slāni; 4) siltuma apmaiņa starp augsnes slāņiem; 5) fāzes siltuma pārnese: siltuma patēriņš ūdens iztvaikošanai, ledus un sniega kušanai augsnes virspusē un dziļumā vai tā izdalīšanai reverso procesu laikā.

Zemes virsmas un ūdenstilpņu termisko režīmu nosaka to termofizikālās īpašības. Sagatavošanas laikā īpaša uzmanība jāpievērš augsnes siltumvadītspējas vienādojuma (Furjē vienādojuma) atvasināšanai un analīzei. Ja augsne ir vienmērīga vertikāli, tad tās temperatūra t dziļumā z laikā t var noteikt no Furjē vienādojuma

kur a- augsnes termiskā difūzija.

Šī vienādojuma sekas ir temperatūras svārstību izplatīšanās augsnē pamatlikumi:

1. Svārstību perioda ar dziļumu nemainīguma likums:

T(z) = konst (2)

2. Svārstību amplitūdas samazināšanās likums ar dziļumu:

(3)

kur un ir amplitūdas dziļumos a- starp dziļumiem esošā augsnes slāņa termiskā difūzija;

3. Svārstību ar dziļumu fāzes nobīdes likums (aizkavēšanās likums):

(4)

kur ir kavēšanās, t.i. atšķirība starp vienas un tās pašas svārstību fāzes (piemēram, maksimālās) sākuma momentiem dziļumā un temperatūras svārstībām, kas dziļi iekļūst augsnē znp definēts ar attiecību:

(5)

Turklāt ir jāpievērš uzmanība vairākām sekām, kas izriet no likuma par svārstību amplitūdas samazināšanos ar dziļumu:

a) dziļums, kādā dažādās augsnēs ( ) temperatūras svārstību amplitūdas ar tādu pašu periodu ( = T 2) samazinājums par tādu pašu reižu skaitu attiecas viens uz otru kā šo augšņu termiskās difūzijas kvadrātsaknes

b) dziļums, kādā tajā pašā augsnē ( a= const) temperatūras svārstību amplitūdas dažādos periodos ( ) samazināties par tādu pašu summu =konst, ir savstarpēji saistīti kā svārstību periodu kvadrātsaknes

(7)

Ir skaidri jāsaprot siltuma plūsmas augsnē veidošanās fiziskā nozīme un iezīmes.

Siltuma plūsmas virsmas blīvumu augsnē nosaka pēc formulas:

kur λ ir augsnes vertikālās temperatūras gradienta siltumvadītspējas koeficients.

Tūlītēja vērtība R ir izteiktas kW/m līdz tuvākajai simtdaļai, summas R - MJ / m 2 (stundu un dienu - līdz simtdaļām, mēnesī - līdz vienībām, gadā - līdz desmitiem).

Vidējais virsmas siltuma plūsmas blīvums caur augsnes virsmu laika intervālā t ir aprakstīts ar formulu

kur C ir augsnes tilpuma siltumietilpība; intervāls; z „ lpp- temperatūras svārstību iespiešanās dziļums; ∆tcp- starpība starp augsnes slāņa vidējo temperatūru līdz dziļumam znp intervāla m beigās un sākumā Sniegsim galvenos uzdevumu piemērus par tēmu “Augsnes termiskais režīms”.

1. uzdevums. Kādā dziļumā tas samazinās e reizes lielāka par diennakts svārstību amplitūdu augsnē ar termiskās difūzijas koeficientu a\u003d 18,84 cm 2 / h?

Lēmums. No (3) vienādojuma izriet, ka diennakts svārstību amplitūda samazināsies par koeficientu e dziļumā, kas atbilst nosacījumam.

2. uzdevums. Atrodiet diennakts temperatūras svārstību iespiešanās dziļumu granītā un sausās smiltīs, ja piegulošo teritoriju ekstremālās virsmas temperatūras ar granīta augsni ir 34,8 °C un 14,5 °C, bet ar sausu smilšainu augsni 42,3 °C un 7,8 °C. granīta termiskā difūzija a g \u003d 72,0 cm 2 / h, sausas smiltis a n \u003d 23,0 cm 2 / h.

Lēmums. Temperatūras amplitūda uz granīta un smilšu virsmas ir vienāda ar:

Iespiešanās dziļumu ņem vērā pēc formulas (5):

Pateicoties lielākai granīta termiskajai difūzijai, mēs ieguvām arī lielāku ikdienas temperatūras svārstību iespiešanās dziļumu.

3. uzdevums. Pieņemot, ka augšējā augsnes slāņa temperatūra mainās lineāri ar dziļumu, jāaprēķina virsmas siltuma plūsmas blīvums sausās smiltīs, ja tās virsmas temperatūra ir 23,6 "AR, un temperatūra 5 cm dziļumā ir 19,4 °C.

Lēmums.Šajā gadījumā augsnes temperatūras gradients ir vienāds ar:

Sauso smilšu siltumvadītspēja λ= 1,0 W/m*K. Siltuma plūsmu augsnē nosaka pēc formulas:

P = -λ - = 1,0 84,0 10 "3 \u003d 0,08 kW / m 2

Atmosfēras virsmas slāņa termisko režīmu nosaka galvenokārt turbulentā sajaukšanās, kuras intensitāte ir atkarīga no dinamiskajiem faktoriem (zemes virsmas raupjums un vēja ātruma gradienti dažādos līmeņos, kustības mērogs) un termiskajiem faktoriem (sildīšanas neviendabīgums) dažādas virsmas daļas un vertikālais temperatūras sadalījums).

Turbulentās sajaukšanās intensitātes raksturošanai izmanto turbulentās apmaiņas koeficientu BET un turbulences koeficients UZ. Tie ir saistīti ar attiecību

K \u003d A / p(10)

kur R - gaisa blīvums.

Turbulences koeficients Uz mēra m 2 / s, ar precizitāti līdz simtdaļām. Parasti atmosfēras virsmas slānī tiek izmantots turbulences koeficients UZ] augstumā G"= 1 m. Virsmas slānī:

kur z- augstums (m).

Ir jāzina pamatmetodes noteikšanai UZ\.

1. uzdevums. Aprēķiniet vertikālās siltuma plūsmas virsmas blīvumu atmosfēras virsmas slānī caur laukumu, kurā gaisa blīvums ir vienāds ar normālu, turbulences koeficients ir 0,40 m 2 /s, un vertikālais temperatūras gradients ir 30,0 ° C/100m.

Lēmums. Mēs aprēķinām vertikālās siltuma plūsmas virsmas blīvumu pēc formulas

L=1,3*1005*0,40*

Izpētīt atmosfēras virsējā slāņa termisko režīmu ietekmējošos faktorus, kā arī brīvās atmosfēras temperatūras periodiskas un neperiodiskas izmaiņas. Zemes virsmas un atmosfēras siltuma bilances vienādojumi apraksta enerģijas nezūdamības likumu, ko saņem Zemes aktīvais slānis. Apsveriet siltuma bilances ikdienas un gada gaitu un tā izmaiņu iemeslus.

Literatūra

nodaļa Sh, ch. 2. § 1 -8.

Jautājumi pašpārbaudei

1. Kādi faktori nosaka augsnes un ūdenstilpju termisko režīmu?

2. Kāda ir termofizikālo raksturlielumu fiziskā nozīme un kā tie ietekmē augsnes, gaisa, ūdens temperatūras režīmu?

3. No kā ir atkarīgas augsnes virsmas temperatūras ikdienas un gada svārstību amplitūdas un kā tās ir atkarīgas?

4. Formulēt temperatūras svārstību sadalījuma pamatlikumus augsnē?

5. Kādas ir temperatūras svārstību sadalījuma augsnē pamatlikumu sekas?

6. Kādi ir vidējie diennakts un gada temperatūras svārstību iespiešanās dziļumi augsnē un ūdenstilpēs?

7. Kāda ir veģetācijas un sniega segas ietekme uz augsnes termisko režīmu?

8. Kādas ir ūdenstilpju termiskā režīma īpatnības, atšķirībā no augsnes termiskā režīma?

9. Kādi faktori ietekmē turbulences intensitāti atmosfērā?

10. Kādas turbulences kvantitatīvās īpašības jūs zināt?

11. Kādas ir galvenās metodes turbulences koeficienta noteikšanai, to priekšrocības un trūkumi?

12. Uzzīmējiet un analizējiet turbulences koeficienta ikdienas gaitu virs zemes un ūdens virsmām. Kādi ir to atšķirības iemesli?

13. Kā nosaka vertikālās turbulentās siltuma plūsmas virsmas blīvumu atmosfēras virsmas slānī?

Augsne ir klimata sistēmas sastāvdaļa, kas ir visaktīvākais saules siltuma akumulators, kas nonāk zemes virsmā.

Pamatvirsmas temperatūras dienas gaitai ir viens maksimums un viens minimums. Minimums ir ap saullēktu, maksimums ir pēcpusdienā. Diennakts cikla fāze un tās dienas amplitūda ir atkarīga no gadalaika, pazemes virsmas stāvokļa, nokrišņu daudzuma un nokrišņu daudzuma, kā arī no staciju atrašanās vietas, augsnes veida un tās mehāniskā sastāva.

Pēc mehāniskā sastāva augsnes iedala smilšainās, smilšmāla un smilšmāla augsnēs, kas atšķiras pēc siltumietilpības, termiskās difūzijas un ģenētiskajām īpašībām (jo īpaši pēc krāsas). Tumšās augsnes absorbē vairāk saules starojuma un tāpēc sasilst vairāk nekā vieglas augsnes. Smilšainas un smilšainas smilšmāla augsnes, ko raksturo mazāka, siltāka nekā smilšmāla.

Pamatā esošās virsmas temperatūras gada gaita parāda vienkāršu periodiskumu ar minimālo līmeni ziemā un maksimumu vasarā. Lielākajā daļā Krievijas teritorijas augstākā augsnes temperatūra tiek novērota jūlijā, Tālajos Austrumos Okhotskas jūras piekrastes joslā, un - jūlijā - augustā, Primorskas apgabala dienvidos - augustā. .

Pamatvirsmas maksimālās temperatūras gada lielākajā daļā raksturo augsnes ekstremālo termisko stāvokli, un tikai aukstākajos mēnešos - virsmas.

Labvēlīgi laikapstākļi, lai zemūdens virsma sasniegtu maksimālo temperatūru, ir: mākoņains laiks, kad saules starojuma pieplūdums ir maksimāls; zems vēja ātrums vai mierīgs, jo vēja ātruma palielināšanās palielina mitruma iztvaikošanu no augsnes; neliels nokrišņu daudzums, jo sausai augsnei raksturīga zemāka siltuma un termiskā difūzija. Turklāt sausā augsnē ir mazāks siltuma patēriņš iztvaikošanai. Tādējādi absolūtās temperatūras maksimumi parasti tiek novēroti skaidrākajās saulainās dienās uz sausas augsnes un parasti pēcpusdienas stundās.

Vidējo vērtību ģeogrāfiskais sadalījums no pamatvirsmas temperatūras absolūtajiem gada maksimumiem ir līdzīgs augsnes virsmas mēneša vidējo temperatūru izoģeotermu sadalījumam vasaras mēnešos. Izoģeotermas galvenokārt ir platuma. Jūru ietekme uz augsnes virsmas temperatūru izpaužas faktā, ka Japānas rietumu piekrastē un Sahalīnā un Kamčatkā izoģeotermu platuma virziens tiek izjaukts un tuvojas meridionālam (atkārtojas piekrastes līnija). Krievijas Eiropas daļā pamatvirsmas temperatūras absolūto gada maksimumu vidējās vērtības svārstās no 30–35°С ziemeļu jūru piekrastē līdz 60–62°С Rostovas dienvidos. Reģions, Krasnodaras un Stavropoles teritorijās, Kalmikijas Republikā un Dagestānas Republikā. Teritorijā augsnes virsmas temperatūras gada absolūto maksimumu vidējais rādītājs ir par 3–5°C zemāks nekā tuvējos līdzenajos apvidos, kas saistīts ar pacēlumu ietekmi uz nokrišņu pieaugumu apvidū un augsnes mitrumu. Līdzenuma teritorijas, kuras no valdošajiem vējiem noslēdz pauguri, ir raksturīgs samazināts nokrišņu daudzums un mazāks vēja ātrums, un līdz ar to paaugstinātas augsnes virsmas ekstremālo temperatūru vērtības.

Visstraujākais ekstremālo temperatūru pieaugums no ziemeļiem uz dienvidiem notiek pārejas zonā no meža un zonām uz zonu, kas ir saistīta ar nokrišņu samazināšanos stepju zonā un ar augsnes sastāva izmaiņām. Dienvidos ar vispārēju zemu mitruma līmeni augsnē vienādas augsnes mitruma izmaiņas atbilst būtiskākām temperatūras atšķirībām augsnēs, kas atšķiras pēc mehāniskā sastāva.

Arī Krievijas Eiropas daļas ziemeļu reģionos, pārejot no meža zonas uz zonām un tundru - pamatvirsmas temperatūras no dienvidiem uz ziemeļiem, krasi samazinās vidējās absolūtās gada temperatūras maksimumi. pārmērīgs mitrums. Krievijas Eiropas daļas ziemeļu reģioni aktīvās cikloniskās aktivitātes dēļ, cita starpā, atšķiras no dienvidu reģioniem ar palielinātu mākoņainību, kas krasi samazina saules starojuma nokļūšanu uz zemes virsmas.

Krievijas Āzijas daļā zemākie vidējie absolūtie maksimumi ir salās un ziemeļos (12–19°С). Virzoties uz dienvidiem, paaugstinās ekstremālās temperatūras, un Krievijas Eiropas un Āzijas daļas ziemeļos šis pieaugums notiek straujāk nekā pārējā teritorijā. Vietās ar minimālu nokrišņu daudzumu (piemēram, apgabalos starp Lenas un Aldanas upēm) izceļas paaugstinātas ekstremālās temperatūras vietas. Tā kā reģioni ir ļoti sarežģīti, augsnes virsmas ekstremālās temperatūras stacijām, kas atrodas dažādos reljefa veidos (kalnu apgabalos, baseinos, zemienēs, lielo Sibīrijas upju ielejās), ievērojami atšķiras. Pamatvirsmas absolūtās gada maksimālās temperatūras vidējās vērtības sasniedz augstākās vērtības Krievijas Āzijas daļas dienvidos (izņemot piekrastes zonas). Primorskas apgabala dienvidos absolūto gada maksimumu vidējais rādītājs ir zemāks nekā kontinentālajos reģionos, kas atrodas tajā pašā platuma grādos. Šeit to vērtības sasniedz 55–59 ° С.

Zemākās virsmas minimālās temperatūras tiek novērotas arī diezgan specifiskos apstākļos: aukstākajās naktīs, stundās tuvu saullēktam, anticikloniskajos laikapstākļos, kad mazs mākoņu daudzums veicina maksimāli efektīvu starojumu.

Vidējo izoģeotermu sadalījums no pamata virsmas temperatūras absolūtajiem gada minimumiem ir līdzīgs minimālo gaisa temperatūru izotermu sadalījumam. Lielākajā daļā Krievijas teritorijas, izņemot dienvidu un ziemeļu reģionus, apakšējās virsmas absolūtās gada minimālās temperatūras vidējās izoģeotermas iegūst meridionālu orientāciju (samazinās no rietumiem uz austrumiem). Krievijas Eiropas daļā vidējā absolūtā gada minimālā temperatūra pamatvirsmā svārstās no -25°C rietumu un dienvidu reģionos līdz -40... -45°C austrumu un it īpaši ziemeļaustrumu reģionos. (Timan Ridge un Bolšemeļskaja tundra). Augstākās absolūtās gada temperatūras minimumu vidējās vērtības (–16…–17°C) ir Melnās jūras piekrastē. Lielākajā daļā Krievijas Āzijas daļas vidējais absolūtais gada minimums svārstās robežās no -45 ... -55 ° С. Šāds nenozīmīgs un diezgan vienmērīgs temperatūras sadalījums plašā teritorijā ir saistīts ar nosacījumu vienveidību minimālās temperatūras veidošanās apgabalos, kas pakļauti Sibīrijas ietekmei.

Austrumsibīrijas apgabalos ar sarežģītu reljefu, īpaši Sahas Republikā (Jakutijā), līdzās radiācijas faktoriem reljefa iezīmes būtiski ietekmē minimālās temperatūras pazemināšanos. Šeit kalnu valsts sarežģītajos apstākļos ieplakās un baseinos tiek radīti īpaši labvēlīgi apstākļi pamatvirsmas atdzesēšanai. Sahas Republikā (Jakutijā) ir zemākās pamatvirsmas temperatūras absolūtā gada absolūtā minimuma vidējās vērtības Krievijā (līdz –57…–60°С).

Arktisko jūru piekrastē, attīstoties aktīvai ziemas cikloniskajai aktivitātei, minimālās temperatūras ir augstākas nekā iekštelpās. Izoģeotermām ir gandrīz platuma virziens, un absolūto gada minimumu vidējā samazināšanās no ziemeļiem uz dienvidiem notiek diezgan ātri.

Piekrastē izoģeotermas atkārto krastu aprises. Aleuta minimuma ietekme izpaužas absolūto gada minimumu vidējā pieaugumā piekrastes zonā, salīdzinot ar iekšzemes teritorijām, īpaši Primorskas apgabala dienvidu piekrastē un Sahalīnā. Vidējais gada absolūtais minimums šeit ir –25…–30°C.

Augsnes sasalšana ir atkarīga no negatīvās gaisa temperatūras lieluma aukstajā sezonā. Vissvarīgākais faktors, kas novērš augsnes sasalšanu, ir sniega segas klātbūtne. Tādas īpašības kā veidošanās laiks, jauda, ​​rašanās ilgums nosaka augsnes sasalšanas dziļumu. Sniega segas novēlota veidošanās veicina lielāku augsnes sasalšanu, jo ziemas pirmajā pusē augsnes sasalšanas intensitāte ir vislielākā un, gluži pretēji, agrīna sniega segas izveidošanās novērš būtisku augsnes sasalšanu. Sniega segas biezuma ietekme visspilgtāk izpaužas apgabalos ar zemu gaisa temperatūru.

Tajā pašā sasalšanas dziļumā ir atkarīgs no augsnes veida, tā mehāniskā sastāva un mitruma.

Piemēram, Rietumsibīrijas ziemeļu reģionos ar zemu un biezu sniega segu augsnes sasalšanas dziļums ir mazāks nekā vairāk dienvidu un siltākos reģionos ar nelielu. Savdabīga aina veidojas apgabalos ar nestabilu sniega segu (Krievijas Eiropas daļas dienvidu reģionos), kur tas var veicināt augsnes sasalšanas dziļuma palielināšanos. Tas ir saistīts ar to, ka, bieži mainoties salam un atkusnim, uz plānas sniega segas virsmas veidojas ledus garoza, kuras siltumvadītspējas koeficients ir vairākas reizes lielāks par sniega un ūdens siltumvadītspēju. Šādas garozas klātbūtnē augsne atdziest un sasalst daudz ātrāk. Veģetācijas seguma klātbūtne veicina augsnes sasalšanas dziļuma samazināšanos, jo tā saglabā un uzkrāj sniegu.