Тепловой режим атмосферы и земной поверхности. Тепловой режим земной поверхности и атмосферы Средний суточный ход температуры

22.04.2020

Ее величину и изменение на той поверхности, которая непосредственно нагревается солнечными лучами. Нагреваясь, эта поверхность, передает тепло (в длинноволновом диапазоне) как ниже лежащим слоям, так и атмосфере. Саму поверхность называют деятельной поверхностью .

Максимальное значение всех элементов теплового баланса наблюдается в околополуденные часы. Исключение представляет максимум теплообмена в почве, приходящийся на утренние часы. Максимальные амплитуды суточного хода составляющих теплового баланса отмечается летом, минимальные – зимой.

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

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

Распространение тепла от деятельной поверхности зависит от состава подстилающего субстрата, и будет определяться его теплоемкостью и теплопроводностью. На поверхности материков подстилающим субстратом являются почвогрунты, в океанах (морях) – вода.

Почвогрунты в общем обладают меньшей чем вода теплоемкостью, и большей теплопроводностью. Поэтому они нагреваются и остывают быстрее, чем вода.

На передачу тепла от слоя к слою затрачивается время, и моменты наступления максимальных и минимальных значений температуры в течение суток запаздывает на каждые 10 см примерно на 3 часа. Чем глубже слой, тем меньше тепла он получает и тем слабее в нем колебания температур. Амплитуда суточных колебаний температур с глубиной уменьшается на каждые 15 см в 2 раза. На глубине в среднем около 1 м суточные колебания температуры почвы «затухают». Слой в котором они прекращаются называется слоем постоянной суточной температуры.

Чем больше период колебаний температур, тем глубже они распространяются. Так в средних широтах слой постоянной годовой температуры находится на глубине 19- 20 м, в высоких – на глубине 25 м, а в тропических широтах, где годовые амплитуды температур невелики – на глубине 5- 10 м. Моменты наступления максимальных и минимальных температур в течение года запаздывают в среднем на 20-30 суток на каждый метр.

Температура в слое постоянной годовой температуры близка к средней годовой температуре воздуха над поверхностью.

Тепловой режим атмосферы

Локальная температура

Общее изменение температуры в зафиксированной
географической точке, зависящее и от индивидуальных
изменений состояния воздуха, и от адвекции, называют
локальным (местным) изменением.
Любую метеорологическую станцию, не меняющую
своего положения на земной поверхности, можно
рассматривать как такую точку.
Метеорологические приборы - термометры и
термографы, неподвижно помещенные в том или ином
месте, регистрируют именно локальные изменения
температуры воздуха.
Термометр на воздушном шаре, летящем по ветру и,
следовательно, остающемся в одной и той же массе
воздуха, показывает индивидуальное изменение
температуры в этой массе.

Тепловой режим атмосферы

Распределение температуры воздуха в
пространстве и ее изменение во времени
Тепловое состояние атмосферы
определяется:
1. Теплообменом с окружающей средой
(с подстилающей поверхностью, соседними
воздушными массами и космическим пространством).
2. Адиабатическими процессами
(связанными с изменением давления воздуха,
особенно при вертикальном движении)
3. Процессы адвекции
(перенос теплого или холодного воздуха,влияющий на температуру в
данной точке)

Теплообмен

Пути теплообмена
1) Радиационный
при поглощении
воздухом радиации Солнца и земной
поверхности.
2) Теплопроводность.
3)Испарение или конденсация.
4) Образование или плавление льда и снега.

Радиационный путь теплообмена

1. Непосредственное поглощение
солнечной радиации в тропосфере мало;
оно может вызвать повышение
температуры воздуха всего на величину
порядка 0,5° в день.
2. Несколько большее значение имеет
потеря тепла из воздуха путем
длинноволнового излучения.

B = S + D + Ea – Rк – Rд – Eз, кВт/м2
где
S –прямая солнечная радиация на
горизонтальную поверхность;
D – рассеянная солнечная радиация на
горизонтальную поверхность;
Ea – встречное излучение атмосферы;
Rк и Rд - отраженная от подстилающей поверхности
коротко- и длинноволновая радиация;
Eз – длинноволновое излучение подстилающей
поверхности.

Радиационный баланс подстилающей поверхности

B = S + D + Ea– Rк – Rд – Eз, кВт/м2
Принимая во внимание:
Q = S + D Это суммарная радиация;
Rд – очень маленькая величина и ее обычно не
учитывают;
Rк =Q *Aк, где А –альбедо поверхности;
Еэф = Ез – Ea
Получим:
B = Q(1 –Aк) - Еэф

Тепловой баланс подстилающей поверхности

Б = Lт-ж * Мп + Lж-г * Мк + Qа+ Qп-п
где Lт-ж и Lж-г - удельная теплота плавления
и парообразования (конденсации), соответственно;
Мп и Мк -массы воды, участвующие в
соответствующих фазовых переходах;
Qа и Qп-п – поток тепла в атмосферу и через
подстилающую поверхность к нижележащим слоям
почвы или воды.

поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей

Подстилающая поверхность – это
поверхность земли (почва, вода, снег и
т. д.), взаимодейвующая с атмосферой
в процессе тепло‐ и влагообмена.
Деятельный слой – это слой почвы (включая
растительность и снежный покров) или воды,
участвующий в теплообмене с окружающей средой,
на глубину которого распространяются суточные и
годовые колебания температуры.

10. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей
поверхности и деятельного слоя
В почве солнечная радиация, проникая
на глубину в десятые доли мм,
преобразуется в тепло, которое
передается в нижележащие слои путем
молекулярной теплопроводности.
В воде солнечная радиация проникает на
глубины до десятков метров, а перенос
тепла в нижележащие слои происходит в
результате турбулентного
перемешивания, термической
конвекции и испарения

11. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей
поверхности и деятельного слоя
Суточные колебания температуры
распространяются:
в воде – до десятков метров,
в почве – менее метра
Годовые колебания температуры
распространяются:
в воде– до сотен метров,
в почве – на10- 20 метров

12. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей
поверхности и деятельного слоя
Тепло, приходящее днем и летом на поверхность воды, проникает
до значительной глубины и нагревает большую толщу воды.
Температура верхнего слоя и самой поверхности воды
повышается при этом мало.
В почве приходящее тепло распределяется в тонком верхнем
слое, который, таким образом, сильно нагревается.
Ночью и зимой вода теряет тепло из поверхностного слоя, но
взамен него приходит накопленное тепло из нижележащих слоев.
Поэтому температура на поверхности воды понижается
медленно.
На поверхности же почвы температура при отдаче тепла падает
быстро:
тепло, накопленное в тонком верхнем слое, быстро из него уходит
без восполнения снизу.

13. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей
поверхности и деятельного слоя
Днем и летом температура на поверхности почвы выше, чем температура на
поверхности воды; ночью и зимой ниже.
Суточные и годовые колебания температуры на поверхности почвы больше,
притом значительно больше, чем на поверхности воды.
Водный бассейн за теплое время года накапливает в достаточно мощном слое
воды большое количество тепла, которое отдает в атмосферу в холодный
сезон.
Почва в течение теплого сезона отдает по ночам большую часть того тепла,
которое получает днем, и мало накапливает его к зиме.
В средних широтах за теплую половину года в почве накапливается 1,5-3
ккал тепла на каждый квадратный сантиметр поверхности.
В холодное время почва отдает это тепло атмосфере. Величина ±1,5-3
ккал/см2 в год составляет годовой теплооборот почвы.
Под влиянием снежного покрова и растительного летом годовой
теплооборот почвы уменьшается; например, под Ленинградом на 30%.
В тропиках годовой теплооборот меньше, чем в умеренных широтах, так как
там меньше годовые различия в притоке солнечной радиации.

14. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей
поверхности и деятельного слоя
Годовой теплооборот больших водоемов примерно в 20
раз больше по сравнению с годовым теплооборотом
почвы.
Балтийское море отдает воздуху в холодное время 52
ккал/см2 и столько же накапливает в теплое время года.
Годовой теплооборот Черного моря ±48 ккал/см2,
В результате указанных различий температура воздуха над
морем летом ниже, а зимой выше, чем над сушей.

15. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

Температурный режим подстилающей
поверхности и деятельного слоя
Суша быстро нагревается и быстро
остывает.
Вода медленно нагревается и медленно
остывает
(удельная теплоемкость воды в
3- 4 раза больше почвы)
Растительность уменьшает амплитуду
суточных колебаний температуры
поверхности почвы.
Снежный покров предохраняет почву от
интенсивной потери тепла (зимой почва
меньше промерзает)

16.

Основную роль в создании
температурного режима тропосферы
играет теплообмен
воздуха с земной поверхностью
путем теплопроводности

17. Процессы, влияющие на теплообмен атмосферы

Процессы, влияющие на теплообмен
атмосферы
1).Турбулентность
(перемешивание
воздуха при беспорядочном,
хаотическом движении).
2).Термическая
конвекция
(перенос воздуха в вертикальном
направлении, возникающий при
нагреве нижележащего слоя)

18. Изменения температуры воздуха

Изменения температуры воздуха
1).
Периодичные
2). Непериодичные
Непериодичные изменения
температуры воздуха
Связаны с адвекцией воздушных масс
из других районов Земли
Такие изменения часты и значительны в
умеренных широтах,
связаны они с циклонической
деятельностью, в небольших
масштабах – с местными ветрами.

19. Периодичные изменения температуры воздуха

Суточные и годовые изменения температуры носят
периодический характер.
Суточные изменения
Температура воздуха меняется в
суточном ходе вслед за температурой
земной поверхности, от которой
происходит нагрев воздуха

20. Суточный ход температуры

Суточный ход температуры
Многолетние кривые суточного хода
температуры это плавные кривые,
похожие на синусоиды.
В климатологии рассматривается
суточный ход температуры воздуха,
осредненный за многолетний период.

21. на поверхности почвы (1) и в воздухе на высоте 2м (2). Москва (МГУ)

Средний суточный ход температуры на поверхности
почвы (1) и
в воздухе на высоте 2м (2). Москва (МГУ)

22. Средний суточный ход температуры

Средний суточный ход температуры
Температура на поверхности почвы имеет суточный ход.
Минимум ее наблюдается примерно через полчаса после
восхода солнца.
К этому времени радиационный баланс поверхности почвы
становится равным нулю - отдача тепла из верхнею слоя
почвы эффективным излучением уравновешивается
возросшим притоком суммарной радиации.
Нерадиационный же обмен тепла в это время незначителен.

23. Средний суточный ход температуры

Средний суточный ход температуры
Температура на поверхности почвы растет до 13- 14 часов,
когда достигает максимума в суточном ходе.
После этого начинается падение температуры.
Радиационный баланс в послеполуденные часы, правда,
остается положительным; однако
отдача тепла в дневные часы из верхнего слоя почвы в
атмосферу происходит не только путем эффективного
излучения, но и путем возросшей теплопроводности, а
также при увеличившемся испарении воды.
Продолжается и передача тепла в глубь почвы.
Поэтому температура на поверхности почвы и падает
с 13-14 часов до утреннего минимума.

24. 25. Температура поверхности почвы

Максимальные температуры на поверхности почвы обычно выше,
чем в воздухе на высоте метеорологической будки. Это понятно:
днем солнечная радиация прежде всего нагревает почву, а уже
от нее нагревается воздух.
В Московской области летом на поверхности обнаженной почвы
наблюдаются температуры до +55°, а в пустынях - даже до +80°.
Ночные минимумы температуры, наоборот, бывают на
поверхности почвы ниже, чем в воздухе,
так как, прежде всего, почва выхолаживается эффективным
излучением, а уже от нее охлаждается воздух.
Зимой в Московской области ночные температуры на поверхности (в это время
покрытой снегом) могут падать ниже -50°, летом (кроме июля) - до нуля. На
снежной поверхности во внутренних районах Антарктиды даже средняя
месячная температура в июне около -70°, а в отдельных случаях она может
падать до -90°.

26. Суточная амплитуда температуры

Суточная амплитуда температуры
Это – разность между максимальной
и минимальной температурой за сутки.
Суточная амплитуда температуры
воздуха меняется:
по сезонам года,
по широте,
в зависимости от характера
подстилающей поверхности,
в зависимости от рельефа местности.

27. Изменения суточной амплитуды температуры (Асут)

Изменения

1. Зимой Асут меньше чем летом
2. С увеличением широты А сут. убывает:
на широте 20 - 30°
на суше А сут.=12° С
на широте 60° А сут. = 6° С
3. Открытые пространства
характеризуются большей А сут. :
для степей и пустынь средняя
Асут =15- 20°С (до 30° С),

28. Изменения суточной амплитуды температуры (Асут)

Изменения
суточной амплитуды температуры (Асут)
4. Близость водных бассейнов
уменьшает А сут.
5.На выпуклых формах рельефа
(вершины и склоны гор) А сут. меньше,
чем на равнине
6 . В вогнутых формах рельефа
(котловины, долины, овраги и др. А сут. больше.

29. Влияние почвенного покрова на температуру поверхности почвы

Растительный покров уменьшает охлаждение почвы ночью.
Ночное излучение происходит при этом преимущественно с
поверхности самой растительности, которая и будет наиболее
охлаждаться.
Почва же под растительным покровом сохраняет более высокую
температуру.
Однако днем растительность препятствует радиационному
нагреванию почвы.
Суточная амплитуда температуры под растительным покровом,
таким образом, уменьшена, а средняя суточная температура
понижена.
Итак, растительный покров в общем охлаждает почву.
В Ленинградской области поверхность почвы под полевыми
культурами может оказаться в дневные часы на 15° холоднее, чем
почва под паром. В среднем же за сутки она холоднее
обнаженной почвы на 6°, и даже на глубине 5-10 см остается
разница в 3-4°.

30. Влияние почвенного покрова на температуру поверхности почвы

Снежный покров предохраняет почву зимой от чрезмерной потери тепла.
Излучение идет с поверхности самого снежного покрова, а почва под ним
остается более теплой, чем обнаженная почва. При этом суточная амплитуда
температуры на поверхности почвы под снегом резко уменьшается.
В средней полосе Европейской территории России при снежном покрове высотой
40-50 см температура поверхности почвы под ним на 6-7° выше, чем
температура обнаженной почвы, и на 10° выше, чем температура на
поверхности самого снежного покрова.
Зимнее промерзание почвы под снегом достигает глубин порядка 40 см, а без
снега может распространяться до глубин более 100 см.
Итак, растительный покров летом снижает температуру на поверхности почвы, а
снежный покров зимой, напротив, ее повышает.
Совместное действие растительного покрова летом и снежного зимой уменьшает
годовую амплитуду температуры на поверхности почвы; это уменьшение -
порядка 10° в сравнении с обнаженной почвой.

31. Распространение тепла в глубь почвы

Чем больше плотность и влажность почвы, тем
лучше она проводит тепло, тем быстрее
распространяются в глубину и тем глубже
проникают колебания температуры.
Независимо от типа почвы, период колебаний
температуры не изменяется с глубиной.
Это значит, что не только на поверхности, но и на
глубинах остается суточный ход с периодом в 24
часа между каждыми двумя последовательными
максимумами или минимумами
и годовой ход с периодом в 12 месяцев.

32. Распространение тепла в глубь почвы

Аамплитуды колебаний с глубиной уменьшаются.
Возрастание глубины в арифметической прогрессии
приводит к уменьшению амплитуды в прогрессии
геометрической.
Так, если на поверхности суточная амплитуда равна 30°, а
на глубине 20 см 5°, то на глубине 40 см она будет уже
менее 1° .
На некоторой сравнительно небольшой глубине суточная
амплитуда убывает настолько, что становится
практически равной нулю.
На этой глубине (около 70-100 см, в разных случаях
разной) начинается слой постоянной суточной
температуры.

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

34. Годовые колебания температуры

Амплитуда годовых колебаний температуры уменьшается с
глубиной.
Однако годовые колебания распространяются до большей
глубины, что вполне понятно: для их распространения
имеется больше времени.
Амплитуды годовых колебаний убывают практически до
нуля на глубине около 30 м в полярных широтах,
около 15-20 м в средних широтах,
около 10 м в тропиках
(где и на поверхности почвы годовые амплитуды меньше,
чем в средних широтах).
На этих глубинах начинается, слой постоянной годовой
температуры.

35.

Сроки наступления максимальных и минимальных температур
как в суточном, так и в годовом ходе запаздывают с глубиной
пропорционально ей.
Это понятно, так как требуется время для распространения тепла в
глубину.
Суточные экстремумы на каждые 10 см глубины запаздывают на
2,5-3,5 часа.
Это значит, что на глубине, например, 50 см суточный максимум
наблюдается уже после полуночи.
Годовые максимумы и минимумы запаздывают на 20-30 дней на
каждый метр глубины.
Так, в Калининграде на глубине 5 м минимум температуры
наблюдается не в январе, как на поверхности почвы, а в мае,
максимум - не в июле, а в октябре

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

37. Распределение температуры в почве по вертикали в разные сезоны

Летом температура от поверхности почвы в глубину падает.
Зимой растет.
Весной она сначала растет, а потом убывает.
Осенью сначала убывает, а затем растет.
Изменения температуры в почве с глубиной в течение суток или года можно представить с
помощью графика изоплет.
По оси абсцисс откладывается время в часах или в месяцах года,
По оси ординат - глубина в почве.
Каждой точке на графике соответствуют определенное время и определенная глубина. На
график наносят средние значения температуры на разных глубинах в разные часы или
месяцы.
Проведя затем изолинии, соединяющие точки с равными температурами,
например через каждый градус или через каждые 2 градуса, получим семейство
термоизоплет.
По такому графику можно определить значение температуры для любого момента суток
или дня года и для любой глубины в пределах графика.

38. Изоплеты годового хода температуры в почве в Тбилиси

Изоплеты годового хода температуры в почве в
Тбилиси

39. Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды

Нагревание, и охлаждение распространяется в водоемах на более
толстый слой, чем в почве, и вдобавок обладающий большей
теплоемкостью, чем почва.
Вследствие этого изменения температуры на поверхности воды
очень малы.
Амплитуда их - порядка десятых долей градуса: около 0,1-
0,2° в умеренных широтах,
около 0,5° в тропиках.
В южных морях СССР суточная амплитуда температуры больше:
1-2°;
на поверхности больших озер в умеренных широтах еще больше:
2-5°.
Суточные колебания температуры воды на поверхности океана
имеют максимум около 15-16 часов и минимум через 2-3 часа
после восхода солнца.

40. Суточный ход температуры на поверхности моря (сплошная кривая) и на высоте 6 м в воздухе (прерывистая кривая) в тропической

Атлантике

41. Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды

Годовая амплитуда колебаний температуры на поверхности
океана значительно больше, чем суточная.
Но она меньше, чем годовая амплитуда на поверхности почвы.
В тропиках она порядка 2-3°, под 40° с. ш. около 10°, а под 40° ю.
ш. около 5°.
На внутренних морях и глубоководных озерах возможны
значительно большие годовые амплитуды - до 20° и более.
Как суточные, так и годовые колебания распространяются в воде
(также, конечно, с запозданием) до больших, глубин, чем в почве.
Суточные колебания обнаруживаются в море на глубинах до 15-
20 м и более, а годовые - до 150-400 м.

42. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

Температура воздуха меняется в суточном ходе
вслед за температурой земной поверхности.
Поскольку воздух нагревается и охлаждается от
земной поверхности, амплитуда суточного хода
температуры в метеорологической будке меньше,
чем на поверхности почвы, в среднем примерно
на одну треть.

43. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

Рост температуры воздуха начинается вместе с ростом
температуры почвы (минут на 15 позже) утром,
после восхода солнца. В 13-14 часов температура почвы,
начинает понижаться.
В 14-15 часов она уравнивается с температурой воздуха;
с этого времени при дальнейшем падении температуры
почвы начинает падать и температура воздуха.
Таким образом, минимум в суточном ходе температуры
воздуха у земной поверхности приходится на время
вскоре после восхода солнца,
а максимум - на 14-15 часов.

44. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

Суточный ход температуры воздуха достаточно правильно
проявляется лишь в условиях устойчивой ясной погоды.
Еще более закономерным представляется он в среднем из большого
числа наблюдений: многолетние кривые суточного хода
температуры- плавные кривые, похожие на синусоиды.
Но в отдельные дни суточный ход температуры воздуха может
быть очень неправильным.
Это зависит от изменений облачности, меняющих радиационные
условия на земной поверхности, а также от адвекции, т. е. от
притока воздушных масс с другой температурой.
В результате этих причин минимум температуры может сместиться
даже на дневные часы, а максимум - на ночь.
Суточный ход температуры может вообще исчезнуть или кривая
суточного изменения примет сложную и неправильную форму.

45. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

Регулярный суточный ход перекрывается или маскируется
непериодическими изменениями температуры.
Например, в Хельсинки в январе имеется 24%
вероятности, что суточный максимум температуры
придется на время между полуночью и часом ночи, и
только 13% вероятности, что он придется на
промежуток времени от 12 до 14 часов.
Даже в тропиках, где непериодические изменения температуры слабее, чем в умеренных широтах, максимум
температуры приходится на послеполуденные часы
только в 50% всех случаев.

46. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

В климатологии обычно рассматривается суточный ход
температуры воздуха, осредненный за многолетний период.
В таком осредненном суточном ходе непериодические изменения
температуры, приходящиеся более или менее равномерно на
все часы суток, взаимно погашаются.
Вследствие этого многолетняя кривая суточного хода имеет
простой характер, близкий к синусоидальному.
Для примера рассмотрим суточный ход температуры воздуха в
Москве в январе и в июле, вычисленный по многолетним
данным.
Вычислялась многолетняя средняя температура для каждого часа
январских или июльских суток, а затем по полученным средним
часовым значениям были построены многолетние кривые
суточного хода для января и июля.

47. Суточный ход температуры воздуха в Москве в январе и в июле. Цифрами нанесены средние месячные температуры января и июля.

48. Суточные изменения амплитуды температуры воздуха

Суточная амплитуда температуры воздуха меняется по сезонам,
по широте, а также в зависимости от характера почвы и
рельефа местности.
Зимой она меньше, чем летом, так же как и амплитуда
температуры подстилающей поверхности.
С увеличением широты суточная амплитуда температуры
воздуха убывает, так как убывает полуденная высота солнца
над горизонтом.
Под широтами 20-30° на суше средняя за год суточная
амплитуда температуры около 12°,
под широтой 60° около 6°,
под широтой 70° только 3°.
В самых высоких широтах, где солнце не восходит или не
заходит много дней подряд, регулярного суточного хода
температуры нет вовсе.

49. Влияние характера почвы и почвенного покрова

Чем больше суточная амплитуда температуры самой
поверхности почвы, тем больше и суточная амплитуда
температуры воздуха над нею.
В степях и пустынях средняя суточная амплитуда
достигает 15-20°, иногда 30°.
Над обильным растительным покровом она меньше.
На суточной амплитуде сказывается и близость водных
бассейнов: в приморских местностях она понижена.

50. Влияние рельефа

На выпуклых формах рельефа местности (на вершинах и на
склонах гор и холмов) суточная амплитуда температуры
воздуха уменьшена в сравнении с равнинной местностью.
В вогнутых формах рельефа (в долинах, оврагах и лощинах)
увеличена.
Причина заключается в том, что на выпуклых формах рельефа
воздух имеет уменьшенную площадь соприкосновения с
подстилающей поверхностью и быстро сносится с нее, заменяясь
новыми массами воздуха.
В вогнутых же формах рельефа воздух сильнее нагревается от
поверхности и больше застаивается в дневные часы, а ночью
сильнее охлаждается и стекает по склонам вниз. Но в узких
ущельях, где и приток радиации, и эффективное излучение
уменьшены, суточные амплитуды меньше, чем в широких
долинах

51. Влияние морей и океанов

Малые суточные амплитуды температуры на поверхности
моря имеют следствием и малые суточные амплитуды
температуры воздуха над морем.
Однако эти последние все же выше, чем суточные
амплитуды на самой поверхности моря.
Суточные амплитуды на поверхности открытого океана
измеряются лишь десятыми долями градуса;
но в нижнем слое воздуха над океаном они доходят до 1 -
1,5°),
а над внутренними морями и больше.
Амплитуды температуры в воздухе повышены потому, что на
них сказывается влияние адвекции воздушных масс.
Также играет роль и непосредственное поглощение
солнечной радиации нижними слоями воздуха днем и
излучение из них ночью.

52. Изменение суточной амплитуды температуры с высотой

Суточные колебания температуры в атмосфере распространяются на
более мощный слой, чем суточные колебания в океане.
На высоте 300 м над сушей амплитуда суточного хода температуры
около 50% амплитуды у земной поверхности, а крайние значения
температуры наступают на 1,5-2 часа позже.
На высоте 1 км суточная амплитуда температуры над сушей 1-2°,
на высоте 2-5 км 0,5-1°, а дневной максимум смещается на
вечер.
Над морем суточная амплитуда температуры несколько растет с
высотой в нижних километрах, но все же остается малой.
Небольшие суточные колебания температуры обнаруживаются даже
в верхней тропосфере и в нижней стратосфере.
Но там они определяются уже процессами поглощения и излучения
радиации воздухом, а не влияниями земной поверхности.

53. Влияние рельефа местности

В горах, где влияние подстилающей поверхности больше, чем на
соответствующих высотах в свободной атмосфере, суточная
амплитуда убывает с высотой медленнее.
На отдельных горных вершинах, на высотах 3000 м и больше,
суточная амплитуда еще может равняться 3-4°.
На высоких обширных плато суточная амплитуда температуры
воздуха того же порядка, что и в низинах: поглощенная радиация
и эффективное излучение здесь велики, так же как и поверхность
соприкосновения воздуха с почвой.
Суточная амплитуда температуры воздуха на станции Мургаб на
Памире в среднем годовом 15,5°, тогда как в Ташкенте 12°.

54. 55. Излучение земной поверхности

Верхние слои почвы и воды, снежный
покров и растительность сами излучают
длинноволновую радиацию; эту земную
радиацию чаще называют собственным
излучением земной поверхности.

56. Излучение земной поверхности

Абсолютные температуры земной поверхности
заключаются между 180 и 350°.
При таких температурах испускаемая радиация
практически заключается в пределах
4-120 мк,
а максимум ее энергии приходится на длины волн
10-15 мк.
Следовательно, вся эта радиация
инфракрасная, не воспринимаемая глазом.

57. 58. Атмосферная радиация

Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию
(хотя в сравнительно небольшой доле, около 15% всего ее
количества, приходящего к Земле), так и собственное
излучение земной поверхности.
Кроме того, она получает тепло от земной поверхности
путем теплопроводности, а также при испарении и
последующей конденсации водяного пара.
Будучи нагретой, атмосфера излучает сама.
Так же как и земная поверхность, она излучает невидимую
инфракрасную радиацию примерно в том же диапазоне
длин волн.

59. Встречное излучение

Большая часть (70%) атмосферной радиации приходит к
земной поверхности, остальная часть уходит в мировое
пространство.
Атмосферную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют встречным излучением
Встречным потому, что оно направлено навстречу
собственному излучению земной поверхности.
Земная поверхность поглощает это встречное излучение
почти целиком (на 90-99%). Таким образом, оно является
для земной поверхности важным источником тепла в
дополнение к поглощенной солнечной радиации.

60. Встречное излучение

Встречное излучение возрастает с увеличением облачности,
поскольку облака сами сильно излучают.
Для равнинных станций умеренных широт средняя
интенсивность встречного излучения (на каждый
квадратный сантиметр площади горизонтальной земной
поверхности в одну минуту)
порядка 0,3-0,4 кал,
на горных станциях - порядка 0,1-0,2 кал.
Это уменьшение встречного излучения с высотой
объясняется уменьшением содержания водяного пара.
Наибольшее встречное излучение - у экватора, где
атмосфера наиболее нагрета и богата водяным паром.
У экватора 0,5-0,6 кал/см2 мин в среднем,
В полярных широтах до 0,3 кал/см2 мин.

61. Встречное излучение

Основной субстанцией в атмосфере, поглощающей
земное излучение и посылающей встречное
излучение, является водяной пар.
Он поглощает инфракрасную радиацию в большой
области спектра - от 4,5 до 80 мк, за исключением
интервала между 8,5 и 11 мк.
При среднем содержании водяного пара в атмосфере
радиация с длинами волн от 5,5 до 7,0 мк и более
поглощается почти полностью.
Только в интервале 8,5-11 мк земное излучение
проходит сквозь атмосферу в мировое пространство.

62.

63. 64. Эффективное излучение

Встречное излучение всегда несколько меньше земного.
Ночью, когда солнечной радиации нет, к земной поверхности приходит
только встречное излучение.
Земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между
собственным и встречным излучением.
Разность между собственным излучением земной
поверхности и встречным излучением атмосферы
называют эффективным излучением

65. Эффективное излучение

Эффективное излучение представляет собой
чистую потерю лучистой энергии, а
следовательно, и тепла с земной поверхности
ночью

66. Эффективное излучение

С возрастанием облачности, увеличивающей
встречное излучение, эффективное излучение
убывает.
В облачную погоду эффективное излучение
гораздо меньше, чем в ясную;
В облачную погоду меньше и ночное
охлаждение земной поверхности.

67. Эффективное излучение

Эффективное излучение, конечно,
существует и в дневные часы.
Но днем оно перекрывается или частично
компенсируется поглощенной солнечной
радиацией. Поэтому земная поверхность
днем теплее, чем ночью, вследствие чего,
между прочим, и эффективное излучение
днем больше.

68. Эффективное излучение

Поглощая земное излучение и посылая встречное
излучение к земной поверхности, атмосфера тем
самым уменьшает охлаждение последней в
ночное время суток.
Днем же она мало препятствует нагреванию земной
поверхности солнечной радиацией.
Это влияние атмосферы на тепловой режим земной
поверхности носит название тепличного эффекта
вследствие внешней аналогии с действием стекол
теплицы.

69. Эффективное излучение

В общем земная поверхность в средних
широтах теряет эффективным
излучением примерно половину того
количества тепла, которое она получает
от поглощенной радиации.

70. Радиационный баланс земной поверхности

Разность между поглощенной радиацией и Радиационный баланс земной поверхностиПри наличии снежного покрова радиационный баланс
переходит к положительным значениям только при высоте
солнца около 20-25°, так как при большом альбедо снега
поглощение им суммарной радиации мало.
Днем радиационный баланс растет с увеличением высоты
солнца и убывает с ее уменьшением.
В ночные часы, когда суммарная радиация отсутствует,
отрицательный радиационный баланс равен
эффективному излучению
и потому меняется в течение ночи мало, если только
условия облачности остаются одинаковыми.

76. Радиационный баланс земной поверхности

Средние полуденные значения
радиационного баланса в Москве:
летом при ясном небе – 0,51 кВт/м2,
зимой при ясном небе – 0,03 кВт/м2
летом при средних условиях
облачности – 0,3 кВт/м2,
зимой при средних условиях
облачности – около 0 кВт/м2.

77.

78. 79. Радиационный баланс земной поверхности

Радиационный баланс определяется балансомером.
В нем одна зачерненная приемная пластинка
направлена вверх, к небу,
а другая - вниз, к земной поверхности.
Разница в нагревании пластинок позволяет
определить величину радиационного баланса.
Ночью она равна величине эффективного
излучения.

80. Излучение в мировое пространство

Излучение земной поверхности в большей части
поглощается в атмосфере.
Лишь в интервале длин волн 8,5-11 мк проходит сквозь
атмосферу в мировое пространство.
Это уходящее вовне количество составляет всего 10%, от
притока солнечной радиации на границу атмосферы.
Но, кроме того, сама атмосфера излучает в мировое
пространство около 55% энергии от поступающей
солнечной радиации,
т. е. в несколько раз больше, чем земная поверхность.

81. Излучение в мировое пространство

Излучение нижних слоев атмосферы поглощается в
вышележащих ее слоях.
Но, по мере удаления от земной поверхности, содержание
водяного пара, основного поглотителя радиации,
уменьшается, и нужен все более толстый слой воздуха,
чтобы поглотить излучение, поступающее от
нижележащих слоев.
Начиная с некоторой высоты водяного пара вообще
недостаточно для того, чтобы поглотить все излучение,
идущее снизу, и из этих верхних слоев часть
атмосферного излучения будет уходить в мировое
пространство.
Подсчеты показывают, что наиболее сильно излучающие в
пространство слои атмосферы лежат на высотах 6-10 км.

82. Излучение в мировое пространство

Длинноволновое излучение земной поверхности и
атмосферы, уходящее в космос, называется
уходящей радиацией.
Оно составляет около 65 единиц, если за 100 единиц принять
приток солнечной радиации в атмосферу. Вместе с
отраженной и рассеянной коротковолновой солнечной
радиацией, выходящей за пределы атмосферы в
количестве около 35 единиц (планетарное альбедо Земли),
эта уходящая радиация компенсирует приток солнечной
радиации к Земле.
Таким образом, Земля вместе с атмосферой теряет
столько же радиации, сколько и получает, т. е.
находится в состоянии лучистого (радиационного)
равновесия.

83. Радиационный баланс

Qприход = Q расход
Qприход= I*Sпроекции*(1-А)
σ
1/4
Т =
Q расход= Sземли* *Т4
T=
0
252 K

84. Физические константы

I – Солнечная постоянная - 1378 Вт/м2
R(Земли) – 6367 км.
А –среднее альбедо Земли - 0,33.
Σ –постоянная Стефана-Больцмана -5,67*10 -8
Вт/м2К4

Транскрипт

1 ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ АТМОСФЕРЫ и земной поверхности

2 Тепловой баланс земной поверхности на земную поверхность поступают суммарная радиация и встречное излучение атмосферы. Они поглощаются поверхностью, т. е. идут на нагревание верхних слоев почвы и воды. В то же время земная поверхность излучает сама и при этом теряет тепло.

3 Земная поверхность (деятельная поверхность, подстилающая поверхность) т. е. поверхность почвы или воды (растительного, снежного, ледяного покрова), непрерывно разными способами получает и теряет тепло. Через земную поверхность тепло передается вверх в атмосферу и вниз в почву или в воду. В любой промежуток времени от земной поверхности уходит вверх и вниз в совокупности такое же количество тепла, какое она за это время получает сверху и снизу. Если бы было иначе, не выполнялся бы закон сохранения энергии: следовало бы допустить, что на земной поверхности энергия возникает или исчезает. Алгебраическая сумма всех приходов и расходов тепла на земной поверхности должна быть равной нулю. Это и выражается уравнением теплового баланса земной поверхности.

4 уравнение теплового баланса, Чтобы написать уравнение теплового баланса, во-первых, объединим поглощенную радиацию Q (1- А) и эффективное излучение Еэф = Ез - Еа в радиационный баланс: B=S +D R + Eа Ез или B= Q (1- А) - Еэф

5 Радиационный баланс земной поверхности - Это разность между поглощенной радиацией (суммарная радиация минус отраженная) и эффективным излучением (излучение земной поверхности минус встречное излучение) B=S +D R + Eа Ез В=Q(1-A)-Eэф Ночью коротковолновый баланс =0 Поэтому В= - Eэф

6 1) Приход тепла из воздуха или отдачу его в воздух путем теплопроводности обозначим Р 2) Такой же приход или расход путем теплообмена с более глубокими слоями почвы или воды назовем А. 3) Потерю тепла при испарении или приход его при конденсации на земной поверхности обозначим LE, где L удельная теплота испарения и Е испарение / конденсация (масса воды). Тогда уравнение теплового баланса земной поверхности напишется так: В= Р+А+LE Уравнение теплового баланса относится к единице площади деятельной поверхности Все его члены потоки энергии Они имеют размерность Вт/м 2

7 смысл уравнения состоит в том что радиационный баланс на земной поверхности уравновешивается нерадиационной передачей тепла. Уравнение действительно для любого промежутка времени, в том числе и для многолетнего периода.

8 Составляющие теплового баланса системы Земля-атмосфера Получено от солнца Отдано земной поверхностью

9 Варианты баланса тепла Q радиационный баланс LE затраты тепла на испарение H турбулентный поток тепла из (в) атмосферы от подстилающей поверхности G -- поток тепла в (из) глубь почвы

10 Приход и расход В=Q(1-A)-Eэф В= Р+А+LE Q(1-A)- Поток солнечной радиации, частично отражаясь проникает вглубь деятельного слоя на разные глубины и всегда нагревает его Эффективное излучение обычно охлаждает поверхность Eэф Испарение также всегда охлаждает поверхность LE Поток тепла в атмосферу Р охлаждает поверхность днем, когда она горячее воздуха, но согревает ночью, когда атмосфера теплее поверхности земли. Поток тепла в почву А, отводит лишнее тепло днем (охлаждает поверхность), но подводит недостающее тепло из глубин ночью

11 средняя годовая температура земной поверхности и деятельного слоя год от года меняется мало От суток к суткам и от года к году средняя температура деятельного слоя и земной поверхности в любом месте меняется мало. Это значит, что за сутки в глубь почвы или воды попадает днем почти столько же тепла, сколько уходит из нее ночью. Но все же за летние сутки тепла уходит вниз несколько больше, чем приходит снизу. Поэтому слои почвы и воды, и их поверхность день ото дня нагреваются. Зимой происходит обратный процесс. Эти сезонные изменения приходо-расхода тепла в почве и воде за год почти уравновешиваются, и средняя годовая температура земной поверхности и деятельного слоя год от года меняется мало.

12 Подстилающая поверхность - это земная поверхность, непосредственно взаимодействующая с атмосферой

13 Деятельная поверхность Виды теплообмена деятельной поверхности Это поверхность почвы, растительности и любого другого вида поверхности суши и океана (воды), которая поглощает и отдает тепло Она регулирует термический режим самого тела и прилегающего слоя воздуха (приземного слоя)

14 Примерные значения параметров тепловых свойств деятельного слоя Земли Вещество Плотность Кг/м 3 Теплоемкость Дж/(кг К) Теплопроводность Вт/(м К) воздух 1,02 вода,63 лед,5 снег,11 дерево,0 песок,25 скала,0

15 Как прогревается земля: теплопроводность один из видов теплопереноса

16 Механизм теплопроводности (передача тепла вглубь тел) Теплопроводность - один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При этом в теле осуществляется передача энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей Если относительное изменение температуры Т на расстоянии средней длины свободного пробега частиц мало, то выполняется основной закон теплопроводности (закон Фурье): плотность теплового потока q пропорциональна grad T, то есть где λ коэффициент теплопроводности, или просто теплопроводность, не зависит от grad T. λ зависит от агрегатного состояния вещества (см. табл.), его атомно-молекулярного строения, температуры и давления, состава (в случае смеси или раствора) и т. д. Поток тепла в почву В уравнении теплового баланса это А G T c z

17 Передача тепла в почву подчиняется законам теплопроводности Фурье (1 и 2) 1) Период колебания температуры не меняется с глубиной 2) Амплитуда колебания затухает с глубиной по экспоненте

18 Распространение тепла в глубь почвы Чем больше плотность и влажность почвы, тем лучше она проводит тепло, тем быстрее распространяются в глубину и тем глубже проникают колебания температуры. Но, независимо от типа почвы, период колебаний температуры не изменяется с глубиной. Это значит, что не только на поверхности, но и на глубинах остается суточный ход с периодом в 24 часа между каждыми двумя последовательными максимумами или минимумами и годовой ход с периодом в 12 месяцев.

19 Формирование температуры в верхнем слое почвы (Что показывают коленчатые термометры) Амплитуда колебаний убывает по экспоненте. Ниже некоторой глубины (около см см) температура за сутки почти не меняется.

20 Суточный и годовой ход температуры поверхности почвы Температура на поверхности почвы имеет суточный ход: Минимум наблюдается примерно через полчаса после восхода солнца. К этому времени радиационный баланс поверхности почвы становится равным нулю отдача тепла из верхнею слоя почвы эффективным излучением уравновешивается возросшим притоком суммарной радиации. Нерадиационный же обмен тепла в это время незначителен. Затем температура на поверхности почвы растет до часов, когда достигает максимума в суточном ходе. После этого начинается падение температуры. Радиационный баланс в послеполуденные часы, остается положительным; однако отдача тепла в дневные часы из верхнего слоя почвы в атмосферу происходит не только путем эффективного излучения, но и путем возросшей теплопроводности, а также при увеличившемся испарении воды. Продолжается и передача тепла в глубь почвы. Поэтому температура на поверхности почвы падает с часов до утреннего минимума.

21 Суточный ход температуры в почве на разных глубинах амплитуды колебаний с глубиной уменьшаются. Так, если на поверхности суточная амплитуда равна 30, а на глубине 20 см - 5, то на глубине 40 см она будет уже менее 1 На некоторой сравнительно небольшой глубине суточная амплитуда убывает до нуля. На этой глубине (около см) начинается слой постоянной суточной температуры. Павловск, май. Амплитуда годовых колебаний температуры уменьшается с глубиной по тому же закону. Однако годовые колебания распространяются до большей глубины, что вполне понятно: для их распространения имеется больше времени. Амплитуды годовых колебаний убывают до нуля на глубине около 30 м в полярных широтах, около м в средних широтах, около 10 м в тропиках (где и на поверхности почвы годовые амплитуды меньше, чем в средних широтах). На этих глубинах начинается, слой постоянной годовой температуры. Суточный ход в почве затухает с глубиной по амплитуде и запаздывает по фазе в зависимости от влажности почвы: максимум приходится на вечер на суше и на ночь на воде (так же и минимум на утро и на день)

22 Законы теплопроводности Фурье (3) 3) С глубиной линейно растет запаздывание колебания по фазе Т.е. время наступления максимума температуры сдвигается относительно вышерасположенных слоев на несколько часов (к вечеру и даже ночи)

23 Четвертый закон Фурье глубины слоев постоянной суточной и годовой температуры относятся между собой как корни квадратные из периодов колебаний, т. е. как 1: 365. Это значит, что глубина, на которой затухают годовые колебания, в 19 раз больше, чем глубина, на которой затухают суточные колебания. И этот закон, так же, как и остальные законы Фурье, достаточно хорошо подтверждается наблюдениями.

24 Формирование температуры во всем деятельном слое почвы (Что показывают вытяжные термометры) 1. Период колебаний температуры не изменяется с глубиной 2. Ниже некоторой глубины температура за год не меняется. 3. Глубины распространения годовых колебаний примерно в 19 раз больше, чем суточных

25 Проникновение температурных колебаний вглубь почвы в соответствии с моделью теплопроводности Все установленные из модели теплопроводности следствия вполне согласуются с данными наблюдений Поэтому их часто называют Законами Фурье

26 . Средний суточный ход температуры на поверхности почвы (П) и в воздухе на высоте 2 м (В). Павловск, июнь. Максимальные температуры на поверхности почвы обычно выше, чем в воздухе на высоте метеорологической будки. Это понятно: днем солнечная радиация прежде всего нагревает почву, а уже от нее нагревается воздух.

27 годовой ход температуры почвы Температура поверхности почвы, конечно, меняется и в годовом ходе. В тропических широтах ее годовая амплитуда, т. е. разность многолетних средних температур самого теплого и самого холодного месяца года, мала и с широтой растет. В северном полушарии на широте 10 она около 3, на широте 30 около 10, на широте 50 в среднем около 25.

28 Колебания температуры в почве затухают с глубиной по амплитуде и запаздывают по фазе, максимум сдвигается на осень, а минимум на весну Годовые максимумы и минимумы запаздывают на дней на каждый метр глубины. Годовой ход температуры в почве на разных глубинах от 3 до 753 см в Калининграде. В тропических широтах годовая амплитуда, т. е. разность многолетних средних температур самого теплого и самого холодного месяца года, мала и растет с широтой. В северном полушарии на широте 10 она около 3, на широте 30 около 10, на широте 50 в среднем около 25.

29 Метод термоизоплет Наглядно представляет все особенности хода температуры и во времени и с глубиной (в одном пункте) Пример годовой ход и суточный ход Изоплеты годового хода температуры в почве в Тбилиси

30 Суточный ход температуры воздуха приземного слоя Температура воздуха меняется в суточном ходе вслед за температурой земной поверхности. Поскольку воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, амплитуда суточного хода температуры в метеорологической будке меньше, чем на поверхности почвы, в среднем примерно на одну треть. Рост температуры воздуха начинается вместе с ростом температуры почвы (минут на 15 позже) утром, после восхода солнца. В часов температура почвы, как мы знаем, начинает понижаться. В часов она уравнивается с температурой воздуха; с этого времени при дальнейшем падении температуры почвы начинает падать и температура воздуха. Таким образом, минимум в суточном ходе температуры воздуха у земной поверхности приходится на время вскоре после восхода солнца, а максимум на часов.

32 Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Существуют резкие различия в нагревании и тепловых особенностях поверхностных слоев почвы и верхних слоев водоемов. В почве тепло распространяется по вертикали путем молекулярной теплопроводности, а в легкоподвижной воде также путем турбулентного перемешивания водных слоев, намного более эффективного. Турбулентность в водоемах обусловлена, прежде всего, волнением и течениями. Но в ночное время суток и в холодное время года к этого рода турбулентности присоединяется еще и термическая конвекция: охлажденная на поверхности вода опускается вниз вследствие возросшей плотности и замещается более теплой водой из нижних слоев.

33 Особенности температуры водоемов, связанные с большими коэффициентами турбулентной теплопередачи Суточные и годовые колебания в воде проникают на значительно большие глубины, чем в почве Амплитуды температуры гораздо меньше и почти одинаковы в ВКС озер и морей Потоки тепла в деятельном слое воды во много раз больше, чем в почве

34 Суточные и годовые колебания В результате суточные колебания температуры воды распространяются на глубину порядка десятков метров, а в почве менее чем до одного метра. Годовые колебания температуры в воде распространяются на глубину сотен метров, а в почве только на м. Итак, тепло, приходящее днем и летом на поверхность воды, проникает до значительной глубины и нагревает большую толщу воды. Температура верхнего слоя и самой поверхности воды повышается при этом мало. В почве приходящее тепло распределяется в тонком верхнем слое, который, таким образом, сильно нагревается. Теплообмен с более глубокими слоями в уравнении теплового баланса «А» для воды гораздо больше, чем для почвы, а Поток тепла в атмосферу «Р» (турбулентность) соответственно меньше. Ночью и зимой вода теряет тепло из поверхностного слоя, но взамен него приходит накопленное тепло из нижележащих слоев. Поэтому температура на поверхности воды понижается медленно. На поверхности почвы температура при отдаче тепла падает быстро: тепло, накопленное в тонком верхнем слое, быстро из него уходит без восполнения снизу.

35 Получены карты турбулентного теплообмена атмосферы и подстилающей поверхности

36 В океанах и морях некоторую роль в перемешивании слоев и в связанной с ним передаче тепла играет также и испарение. При значительном испарении с поверхности моря верхний слой воды становится более соленым и плотным, вследствие чего вода опускается с поверхности в глубину. Кроме того, радиация глубже проникает в воду в сравнении с почвой. Наконец, теплоемкость воды велика в сравнении с почвой, и одно и то же количество тепла нагревает массу воды до меньшей температуры, чем такую же массу почвы. ТЕПЛОЁМКОСТЬ - Количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус (по Цельсию) или отдаваемой при остывании на 1 градус (по Цельсию) или способность материала аккумулировать тепловую энергию.

37 Вследствие указанных различий в распространении тепла: 1. вода за теплое время года накапливает в достаточно мощном слое воды большое количество тепла, которое отдает в атмосферу в холодный сезон. 2. почва в течение теплого сезона отдает по ночам большую часть того тепла, которое получает днем, и мало накапливает его к зиме. В результате указанных различий температура воздуха над морем летом ниже, а зимой выше, чем над сушей. В средних широтах за теплую половину года в почве накапливается 1,5 3 ккал тепла на каждый квадратный сантиметр поверхности. В холодное время почва отдает это тепло атмосфере. Величина ±1,5 3 ккал/см 2 в год составляет годовой теплооборот почвы.

38 По амплитудам годового хода температуры определяют континентальный климат или морской Карта амплитуд годового хода температуры у поверхности Земли

39 Положение места относительно береговой линии существенно влияет на режим температуры, влажности, облачности, Осадков и определяет степень континентальности климата.

40 Континентальность климата Континентальность климата - совокупность характерных особенностей климата, определяемых воздействиями материка на процессы климатообразования. В климате над морем (морской климат) наблюдаются малые годовые амплитуды температуры воздуха по сравнению с континентальным климатом над сушей с большими годовыми амплитудами температуры.

41 Годовой ход температуры воздуха на широте 62 с.ш.: на Фарерских островах и Якутске отражает географическое положение этих пунктов: в первом случае - у западных берегов Европы, во втором - в восточной части Азии

42 Средняя годовая амплитуда в Торсхавне 8, в Якутске 62 C. На континенте Евразия наблюдается возрастание годовой амплитуды в направлении с запада на восток.

43 Евразия - материк с наибольшим распространением континентального климата Этот тип климата характерен для внутренних регионов материков. Континентальный климат является господствующим на значительной части территории России, Украины, Средней Азии (Казахстан, Узбекистан, Таджикистан), Внутреннего Китая, Монголии, внутренних регионах США и Канады. Континентальный климат приводит к образованию степей и пустынь, так как большая часть влаги морей и океанов не доходит до внутриконтинентальных регионов.

44 индекс континентальности - это числовая характеристика континентальности климата. Существует ряд вариантов И К, в основу которых положена та или иная функция годовой амплитуды температуры воздуха А: по Горчинскому, по Конраду,по Ценкеру, по Хромову Есть индексы, построенные на других основаниях. Например, предложено в качестве И. К. отношение повторяемости континентальных воздушных, масс к повторяемости морских воздушных масс. Л. Г. Полозова предложила характеризовать континентальность по отдельности для января и июля по отношению к наибольшей континентальности на данной широте; эта последняя определяется по изаномалам температуры. Η. Η. Иванов предложил И. К. в виде функции от широты, годовой и суточной амплитуд температуры и от дефицита влажности в самый сухой месяц.

45 индекс континентальности Величина годовой амплитуды температуры воздуха зависит от географической широты. В низких широтах годовые амплитуды температуры меньше по сравнению с высокими широтами. Это положение приводит к необходимости исключения влияния широты на годовую амплитуду. Для этого предложены различные показатели континентальности климата, представленные функцией годовой амплитуды температуры и широты места. Формула Л. Горчинского где А - годовая амплитуда температуры. Средняя континентальность над океаном равна нулю, а для Верхоянска равна 100.

47 Морской и континентальный Область умеренного морского климата характеризуется довольно тёплой зимой (от -8 С до 0 С), прохладным летом (+16 С) и большим количеством осадков (более 800 мм), равномерно выпадающих в течение всего года. Для умеренно континентального климата характерно колебание температуры воздуха примерно от -8 С в январе до +18 С в июле, осадков здесь больше мм, которые выпадают большей частью летом. Для области континентального климата характерны более низкие температуры в зимний период (до -20 С) и меньшее количество осадков (около 600 мм). В области умеренного резко континентального климата зима будет ещё холоднее до -40 С, а осадков ещё меньше мм.

48 Экстремумы В Московской области летом на поверхности обнаженной почвы наблюдаются температуры до +55, а в пустынях даже до +80. Ночные минимумы температуры, наоборот, бывают на поверхности почвы ниже, чем в воздухе, так как, прежде всего, почва выхолаживается эффективным излучением, а уже от нее охлаждается воздух. Зимой в Московской области ночные температуры на поверхности (в это время покрытой снегом) могут падать ниже 50, летом (кроме июля) до нуля. На снежной поверхности во внутренних районах Антарктиды даже средняя месячная температура в июне около 70, а в отдельных случаях она может падать до 90.

49 Карты средней температуры Воздуха Январь и июль

50 Распределение температуры воздуха (зональность распределения главный фактор климатической зональности) Средняя годовая Средняя лето (июль) Средняя за январь Средняя по широтным поясам

51 Температурный режим территории России Характеризуется большими контрастами в зимний период. В Восточной Сибири зимний антициклон, являющийся чрезвычайно устойчивым барическим образованием, способствует формированию на северо-востоке России полюса холода со среднемесячной температурой воздуха зимой 42 С. Средний минимум температуры зимой составляет 55 С. На Европейской территории России под влиянием переноса теплого атлантического воздуха средняя температура за зиму изменяется от С на юго-западе, достигая на Черноморском побережье положительных значений, до С в центральных областях.

52 Средняя температура приземного воздуха (С) зимой гг.

53 Средняя температура приземного воздуха (С) летом гг. Средняя температура воздуха изменяется от 4 5 С на северных побережьях до С на югозападе, где ее средний максимум составляет С, а абсолютный максимум 45 С. Амплитуда экстремальных значений температуры достигает 90 С. Особенностью режима температуры воздуха России являются ее большие суточные и годовые амплитуды, особенно в резко континентальном климате Азиатской территории. Годовая амплитуда изменяется от 8 10 С ЕТР до 63 С в Восточной Сибири в районе Верхоянского хребта.

54 Влияние растительного покрова на температуру поверхности почвы Растительный покров уменьшает охлаждение почвы ночью. Ночное излучение происходит при этом преимущественно с поверхности самой растительности, которая и будет наиболее охлаждаться. Почва же под растительным покровом сохраняет более высокую температуру. Однако днем растительность препятствует радиационному нагреванию почвы. Суточная амплитуда температуры под растительным покровом уменьшена, а средняя суточная температура понижена. Итак, растительный покров в общем охлаждает почву. В Ленинградской области поверхность почвы под полевыми культурами может оказаться в дневные часы на 15 холоднее, чем почва под паром. В среднем же за сутки она холоднее обнаженной почвы на 6, и даже на глубине 5 10 см остается разница в 3 4.

55 Влияние снежного покрова на температуру почвы Снежный покров предохраняет почву зимой от потери тепла. Излучение идет с поверхности самого снежного покрова, а почва под ним остается более теплой, чем обнаженная почва. При этом суточная амплитуда температуры на поверхности почвы под снегом резко уменьшается. В средней полосе Европейской территории России при снежном покрове 50 см температура поверхности почвы под ним на 6 7 выше, чем температура обнаженной почвы, и на 10 выше, чем температура на поверхности самого снежного покрова. Зимнее промерзание почвы под снегом достигает глубин порядка 40 см, а без снега может распространяться до глубин более 100 см. Итак, растительный покров летом снижает температуру на поверхности почвы, а снежный покров зимой, напротив, ее повышает. Совместное действие растительного покрова летом и снежного зимой уменьшает годовую амплитуду температуры на поверхности почвы; это уменьшение порядка 10 в сравнении с обнаженной почвой.

56 ОПАСНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И ИХ КРИТЕРИИ 1. очень сильный ветер (в т.ч. шквал) не менее 25 м/с, (включая порывы), на побережье морей и в горных районах не менее 35 м/ с; 2. очень сильный дождь не менее 50 мм за период не более 12 ч 3. ливень не менее 30мм за период не более 1 ч; 4. очень сильный снег не менее 20мм за период не более 12 ч; 5. крупный град - не менее 20мм; 6. сильная метель- при средней скорости ветра не менее 15м/с и видимости менее 500 м;

57 7. Сильная пыльная буря при средней скорости ветра не менее 15м/с, и видимости не более 500 м; 8. Сильный туман видимость не более 50 м; 9. Сильное гололедно-изморозевое отложение не менее 20 мм для гололеда, не менее 35 мм для сложного отложения или мокрого снега, не менее 50 мм для изморози. 10. Сильная жара - Высокая максимальная температура воздуха не менее 35 ºС в течение более 5 сут. 11. Сильный мороз - Минимальная температура воздуха не менее минус 35ºС в течение не менее 5 сут.

58 Опасные явления, связанные с повышенными температурами Пожароопасность Сильная жара

59 Опасные явления, связанные с пониженными температурами Снежные бури- биззарды Сильные морозы Резкие потепления - фены

60 Заморозки. Заморозком называется кратковременное понижение температуры воздуха или деятельной поверхности (поверхности почвы) до О С и ниже на общем фоне положительных средних суточных температур

61 Основные понятия о температуре воздуха ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ! Карту среднегодовой температуры Отличия температуры лета и зимы Зональность распределение температуры Влияние распределения суши и моря Распределение температуры воздуха по высоте Суточный и годовой ход температуры почвы и воздуха Опасные явления погоды обусловленные температурным режимом

Лесная метеорология. Лекция 4: ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ АТМОСФЕРЫ и земной поверхности тепловой режим земной поверхности и атмосферы: Распределение температуры воздуха в атмосфере и на поверхности суши и его непрерывные

Вопрос 1. Радиационный баланс земной поверхности Вопрос 2. Радиационный баланс атмосферы введение Приток тепла в виде лучистой энергии это часть общего притока тепла, который изменяет температуру атмосферы.

Тепловой режим атмосферы Лектор: Соболева Надежда Петровна, доцент каф. ГЭГХ Температура воздуха Воздух всегда имеет температуру Температура воздуха в каждой точке атмосферы и в разных местах Земли непрерывно

КЛИМАТ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ Равнинность Западной Сибири, открытость к Ледовитому океану и обширным районам Казахстана и Средней Азии способствуют глубокому проникновению воздушных масс на территорию Новосибирской

Контрольная работа по теме «Климат России». 1 Вариант. 1. Какой климатообразующий фактор является ведущим? 1) Географическое положение 2) Циркуляция атмосферы 3) Близость океанов 4) Морские течения 2.

Понятия «Климат» и «Погода» на примере метеорологических данных по городу Новосибирску Симоненко Анна Цель работы: выяснить разницу в понятиях «Погода» и «Климат» на примере метеорологических данных по

Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО" Кафедра метеорологии

Литература 1 Интернет ресурс http://www.beltur.by 2 Интернет ресурс http://otherreferats.allbest.ru/geography/00148130_0.html 3 Интернет ресурс http://www.svali.ru/climat/13/index.htm 4 Интернет ресурс

Воздушные факторы и погода в зоне их перемещения. Холодович Ю. А. Белорусский национальный технический университет Введение Наблюдения за погодой получили достаточно широкое распространение во второй половине

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

ФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ МИРА ЛЕКЦИЯ 9 РАЗДЕЛ 1 ЕВРАЗИЯ ПРОДОЛЖЕНИЕ ТЕМЫ КЛИМАТ И АГРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ ВОПРОСЫ, РАССМАТРИВАЕМЫЕ НА ЛЕКЦИИ Циркуляция атмосферы, особенности увлажнения и термического режима

Радиация в атмосфере Лектор: Соболева Надежда Петровна, доцент каф. ГЭГХ Радиация или излучение это электромагнитные волны, которые характеризуются: L длиной волны и ν частотой колебаний Радиация распространяется

МОНИТОРИНГ УДК 551.506 (575/2) (04) МОНИТОРИНГ: ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ В ЧУЙСКОЙ ДОЛИНЕ В ЯНВАРЕ 2009 г. Г.Ф. Агафонова зав. метеоцентром, А.О. Подрезов канд. геогр. наук, доцент, С.М. Казачкова аспирант Январь

ТЕПЛОВЫЕ ПОТОКИ В КРИОМЕТАМОРФИЧЕСКОЙ ПОЧВЕ СЕВЕРНОЙ ТАЙГИ И ЕЕ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕННОСТЬ Остроумов В.Е. 1, Давыдова А.И. 2, Давыдов С.П. 2, Федоров-Давыдов Д.Г. 1, Еремин И.И. 3, Кропачев Д.Ю. 3 1 Институт

18. Прогноз температуры и влажности воздуха у поверхности Земли 1 18. ПРОГНОЗ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА У ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ Локальные изменения температуры T t в некоторой точке определяются индивидуальными

УДК 55.5 ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ В ЧУЙСКОЙ ДОЛИНЕ ОСЕНЬЮ г. Е.В. Рябикина, А.О. Подрезов, И.А. Павлова WEATHER CONDITIONS IN CHUI VALLEY IN AUTUMN E.V. Ryabikina, A.O. Podrezov, I.A. Pavlova Метеорологическая

Модуль 1 Вариант 1. ФИО Группа Дата 1. Метеорология наука о процессах, происходящих в земной атмосфере (3б) А) химических Б) физических В) климатических 2. Климатология наука о климате, т.е. совокупности

1. Описание климатограммы: Столбцы в климатограмме количество месяцев, снизу отмечены первые буквы месяцев. Иногда изображены 4 сезона, иногда не все месяцы. Слева отмечена шкала температур. Нулевая отметка

МОНИТОРИНГ УДК 551.506 МОНИТОРИНГ: ПОГОДНЫЕ УСЛОВИЯ В ЧУЙСКОЙ ДОЛИНЕ ОСЕНЬЮ г. Э.Ю. Зыскова, А.О. Подрезов, И.А. Павлова, И.С. Брусенская MONITORING: WEATHER CONDITIONS IN CHUI VALLEY IN AUTUMN E.Yu. Zyskova,

Стратификация и вертикальное равновесие насыщенного воздуха Врублевский С. В. Белорусский национальный технический университет Введение Воздух в тропосфере находится в состоянии постоянного перемешивания

"Климатические тенденции в холодный период года в Молдове" Татьяна стаматова, Государственная Гидрометеорологическая Служба 28 октября 2013, Москва, Россия Основные климатические характеристики зимнего

А.Л. Афанасьев, П.П. Бобров, О.А. Ивченко Омский государственный педагогический университет С.В. Кривальцевич Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск Оценка тепловых потоков при испарении с поверхности

УДК 551.51 (476.4) М Л Смоляров (Могилев, Беларусь) ХАРАКТЕРИСТИКА КЛИМАТИЧЕСКИХ СЕЗОНОВ г. МОГИЛЕВА Введение. Познание климата на научном уровне началось с организации метеорологических станций, оснащенных

АТМОСФЕРА И КЛИМАТЫ ЗЕМЛИ Конспект лекций Осинцева Н.В. Состав атмосферы Азот (N 2) 78,09%, Кислород (O 2) 20,94%, Аргон (Ar) - 0,93%, Углекислый газ (CO 2) 0,03%, Прочие газы 0, 02 %: озон (О 3),

Раз дел ы Код комп.. Тематический план и содержание дисциплины Тематический план Наименование разделов (модулей) Количество часов Аудиторных Самостоятельной работы очно зао чно сокр. очно заоч но сокр.

Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Метеорология муссонов Герасимович В.Ю. Белорусский национальный технический университет Введение Муссоны, устойчивые сезонные ветры. Летом, в сезон муссонов, эти ветры обычно дуют с мор на сушу и приносят

Методы решение задач повышенной сложности физико-географической направленности, применение их на уроках и во внеурочное время Учитель географии: Герасимова Ирина Михайловна 1 Определите, в какой из точек,

3. Изменение климата Температура воздуха Данный показатель характеризует среднегодовую температуру воздуха, ее изменение на протяжении определенного периода времени и отклонение от среднего многолетнего

КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОДА 18 2 глава Средняя по Республике Беларусь температура воздуха за 2013 г. составила +7,5 С, что на 1,7 С выше климатической нормы. В течение 2013 г. в подавляющем большинстве

Проверочная работа по географии Вариант 1 1. Какое годовое количество осадков характерно для резко континентального климата? 1) более 800 мм в год 2) 600-800 мм в год 3) 500-700 мм в год 4) менее 500 мм

Алентьева Елена Юрьевна Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа 118 имени героя советского союза Н. И. Кузнецова города Челябинска КОНСПЕКТ УРОКА ГЕОГРАФИИ

Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА И ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЧВЫ 1. Тепловые свойства почвы. 2. Тепловой режим и пути его регулирования. 1. Тепловые свойства почвы Тепловой режим почв один из важных показателей, во многом определяющий

МАТЕРИАЛЫ для подготовки к компьютерному тестированию по географии 5 класс (углубленное изучение географии) Учитель: Ю. В. Остроухова ТЕМА Знать Уметь Движение Земли по околосолнечной орбите и своей оси

1.2.8. Климатические условия (ГУ «Иркутский ЦГМС-Р» Иркутского УГМС Росгидромета; Забайкальское УГМС Росгидромета; ГУ «Бурятский ЦГМС» Забайкальского УГМС Росгидромета) В результате значительной отрицательной

Задания А2 по географии 1. Какая из перечисленных горных пород является метаморфической по происхождению? 1) песчаник 2) туф 3) известняк 4) мрамор Мрамор относится к метаморфическим породам. Песчаник

Тепловой баланс определяет температуру, ее величину и изменение на той поверхности, которая непосредственно нагревается солнечными лучами. Нагреваясь, эта поверхность, передает тепло (в длинноволновом диапазоне) как ниже лежащим слоям, так и атмосфере. Саму поверхность называют деятельной поверхностью .

Чем больше период колебаний температур, тем глубже они распространяются. Так в средних широтах слой постоянной годовой температуры находится на глубине 19-20 м, в высоких – на глубине 25 м, а в тропических широтах, где годовые амплитуды температур невелики – на глубине 5-10 м. Моменты наступления максимальных и минимальных температур в течение года запаздывают в среднем на 20-30 суток на каждый метр.

Вода медленнее нагревается и медленнее отдает тепло. К тому же солнечные лучи могут проникать на большую глубину, непосредственно нагревая более глубокие слои. Перенос тепла на глубину идет не столько за счет молекулярной теплопроводности, а в большей мере за счет перемешивания вод турбулентным путем или течениями. При остывании поверхностных слоев воды возникает тепловая конвекция, также сопровождающаяся перемешиванием.

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

Годовые амплитуды температуры на поверхности океана от 1ºС в экваториальных широтах до 10,2ºС в умеренных. Годовые колебания температуры проникают на глубину 200-300 м.

Моменты максимумов температуры водоемов запаздывают по сравнению с сушей. Максимум наступает около 15-16 часов, минимум – через 2-3 часа после восхода Солнца. Годовой максимум температуры на поверхности океана в северном полушарии приходится на август, минимум – на февраль.

Вопрос 7(атмосфера) --изменение температуры воздуха с высотой. Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом, в которой находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частички. Общая масса последних незначительна в сравнении со всей массой атмосферы. Атмосферный воздух у земной поверхности, как правило, является влажным. Это значит, что в его состав, вместе с другими газами, входит водяной пар, т.е. вода в газообразном состоянии. Содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах, в отличие от других составных частей воздуха: у земной поверхности оно колеблется между сотыми долями процента и несколькими процентами. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере условиях водяной пар может переходить в жидкое и твердое состояние и, наоборот, может поступать в атмосферу заново вследствие испарения с земной поверхности. Воздух, как и всякое тело, всегда имеет температуру, отличную от абсолютного нуля. Температура воздуха в каждой точке атмосферы непрерывно меняется; в разных местах Земли в одно и то же время она также различна. У земной поверхности температура воздуха варьирует в довольно широких пределах: крайние ее значения, наблюдавшиеся до сих пор, немного ниже +60° (в тропических пустынях) и около -90° (на материке Антарктиды). С высотою температура воздуха меняется в разных слоях и в разных случаях по-разному. В среднем она сначала понижается до высоты 10-15 км, затем растет до 50-60 км, потом снова падает и т. д. - ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАДИЕНТ син. ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ – vertical temperature gradient – изменение температуры с ростом высоты над уровнем моря, взятое на единицу расстояния. Считается положительным, если температура с высотой падает. В обратном случае, например, в стратосфере, температуpa при подъеме повышается, и тогда образуется обратный (инверсионный) вертикальный градиент, которому присваивается знак минус. В тропосфере В. т. г. в среднем 0,65o/100 м, но в отдельных случаях может превышать 1o/100 м или принимать отрицательные значения при инверсиях температуры. В приземном слое на суше в теплое время года он может быть выше в десятки раз. - Адиабатический процесс - Адиабатический процесс (адиабатный процесс) - термодинамический процесс, происходящий в системе без теплообмена с окружающей средой (), т. е. в адиабатически изолированной системе, состояние которой можно изменить только путем изменения внешних параметров. Понятие адиабатической изоляции является идеализацией теплоизолирующих оболочек или сосудов Дьюара (адиабатные оболочки). Изменение температуры внешних тел не оказывает влияния на адиабатически изолированной системы, а их энергия U может изменяться только за счет работы, совершаемой системой (или над ней). Согласно первому началу термодинамики, при обратимом адиабатическом процессе для однородной системы, где V - объем системы, p - давление, а в общем случае, где aj, - внешние параметры, Аj - термодинамические силы. Согласно второму началу термодинамики, при обратимом адиабатическом процессе энтропия постоянна, а при необратимом - возрастает. Очень быстрые процессы, при которых не успевает произойти теплообмен с окружающей средой, например, при распространении звука, можно рассматривать как адиабатический процесс. Энтропия каждого малого элемента жидкости при его движении со скоростью v остается постоянной, поэтому полная производная энтропии s, отнесенной к единице массы, равна нулю, (условие адиабатичности). Простым примером адиабатического процесса является сжатие (или расширение) газа в теплоизолированном цилиндре с теплоизолированным поршнем: при сжатии температуpa возрастает, при расширении - убывает. Другим примером адиабатического процесса может служить адиабатическое размагничивание, которое используют в методе магнитного охлаждения. Обратимый адиабатический процесс, называется также изоэнтропийным, изображается на диаграмме состояния адиабатой (изоэнтропой). -Поднимающийся воздух, попадая в разреженную среду, расширяется, происходит его охлаждение, а опускающийся, наоборот, благодаря сжатию нагревается. Такое изменение температуры за счет внутренней энергии, без притока и отдачи тепла, называется адиабатическим. Адиабатические изменения температуры происходят по сухоадиабатическому и влажноадиабатическому законам. Соответственно различают и вертикальные градиенты изменения температуры с высотой. Сухоадиабатический градиент - это изменение температуры сухого или влажного ненасыщенного воздуха на 1° С на каждые 100 метров поднятия или опускания, а влажноадиабатический градиент - это понижение температуры влажного насыщенного воздуха меньше чем на 1° С на каждые 100 метров поднятия.

-Инверсия в метеорологии означает аномальный характер изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии, то есть к увеличению температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения (см. атмосфера Земли).

Различают два типа инверсии:

1.приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии - десятки метров)

2.инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя инверсии достигает сотни метров)

Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки, тумана, смога, облаков, миражей. Инверсия сильно зависит от местных особенностей рельефа. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15-20 °C и более. Наибольшей мощностью обладают приземные инверсии температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде в зимний период.

Билет.

Суточный ход температуры воздуха- изменение температуры воздуха в течение суток. Суточный ход температуры воздуха в общем отражает ход температуры земной поверхности, но моменты наступления максимумов и минимумов несколько запаздывают, максимум наблюдается в 14 часов, минимум-после восхода Солнца. Суточные колебания температуры воздуха зимой заметны до высоты 0,5 км, летом-до 2 км.

Суточная амплитуда температуры воздуха- разница между максимальной и минимальной температурами воздуха в течение суток. Суточная амплитуда температуры воздуха наибольшая в тропических пустынях-до 40 0 , в экваториальных и умеренных широтах она уменьшается. Суточная амплитуда меньше зимой и в облачную погоду. Над водной поверхностью она значительно меньше, чем над сушей; над растительным покровом меньше, чем над оголенными поверхностями.

Годовой ход температуры воздуха определяется прежде всего широтой места. Годовой ход температуры воздуха- изменение среднемесячной температуры в течение года. Годовая амплитуда температуры воздуха- разница между максимальной и минимальной среднемесячными температурами. Выделают четыре типа годового хода температуры; в каждом типе два подтипа-морской и континентальный, характеризующиеся различной годовой амплитудой температуры. В экваториальном типе годового хода температуры наблюдается два небольших максимума и два небольших минимума. Максимумы наступают после дней равноденствия, когда солнце в зените над экватором. В морском подтипе годовая амплитуда температуры воздуха составляет 1-2 0 , в континентальном 4-6 0 . Температура весь год положительная. В тропическом типе годового хода температуры выделяется один максимум после летнего солнцестояния и один минимум-после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии. В морском подтипе годовая амплитуда температур равна 5 0 , в континентальном 10-20 0 . В умеренном типе годового хода температуры также наблюдается один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии, зимой температуры отрицательные. Над океаном амплитуда сосотавляет 10-15 0 , над сушей увеличивается по мере удаления от океана: на побережье-10 0 , в центре материка-до 60 0 . В полярном типе годового хода температуры сохраняется один максимум после дня летнего солнцестояния и один минимум после дня зимнего солнцестояния в Северном полушарии, температура большую часть года-отрицательная. Годовая амплитуда на море равна 20-30 0 , на суше-60 0 . Выделенные типы отражают зональный ход температуры, обусловленный притоком солнечной радиации. На годовой ход температуры большое влияние оказывает перемещение воздушных масс.

Билет.

Изотермы -линии, соединяющие на карте точки с одинаковыми температурами.

Летом материки больше прогреты, изотермы над сушей изгибаются в строну полюсов.

На карте зимних температур (декабрь в Северном полушарии и июль в Южном) изотермы значительно отклоняются от параллелей. Над океанами изотермы далеко продвигаются к высоким широтам, образуя «языки тепла»; над сушей изотермы отклоняются к экватору.

Средняя годовая температура Северного полушария +15,2 0 С, а Южного +13,2 0 С. Минимальная температура в Северном полушарии достигла -77 0 С (Оймякон) и -68 0 С (Верхоянск). В Южном полушарии минимальные температуры гораздо ниже; на станциях «Советская» и «Восток» была отмечена температура -89,2 0 С. Минимальная температура в безоблачную погоду в Антарктиде может опускаться до -93 0 С. Самые высокие температуры наблюдаются в пустынях тропического пояса, в Триполи +58 0 С; в Калифорнии, в долине Смерти отмечена температура +56,7 0 .

О том, насколько сильно материки и океаны влияют на распредление температур, дают представлние карты изаномал. Изаномалы- линии, соединяющие точки с одинаковыми аномалиями температур. Аномалии представляют собой отклонения фактических температур от среднеширотных. Аномалии бывают положительные и отрицательные. Положительные наблюдаются летом над прогретыми материками

Тропики и полярные круги нельзя считать действительными границами тепловых поясов(система классификации климатов по темп-ре воздуха) , так как на распределение температур влияет еще ряд факторов: рапределение суши и воды, течений. За границы тепловых поясов приняты изотермы. Жаркий пояс распологаетя между годовыми изотермами 20 0 С и оконтуривает полосу дикорастущих пальм. Границы умернного пояса проводятся по изотерме 10 0 С самого теплого месяца. В Северном полушарии граница совпадает с распространением лесотундры. Граница холодного пояса проходит по изотерме 0 0 С самого теплого месяца. Пояса мороза распологаются вокруг полюсов.

Тепловая энергия поступает в нижние слои атмосферы главным образом от подстилающей поверхности. Тепловой режим этих слоев

тесно связан с тепловым режимом земной поверхности, поэтому его изучение является также одной из важных задач метеорологии.

Основными физическими процессами, при которых почва получает или отдает тепло, являются: 1) лучистый теплообмен; 2) турбулентный теплообмен между подстилающей поверхностью и атмосферой; 3) молекулярный теплообмен между поверхностью почвы и нижним неподвижным прилегающим слоем воздуха; 4) теплообмен между слоями почвы; 5) фазовый теплообмен: затраты тепла на испарение воды, таяние льда и снега на поверхности и в глубине почвы или его выделение при обратных процессах.

Тепловой режим поверхности земли и водоемов определяется их теплофизическими характеристиками. Особое внимание при подготовке следует обратить на вывод и анализ уравнения теплопроводности почвы (уравнение Фурье). Если почва однородна по вертикали, то ее температура t на глубине z в момент времени т может быть определена из уравнения Фурье

где а - температуропроводность почвы.

Следствием этого уравнения являются основные законы распространения температурных колебаний в почве:

1. Закон неизменности периода колебаний с глубиной:

T(z) = const (2)

2. Закон уменьшения амплитуды колебаний с глубиной:

(3)

где и - амплитуды на глубинах а - температуропроводность слоя почвы, лежащего между глубинами ;

3. Закон сдвига фазы колебаний с глубиной (закон запаздывания):

(4)

где запаздывание, т.е. разность между моментами наступления одинаковой фазы колебаний (например, максимума) на глубинах и Колебания температуры проникают в почву до глубины z np , определяемой соотношением:

(5)

Кроме того, необходимо обратить внимание на ряд следствий из закона уменьшения амплитуды колебаний с глубиной:

а) глубины, на которых в разных почвах ( ) амплитуды температурных колебаний с одинаковым периодом ( = Т 2) уменьшаются в одинаковое число раз относятся между собой как корни квадратные из температуропроводности этих почв

б) глубины, на которых в одной и той же почве (а = const) амплитуды температурных колебаний с разными периодами () уменьшаются в одинаковое число раз =const , относятся между собой как корни квадратные из периодов колебаний

(7)

Необходимо четко усвоить физический смысл и особенности формирования теплового потока в почву.

Поверхностная плотность теплового потока в почве определяется по формуле:

где λ - коэффициент теплопроводности почвы вертикальный градиент температуры.

Мгновенные значение Р выражаются в кВт/м с точностью до сотых, суммы Р - в МДж/м 2 (часовые и суточные - с точностью до сотых, месячные - до единиц, годовые - до десятков).

Средняя поверхностная плотность теплового потока через поверхность почвы за интервал времени т описывается формулой

где С - объемная теплоемкость почвы; интервал; z„ p - глубина проникновения температурных колебаний; ∆t cp - разность средних температур слоя почвы до глубины z np в конце и в начале интервала т. Приведем основные примеры задач по теме «Тепловой режим почвы».

Задача 1. На какой глубине уменьшается в е раз амплитуда суточных колебаний в почве, имеющей коэффициент температуропроводности а = 18,84 см 2 /ч?

Решение. Из уравнения (3) следует, что амплитуда суточных колебаний уменьшится в е раз на глубине, соответствующей условию

Задача 2. Найти глубину проникновения суточных колебаний температуры в гранит и в сухой песок, если экстремальные температуры поверхности соседних участков с гранитной почвой 34,8 °С и 14,5 °С, а с сухой песчаной почвой 42,3 °С и 7,8 °С. Температуропроводность гранита а г = 72,0 см 2 /ч, сухого песка а п = 23,0 см 2 /ч.

Решение. Амплитуда температуры на поверхности гранита и песка равна:

Глубина проникновения рассматривается по формуле (5):

В связи с большей температуропроводностью гранита мы получили и большую глубину проникновения суточных колебаний температуры.

Задача 3. Предположив, что температура верхнего слоя почвы изменяется с глубиной линейно, следует вычислить поверхностную плотность теплового потока в сухом песке, если температура его поверхности составляет 23,6 "С, а температура на глубине 5 см равна 19,4 °С.

Решение. Температурный градиент почвы в этом случае равен:

Теплопроводность сухого песка λ= 1,0 Вт/м*К. Поток тепла в почву определяем по формуле:

Р = -λ - = 1,0 84,0 10" 3 = 0,08 кВт/м 2

Тепловой режим приземного слоя атмосферы определяется главным образом турбулентным перемешиванием, интенсивность которого зависит от динамических факторов (шероховатости земной поверхности и градиентов скоростей ветра на различных уровнях, масштаба движения) и термических факторов (неоднородности нагревания различных участков поверхности и вертикального распределения температуры).

Для характеристики интенсивности турбулентного перемешивания используется коэффициент турбулентного обмена А и коэффициент турбулентности К. Они связаны соотношением

К = А/р (10)

где р - плотность воздуха.

Коэффициент турбулентности К измеряется в м 2 /с, с точностью до сотых долей. Обычно в приземном слое атмосферы используют коэффициент турбулентности К] на высоте г" = 1 м. В пределах приземного слоя:

где z - высота (м).

Необходимо знать основные методы определения К\.

Задача 1. Вычислить поверхностную плотность вертикального теплового потока в приземном слое атмосферы через площадку, на уровне которой плотность воздуха равна нормальной, коэффициент турбулентности равен 0,40 м 2 /с, а вертикальный градиент температуры 30,0 °С/100м.

Решение. Вычисляем поверхностную плотность вертикального теплового потока по формулe

L=1.3*1005*0.40*

Изучите факторы, влияющие на тепловой режим приземного слоя атмосферы, а также периодические и непериодические изменения температуры свободной атмосферы. Уравнения теплового баланса земной поверхности и атмосферы описывают закон сохранения энергии, полученной деятельным слоем Земли. Рассмотрите суточный и годовой ход теплового баланса и причины его изменений.

Литература

Раздел Ш, гл. 2, § 1 -8.

Вопросы для самопроверки

1. Какие факторы определяют тепловой режим почвы и водоемов?

2. Каков физический смысл теплофизических характеристик и как они влияют на температурный режим почвы, воздуха, воды?

3. От чего зависят и как зависят амплитуды суточных и годовых колебаний температуры поверхности почвы?

4. Сформулируйте основные законы распределения температурных колебаний в почве?

5. Какие следствия вытекают из основных законов распределения температурных колебаний в почве?

6. Каковы средние глубины проникновения суточных и годовых колебаний температуры в почве и в водоемах?

7. Каково влияние растительного и снежного покрова на тепловой режим почвы?

8. Какие особенности теплового режима водоемов, в отличие от теплового режима почвы?

9. Какие факторы влияют на интенсивность турбулентности в атмосфере?

10. Какие количественные характеристики турбулентности вы знаете?

11. Каковы основные методы определения коэффициента турбулентности, их достоинства и недостатки?

12. Нарисуйте и проанализируйте суточный ход коэффициента турбулентности над поверхностью суши и водоема. В чем причины их различия?

13. Как определяется поверхностная плотность вертикального турбулентного теплового потока в приземном слое атмосферы?

Локальная температура

Тепловой режим атмосферы

Теплообмен

Радиационный путь теплообмена

Радиационный баланс подстилающей поверхности

Тепловой баланс подстилающей поверхности

поверхности и деятельного слоя

10. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

11. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

12. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

13. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

14. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

15. Температурный режим подстилающей поверхности и деятельного слоя

16.

17. Процессы, влияющие на теплообмен атмосферы

18. Изменения температуры воздуха

19. Периодичные изменения температуры воздуха

20. Суточный ход температуры

21. на поверхности почвы (1) и в воздухе на высоте 2м (2). Москва (МГУ)

22. Средний суточный ход температуры

23. Средний суточный ход температуры

24.

25. Температура поверхности почвы

26. Суточная амплитуда температуры

27. Изменения суточной амплитуды температуры (Асут)

28. Изменения суточной амплитуды температуры (Асут)

29. Влияние почвенного покрова на температуру поверхности почвы

30. Влияние почвенного покрова на температуру поверхности почвы

31. Распространение тепла в глубь почвы

32. Распространение тепла в глубь почвы

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

34. Годовые колебания температуры

35.

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

37. Распределение температуры в почве по вертикали в разные сезоны

38. Изоплеты годового хода темпера­туры в почве в Тбилиси

39. Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды

40. Суточный ход температуры на поверхности моря (сплошная кривая) и на высоте 6 м в воздухе (прерывистая кривая) в тропической

41. Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды

42. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

43. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

44. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

45. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

46. Суточный ход температуры воздуха у земной поверхности

47. Суточный ход температуры воздуха в Москве в январе и в июле. Цифрами нанесены средние месячные температуры января и июля.

48. Суточные изменения амплитуды температуры воздуха

49. Влияние характера почвы и почвенного покрова

50. Влияние рельефа

51. Влияние морей и океанов

52. Изменение суточной амплитуды температуры с высотой

53. Влияние рельефа местности

54.

55. Излучение земной поверхности

56. Излучение земной поверхности

57.

58. Атмосферная радиация

59. Встречное излучение

60. Встречное излучение

61. Встречное излучение

62.

63.

64. Эффективное излучение

65. Эффективное излучение

66. Эффективное излучение

67. Эффективное излучение

68. Эффективное излучение

69. Эффективное излучение

70. Радиационный баланс земной поверхности

76. Радиационный баланс земной поверхности

77.

78.

79. Радиационный баланс земной поверхности

80. Излучение в мировое пространство

81. Излучение в мировое пространство

82. Излучение в мировое пространство

83. Радиационный баланс

84. Физические константы

Транскрипт

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

38. Изоплеты годового хода температуры в почве в Тбилиси