Temperaturni režim podloge. Toplinski režim zemljine površine i atmosfere

Toplinska energija ulazi u niže slojeve atmosfere uglavnom s donje površine. Toplinski režim ovih slojeva

usko je vezan uz toplinski režim zemljine površine, pa je i njegovo proučavanje jedna od važnih zadaća meteorologije.

Glavni fizikalni procesi u kojima tlo prima ili odaje toplinu su: 1) prijenos topline zračenja; 2) turbulentna izmjena topline između podloge i atmosfere; 3) molekularna izmjena topline između površine tla i donjeg fiksnog susjednog sloja zraka; 4) izmjena topline između slojeva tla; 5) fazni prijenos topline: potrošnja topline za isparavanje vode, otapanje leda i snijega na površini i u dubini tla, odnosno njezino oslobađanje tijekom obrnutih procesa.

Toplinski režim površine zemlje i vodnih tijela određen je njihovim termofizičkim karakteristikama. Posebna pažnja u pripremi treba obratiti pozornost na izvođenje i analizu jednadžbe toplinske vodljivosti tla (Fourierova jednadžba). Ako je tlo jednolično okomito, tada je njegova temperatura t na dubini z u trenutku t može se odrediti iz Fourierove jednadžbe

gdje a- toplinska difuzivnost tla.

Posljedica ove jednadžbe su osnovni zakoni širenja temperaturnih fluktuacija u tlu:

1. Zakon invarijantnosti perioda osciliranja s dubinom:

T(z) = const(2)

2. Zakon smanjenja amplitude oscilacija s dubinom:

(3)

gdje i su amplitude na dubinama a- toplinska difuzivnost sloja tla koji leži između dubina;

3. Zakon faznog pomaka oscilacija s dubinom (zakon kašnjenja):

(4)

gdje je kašnjenje, t.j. razlika između trenutaka početka iste faze oscilacija (na primjer, maksimuma) na dubinama i fluktuacije temperature prodiru u tlo do dubine znp definirano omjerom:

(5)

Osim toga, potrebno je obratiti pozornost na niz posljedica iz zakona smanjenja amplitude oscilacija s dubinom:

a) dubine na kojima se u različitim tlima ( ) amplitude temperaturnih fluktuacija s istim periodom ( = T 2) smanjenje za isti broj puta međusobno se odnose kao kvadratni korijeni toplinske difuzivnosti ovih tala

b) dubine na kojima se u istom tlu ( a= const) amplitude temperaturnih fluktuacija s različitim periodima ( ) smanjiti za isti iznos =konst, međusobno su povezani kao kvadratni korijeni razdoblja oscilacija

(7)

Potrebno je jasno razumjeti fizičko značenje i značajke stvaranja toplinskog toka u tlo.

Površinska gustoća toplinskog toka u tlu određena je formulom:

gdje je λ koeficijent toplinske vodljivosti vertikalnog temperaturnog gradijenta tla.

Trenutna vrijednost R izraženi su u kW/m na najbližu stotinu, zbroji R - u MJ / m 2 (satnih i dnevnih - do stotinki, mjesečno - do jedinica, godišnje - do desetina).

Prosječna površinska gustoća toplinskog toka kroz površinu tla u vremenskom intervalu t opisuje se formulom

gdje je C volumetrijski toplinski kapacitet tla; interval; z „str- dubina prodora temperaturnih fluktuacija; ∆tcp- razlika između prosječnih temperatura sloja tla do dubine znp na kraju i na početku intervala m. Navedimo glavne primjere zadataka na temu “Toplinski režim tla”.

Zadatak 1. Na kojoj dubini se smanjuje e puta amplituda dnevnih fluktuacija u tlu s koeficijentom toplinske difuzivnosti a\u003d 18,84 cm 2 / h?

Odluka. Iz jednadžbe (3) slijedi da će se amplituda dnevnih fluktuacija smanjiti za faktor e na dubini koja odgovara uvjetu

Zadatak 2. Odrediti dubinu prodiranja dnevnih temperaturnih kolebanja u granit i suhi pijesak, ako su ekstremne površinske temperature susjednih područja s granitnim tlom 34,8 °C i 14,5 °C, a sa suhim pjeskovitim tlom 42,3 °C i 7,8 °C. toplinska difuzivnost granita a g \u003d 72,0 cm 2 / h, suhi pijesak a n \u003d 23,0 cm 2 / h.

Odluka. Temperaturna amplituda na površini granita i pijeska jednaka je:

Dubina prodiranja smatra se formulom (5):

Zbog veće toplinske difuzivnosti granita dobili smo i veću dubinu prodiranja dnevnih temperaturnih kolebanja.

Zadatak 3. Uz pretpostavku da se temperatura gornjeg sloja tla mijenja linearno s dubinom, treba izračunati površinsku gustoću toplinskog toka u suhom pijesku ako je njegova površinska temperatura 23,6 "S, a temperatura na dubini od 5 cm iznosi 19,4 °C.

Odluka. Temperaturni gradijent tla u ovom slučaju jednak je:

Toplinska vodljivost suhog pijeska λ= 1,0 W/m*K. Toplinski tok u tlo određuje se formulom:

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

Toplinski režim površinskog sloja atmosfere određen je uglavnom turbulentnim miješanjem, čiji intenzitet ovisi o dinamičkim čimbenicima (hrapavost zemljine površine i gradijenti brzine vjetra na različitim razinama, razmjera kretanja) i toplinskih čimbenika (nehomogenost zagrijavanja). raznih dijelova površine i vertikalne raspodjele temperature).

Za karakterizaciju intenziteta turbulentnog miješanja koristi se koeficijent turbulentne izmjene ALI i koeficijent turbulencije DO. Oni su povezani relacijom

K \u003d A / str(10)

gdje R - gustoća zraka.

Koeficijent turbulencije Do mjereno u m 2 / s, točno na stotinke. Obično se u površinskom sloju atmosfere koristi koeficijent turbulencije DO] na visokom G"= 1 m. Unutar površinskog sloja:

gdje z- visina (m).

Morate poznavati osnovne metode za određivanje DO\.

Zadatak 1. Izračunajte površinsku gustoću vertikalnog toplinskog toka u površinskom sloju atmosfere kroz područje na kojem je gustoća zraka normalna, koeficijent turbulencije 0,40 m 2 /s, a vertikalni temperaturni gradijent 30,0 °C/100m.

Odluka. Površinsku gustoću vertikalnog toplinskog toka izračunavamo po formuli

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

Proučavati čimbenike koji utječu na toplinski režim površinskog sloja atmosfere, kao i periodične i neperiodične promjene temperature slobodne atmosfere. Jednadžbe toplinske ravnoteže zemljine površine i atmosfere opisuju zakon održanja energije koju prima aktivni sloj Zemlje. Razmotrite dnevni i godišnji tijek toplinske bilance i razloge njezinih promjena.

Književnost

Poglavlje sh, CH. 2, § 1 -8.

Pitanja za samoispitivanje

1. Koji čimbenici određuju toplinski režim tla i vodnih tijela?

2. Koje je fizičko značenje termofizičkih karakteristika i kako one utječu na temperaturni režim tla, zraka, vode?

3. O čemu ovise i kako ovise amplitude dnevnih i godišnjih kolebanja površinske temperature tla?

4. Formulirajte osnovne zakone raspodjele temperaturnih kolebanja u tlu?

5. Koje su posljedice osnovnih zakona raspodjele temperaturnih kolebanja u tlu?

6. Koje su prosječne dubine prodiranja dnevnih i godišnjih temperaturnih kolebanja u tlu i u vodnim tijelima?

7. Kakav je utjecaj vegetacije i snježnog pokrivača na toplinski režim tla?

8. Koje su značajke toplinskog režima vodnih tijela, za razliku od toplinskog režima tla?

9. Koji čimbenici utječu na intenzitet turbulencije u atmosferi?

10. Koje kvantitativne karakteristike turbulencije poznajete?

11. Koje su glavne metode za određivanje koeficijenta turbulencije, njihove prednosti i nedostaci?

12. Nacrtati i analizirati dnevni hod koeficijenta turbulencije nad kopnom i vodenim površinama. Koji su razlozi njihove razlike?

13. Kako se određuje površinska gustoća vertikalnog turbulentnog toplinskog toka u površinskom sloju atmosfere?

Tlo je sastavni dio klimatskog sustava, koji je najaktivniji akumulator sunčeve topline koja ulazi na površinu zemlje.

Dnevni hod temperature ispod površine ima jedan maksimum i jedan minimum. Minimum se javlja oko izlaska sunca, maksimum se javlja poslijepodne. Faza dnevnog ciklusa i njegova dnevna amplituda ovise o godišnjem dobu, stanju podloge, količini i oborinama, a također i o položaju postaja, vrsti tla i njegovom mehaničkom sastavu.

Prema mehaničkom sastavu tla se dijele na pjeskovita, pjeskovito ilovasta i ilovasta tla, koja se razlikuju po toplinskom kapacitetu, toplinskoj difuzivnosti i genetskim svojstvima (osobito po boji). Tamna tla apsorbiraju više sunčevog zračenja i stoga se zagrijavaju više od laganih tla. Pjeskovita i pjeskovita ilovasta tla, karakterizirana manjim, toplijim od ilovača.

Godišnji tijek temperature ispod površine pokazuje jednostavnu periodičnost s minimumom zimi i maksimumom ljeti. Na većem dijelu teritorija Rusije najviša temperatura tla bilježi se u srpnju, na Daleki istok u obalnom pojasu Ohotskog mora, i - u srpnju - kolovozu, na jugu Primorskog kraja - u kolovozu.

Maksimalne temperature podloge tijekom većeg dijela godine karakteriziraju ekstremno toplinsko stanje tla, a samo za najhladnije mjesece - površinu.

Vremenski uvjeti pogodni za postizanje maksimalnih temperatura podloge su: oblačno vrijeme, kada je dotok sunčevog zračenja najveći; niske brzine vjetra ili zatišje, budući da povećanje brzine vjetra povećava isparavanje vlage iz tla; mala količina oborina, budući da suho tlo karakterizira niža toplinska i toplinska difuzivnost. Osim toga, u suhom tlu manja je potrošnja topline za isparavanje. Dakle, apsolutni temperaturni maksimumi obično se opažaju u najjasnijim sunčanim danima na suhom tlu i obično u poslijepodnevnim satima.

Zemljopisna raspodjela prosjeka iz apsolutnih godišnjih maksimuma temperature ispod površine slična je raspodjeli izogeoterme prosječnih mjesečnih temperatura površine tla u ljetnih mjeseci. Izogeoterme su uglavnom geografske širine. Utjecaj mora na temperaturu površine tla očituje se u činjenici da je na zapadnoj obali Japana i, na Sahalinu i Kamčatki, poremećen zemljopisni smjer izogeoterma i postaje blizak meridijanskom (ponavlja obrise obala). U europskom dijelu Rusije, vrijednosti prosjeka apsolutnih godišnjih maksimuma temperature podloge variraju od 30-35°C na obali sjevernih mora do 60-62°C na jugu Rostova. Region, u Krasnodarskom i Stavropoljskom području, u Republici Kalmikiji i Republici Dagestan. Na tom je području prosjek apsolutnih godišnjih maksimuma površinske temperature tla za 3–5°C niži nego u obližnjim ravničarskim područjima, što je povezano s utjecajem nadmorske visine na povećanje količine oborina u tom području i vlažnosti tla. Ravničarska područja, zatvorena brdima od prevladavajućih vjetrova, karakteriziraju smanjena količina oborina i niže brzine vjetra, a posljedično i povećane vrijednosti ekstremnih temperatura površine tla.

Najbrži porast ekstremnih temperatura od sjevera prema jugu događa se u zoni prijelaza iz šume i zona u zonu, što je povezano sa smanjenjem oborina u stepskoj zoni i s promjenom sastava tla. Na jugu, uz opću nisku razinu vlage u tlu, iste promjene vlažnosti tla odgovaraju značajnijim razlikama u temperaturi tala koje se razlikuju po mehaničkom sastavu.

Također dolazi do oštrog smanjenja prosjeka apsolutnih godišnjih maksimuma temperature temeljne površine od juga prema sjeveru u sjevernim regijama europskog dijela Rusije, tijekom prijelaza iz šumske zone u zone i tundre - područja prekomjerna vlaga. Sjeverne regije europskog dijela Rusije zbog aktivne ciklonalne aktivnosti, između ostalog, razlikuju se od južnih po povećanoj količini naoblake koja naglo smanjuje dolazak sunčevog zračenja na površinu zemlje.

U azijskom dijelu Rusije najniži prosječni apsolutni maksimumi javljaju se na otocima i na sjeveru (12–19°C). Kako se krećemo prema jugu, dolazi do porasta ekstremnih temperatura, a na sjeveru europskih i azijskih dijelova Rusije taj porast dolazi oštrije nego na ostatku teritorija. U područjima s minimalnom količinom oborina (na primjer, područja između rijeka Lena i Aldan), razlikuju se džepovi povišenih ekstremnih temperatura. Budući da su regije vrlo složene, ekstremne temperature površine tla za postaje koje se nalaze u različitim oblicima reljefa (planinski predjeli, kotline, nizine, doline velikih sibirskih rijeka) uvelike se razlikuju. Prosječne vrijednosti apsolutnih godišnjih maksimalnih temperatura podloge dostižu najveće vrijednosti na jugu azijskog dijela Rusije (osim obalnih područja). Na jugu Primorskog kraja prosjek apsolutnih godišnjih maksimuma niži je nego u kontinentalnim regijama koje se nalaze na istoj geografskoj širini. Ovdje njihove vrijednosti dosežu 55-59°C.

Minimalne temperature podloge također se promatraju u sasvim specifičnim uvjetima: u najhladnijim noćima, u satima blizu izlaska sunca, tijekom anticiklonskih vremenskih uvjeta, kada niska naoblaka pogoduje maksimalnom učinkovitom zračenju.

Raspodjela prosječnih izogeotermi iz apsolutnih godišnjih minimuma temperature ispod površine slična je raspodjeli izotermi minimalnih temperatura zraka. Na većem dijelu teritorija Rusije, osim južnih i sjevernih regija, prosječne izogeoterme apsolutnih godišnjih minimalnih temperatura podložne površine poprimaju meridionalnu orijentaciju (opadajuću od zapada prema istoku). U europskom dijelu Rusije prosjek apsolutnih godišnjih minimalnih temperatura podloge varira od -25°C u zapadnim i južnim regijama do -40 ... -45°C u istočnim i, posebno, sjeveroistočnim regijama (Timanski greben i Bolshezemelskaya tundra). Najviše srednje vrijednosti apsolutnih godišnjih temperaturnih minimuma (–16…–17°C) javljaju se na obali Crnog mora. U većem dijelu azijskog dijela Rusije, prosjek apsolutnih godišnjih minimuma varira unutar -45 ... -55 ° C. Takva neznatna i prilično ujednačena raspodjela temperature na golemom teritoriju povezana je s ujednačenošću uvjeta za stvaranje minimalnih temperatura u područjima koja su pod utjecajem Sibira.

U područjima istočnog Sibira sa složenim reljefom, posebno u Republici Saha (Jakutija), uz faktore zračenja, reljefne značajke značajno utječu na smanjenje minimalnih temperatura. Ovdje se u teškim uvjetima planinske zemlje u depresijama i kotlinama stvaraju posebno povoljni uvjeti za hlađenje podloge. Republika Sakha (Jakutija) ima najniže prosječne vrijednosti apsolutnih godišnjih minimuma temperature ispod površine u Rusiji (do –57…–60°S).

Na obali Arktička mora, zbog razvoja aktivne zimske ciklonalne aktivnosti ovdje, minimalne temperature su više nego u unutrašnjosti. Izogeoterme imaju gotovo zemljopisni smjer, a smanjenje prosjeka apsolutnih godišnjih minimuma od sjevera prema jugu događa se prilično brzo.

Na obali izogeoterme ponavljaju obrise obala. Utjecaj aleutskog minimuma očituje se u porastu prosjeka apsolutnih godišnjih minimuma u obalnom pojasu u odnosu na kopnena područja, posebice na južnoj obali Primorskog kraja i na Sahalinu. Prosječni apsolutni godišnji minimumi ovdje su –25…–30°S.

Smrzavanje tla ovisi o veličini negativnih temperatura zraka u hladnoj sezoni. Najvažniji čimbenik koji sprječava smrzavanje tla je prisutnost snježnog pokrivača. Njegove karakteristike kao što su vrijeme formiranja, snaga, trajanje pojave određuju dubinu smrzavanja tla. Kasno uspostavljanje snježnog pokrivača pridonosi većem smrzavanju tla, budući da je u prvoj polovici zime intenzitet smrzavanja tla najveći i obrnuto, rano uspostavljanje snježnog pokrivača sprječava značajno smrzavanje tla. Utjecaj debljine snježnog pokrivača najizraženiji je u područjima s niskim temperaturama zraka.

Na istoj dubini smrzavanja ovisi o vrsti tla, njegovom mehaničkom sastavu i vlažnosti.

Na primjer, u sjevernim regijama Zapadni Sibir s niskim i debelim snježnim pokrivačem dubina smrzavanja tla je manja nego u južnijim i toplijim krajevima s malim. Neobična slika se odvija u područjima s nestabilnim snježnim pokrivačem (južni dijelovi europskog dijela Rusije), gdje može doprinijeti povećanju dubine smrzavanja tla. To je zbog činjenice da se s čestim promjenama mraza i odmrzavanja na površini tankog snježnog pokrivača stvara ledena kora, čiji je koeficijent toplinske vodljivosti nekoliko puta veći od toplinske vodljivosti snijega i vode. Tlo se u prisutnosti takve kore hladi i smrzava mnogo brže. Prisutnost vegetacijskog pokrivača doprinosi smanjenju dubine smrzavanja tla, jer zadržava i nakuplja snijeg.

TOPLINSKI REŽIM PODLOŽNE POVRŠINE I ATMOSFERE

Površina koja se izravno zagrijava sunčevim zrakama i odaje toplinu ispod slojeva i zraka naziva se aktivan. Temperatura aktivne površine, njezina vrijednost i promjena (dnevna i godišnja varijacija) određuju se toplinskom ravnotežom.

Maksimalna vrijednost gotovo svih komponenti toplinske ravnoteže opaža se u bližim podnevnim satima. Iznimka je maksimalna izmjena topline u tlu, koja pada u jutarnjim satima.

Maksimalne amplitude dnevne varijacije komponenti toplinske ravnoteže promatraju se ljeti, a minimalne - zimi. U dnevnom tijeku površinske temperature, suhe i bez vegetacije, za vedra dana, maksimum se javlja nakon 13:00 sati, a minimum oko izlaska sunca. Oblačnost narušava pravilan tijek površinske temperature i uzrokuje pomak u trenucima maksimuma i minimuma. Vlažnost i vegetacijski pokrov uvelike utječu na temperaturu površine. Maksimalne dnevne površinske temperature mogu biti +80°C ili više. Dnevne fluktuacije dosežu 40°. Njihova vrijednost ovisi o geografskoj širini mjesta, godišnjem dobu, oblačnosti, toplinskim svojstvima površine, njezinoj boji, hrapavosti, vegetacijskom pokrovu i izloženosti padina.

Godišnji tijek temperature aktivnog sloja je različit na različitim geografskim širinama. Maksimalna temperatura u srednjim i visokim geografskim širinama obično se promatra u lipnju, minimalna - u siječnju. Amplitude godišnjih fluktuacija temperature aktivnog sloja na niskim geografskim širinama su vrlo male, a na srednjim geografskim širinama na kopnu dosežu 30°. Godišnja kolebanja površinske temperature u umjerenim i visokim geografskim širinama pod snažnim su utjecajem snježnog pokrivača.

Za prijenos topline sa sloja na sloj potrebno je vrijeme, a trenuci nastupa maksimalnih i minimalnih temperatura tijekom dana odgađaju se svakih 10 cm za oko 3 sata. Ako je najviša temperatura na površini bila oko 13:00 sati, na dubini od 10 cm temperatura će dostići maksimum oko 16:00 sati, a na dubini od 20 cm - oko 19:00 sati itd. Uz uzastopne zagrijavanje donjih slojeva od gornjih slojeva, svaki sloj apsorbira određenu količinu topline. Što je sloj dublji, prima manje topline i slabije su temperaturne fluktuacije u njemu. Amplituda dnevnih temperaturnih fluktuacija s dubinom smanjuje se za 2 puta na svakih 15 cm. To znači da ako je na površini amplituda 16°, onda je na dubini od 15 cm 8°, a na dubini od 30 cm 4°.

Na prosječnoj dubini od oko 1 m, dnevne fluktuacije temperature tla "smiruju". Sloj u kojem se te oscilacije praktički zaustavljaju naziva se sloj stalna dnevna temperatura.

Što je duže razdoblje temperaturnih kolebanja, to se dublje šire. U srednjim geografskim širinama sloj stalne godišnje temperature nalazi se na dubini od 19-20 m, u visokim geografskim širinama na dubini od 25 m. U tropskim geografskim širinama godišnje temperaturne amplitude su male, a sloj konstantne godišnje amplitude je nalazi se na dubini od svega 5-10 m. a minimalne temperature kasne u prosjeku 20-30 dana po metru. Dakle, ako je najniža temperatura na površini zabilježena u siječnju, na dubini od 2 m ona se javlja početkom ožujka. Promatranja pokazuju da je temperatura u sloju stalne godišnje temperature bliska prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka iznad površine.

Voda, koja ima veći toplinski kapacitet i nižu toplinsku vodljivost od zemlje, sporije se zagrijava i sporije oslobađa toplinu. Dio sunčevih zraka koje padaju na površinu vode apsorbira gornji sloj, a neke od njih prodiru do znatne dubine, izravno zagrijavajući dio njegovog sloja.

Mobilnost vode omogućuje prijenos topline. Zbog turbulentnog miješanja, prijenos topline u dubinu događa se 1000 - 10 000 puta brže nego kroz provođenje topline. Kada se površinski slojevi vode ohlade, dolazi do toplinske konvekcije, praćene miješanjem. Dnevne fluktuacije temperature na površini oceana u visokim geografskim širinama su u prosjeku samo 0,1°, u umjerenim širinama - 0,4°, u tropskim širinama - 0,5°. Dubina prodiranja ovih vibracija je 15-20m. Godišnje temperaturne amplitude na površini oceana kreću se od 1° na ekvatorijalnim širinama do 10,2° na umjerenim širinama. Godišnje temperaturne fluktuacije prodiru do dubine od 200-300 m. Trenuci maksimalne temperature u vodnim tijelima kasne su u odnosu na kopno. Maksimum se javlja oko 15-16 sati, minimum - 2-3 sata nakon izlaska sunca.

Toplinski režim donjeg sloja atmosfere.

Zrak se uglavnom ne zagrijava izravno sunčevim zrakama, već zbog prijenosa topline na njega od podloge (procesi zračenja i provođenja topline). Najvažniju ulogu u prijenosu topline s površine na gornje slojeve troposfere imaju turbulentni izmjena topline i prijenos latentne topline isparavanja. Nasumično kretanje čestica zraka uzrokovano zagrijavanjem neravnomjerno zagrijane podloge naziva se toplinska turbulencija ili toplinska konvekcija.

Ako umjesto malih kaotičnih pokretnih vrtloga počnu prevladavati moćna uzlazna (termalna) i manje snažna silazna kretanja zraka, konvekcija se naziva uredno. Zagrijavanje zraka blizu površine juri prema gore, prenoseći toplinu. Toplinska konvekcija se može razvijati samo dok zrak ima temperaturu višu od temperature okoline u kojoj se diže (nestabilno stanje atmosfere). Ako je temperatura zraka koji se diže jednaka temperaturi okoline, porast će se zaustaviti (indiferentno stanje atmosfere); ako zrak postane hladniji od okoline, počet će tonuti (stabilno stanje atmosfere).

Uz turbulentno kretanje zraka, sve više njegovih čestica, u dodiru s površinom, prima toplinu, a dižući se i miješajući je daju drugim česticama. Količina topline koju zrak prima s površine kroz turbulenciju je 400 puta veća od količine topline koju prima kao posljedica zračenja, a kao rezultat prijenosa molekularnim provođenjem topline - gotovo 500 000 puta. Toplina se s površine prenosi u atmosferu zajedno s vlagom koja se isparava s nje, a zatim se oslobađa tijekom procesa kondenzacije. Svaki gram vodene pare sadrži 600 kalorija latentne topline isparavanja.

U rastućem zraku temperatura se mijenja zbog adijabatski procesa, tj. bez izmjene topline sa okoliš, pretvaranjem unutarnje energije plina u rad i rada u unutarnju energiju. Budući da je unutarnja energija proporcionalna apsolutnoj temperaturi plina, temperatura se mijenja. Zrak koji se diže širi se, obavlja rad za koji troši unutarnju energiju, a temperatura mu se smanjuje. Silazni zrak se, naprotiv, komprimira, energija utrošena na širenje se oslobađa, a temperatura zraka raste.

Suh ili koji sadrži vodenu paru, ali nije njima zasićen, zrak se, dižući se, adijabatski hladi za 1° na svakih 100 m. Zrak zasićen vodenom parom hladi se za manje od 1° kada se diže na 100 m, budući da u njemu dolazi do kondenzacije, popraćeno oslobađanjem topline, djelomično kompenzirajući toplinu utrošenu na širenje.

Količina hlađenja zasićenog zraka kada se podigne za 100 m ovisi o temperaturi zraka i o atmosferski pritisak i uvelike varira. Nezasićeni zrak, spuštajući se, zagrijava se za 1 ° na 100 m, zasićen za manju količinu, budući da se u njemu odvija isparavanje, za što se troši toplina. Uzdižući zasićeni zrak obično gubi vlagu tijekom oborina i postaje nezasićen. Kada se spusti, takav se zrak zagrijava za 1 ° na 100 m.

Kao rezultat toga, pad temperature tijekom uspona manji je od njenog porasta tijekom pada, a zrak koji se podigao i potom spustio na istoj razini pri istom tlaku imat će različita temperatura- konačna temperatura bit će viša od početne. Takav proces se zove pseudoadijabatski.

Budući da se zrak zagrijava uglavnom s aktivne površine, temperatura u nižoj atmosferi u pravilu opada s visinom. Vertikalni gradijent za troposferu u prosjeku iznosi 0,6° na 100 m. Smatra se pozitivnim ako temperatura opada s visinom, a negativnim ako raste. U donjem površinskom sloju zraka (1,5-2 m) vertikalni gradijenti mogu biti vrlo veliki.

Povećanje temperature s visinom naziva se inverzija, i sloj zraka u kojem temperatura raste s visinom, - inverzijski sloj. U atmosferi se gotovo uvijek mogu uočiti slojevi inverzije. Na površini zemlje, kada je snažno ohlađena, kao posljedica zračenja, radijacijska inverzija(inverzija zračenja) . Pojavljuje se u vedrim ljetnim noćima i može pokriti sloj od nekoliko stotina metara. Zimi, za vedrog vremena, inverzija traje nekoliko dana, pa čak i tjedana. Zimske inverzije mogu pokriti sloj do 1,5 km.

Uvjeti reljefa doprinose jačanju inverzije: hladan zrak slijeva se u depresiju i tamo stagnira. Takve inverzije se nazivaju orografski. Snažne inverzije tzv adventivni, nastala kada relativno topli zrak dolazi na hladnu površinu, hladeći njezine donje slojeve. Dnevne advektivne inverzije su slabo izražene, noću su pojačane radijacijskim hlađenjem. U proljeće nastajanje ovakvih inverzija olakšava snježni pokrivač koji se još nije otopio.

Mrazevi su povezani s pojavom temperaturne inverzije u površinskom sloju zraka. Zamrznuti - smanjenje temperature zraka noću na 0° i niže u vrijeme kada su prosječne dnevne temperature iznad 0° (jesen, proljeće). Također se može dogoditi da se mrazevi opažaju samo na tlu kada je temperatura zraka iznad nule.

Toplinsko stanje atmosfere utječe na širenje svjetlosti u njoj. U slučajevima kada se temperatura naglo mijenja s visinom (povećava se ili smanjuje), postoje fatamorgane.

Miraž - imaginarna slika objekta koji se pojavljuje iznad njega (gornja fatamorgana) ili ispod njega (donja fatamorgana). Manje uobičajene su bočne fatamorgane (slika se pojavljuje sa strane). Uzrok fatamorgana je zakrivljenost putanje svjetlosnih zraka koje dolaze od objekta do promatračevog oka, kao rezultat njihovog loma na granici slojeva različite gustoće.

Dnevna i godišnja varijacija temperature u donjoj troposferi do visine od 2 km općenito odražava varijaciju površinske temperature. S udaljavanjem od površine amplitude temperaturnih fluktuacija se smanjuju, a momenti maksimuma i minimuma kasne. Dnevna kolebanja temperature zraka zimi su vidljiva do visine od 0,5 km, ljeti - do 2 km.

Amplituda dnevnih temperaturnih fluktuacija opada s povećanjem zemljopisne širine. Najveća dnevna amplituda je u suptropskim geografskim širinama, najmanja - u polarnim. U umjerenim geografskim širinama dnevne amplitude su različite u različita vremena godine. U visokim geografskim širinama najveća dnevna amplituda je u proljeće i jesen, u umjerenim geografskim širinama - ljeti.

Godišnji hod temperature zraka ovisi prvenstveno o geografskoj širini mjesta. Od ekvatora do polova raste godišnja amplituda kolebanja temperature zraka.

Postoje četiri vrste godišnjih temperaturnih varijacija prema veličini amplitude i vremenu početka ekstremnih temperatura.

ekvatorijalni tip karakteriziraju dva maksimuma (nakon ekvinocija) i dva minimuma (nakon solsticija). Amplituda iznad oceana je oko 1°, nad kopnom - do 10°. Temperatura je pozitivna tijekom cijele godine.

Tropski tip - jedan maksimum (nakon ljetnog solsticija) i jedan minimum (nakon zimski solsticij). Amplituda iznad oceana je oko 5°, na kopnu - do 20°. Temperatura je pozitivna tijekom cijele godine.

Umjerena vrsta - jedan maksimum (na sjevernoj hemisferi iznad kopna u srpnju, iznad oceana u kolovozu) i jedan minimum (na sjevernoj hemisferi iznad kopna u siječnju, iznad oceana u veljači). Jasno se razlikuju četiri godišnja doba: toplo, hladno i dva prijelazna. Godišnja temperaturna amplituda raste s povećanjem geografske širine, kao i s udaljenosti od oceana: na obali 10°, udaljenoj od oceana - do 60° i više (u Jakutsku - 62,5°). Temperatura tijekom hladne sezone je negativna.

polarni tip - zima je jako duga i hladna, ljeto kratko i prohladno. Godišnje amplitude su 25° i više (nad kopnom do 65°). Temperatura je veći dio godine negativna. Cjelokupna slika godišnjeg tijeka temperature zraka komplicirana je utjecajem čimbenika, među kojima je podloga od posebne važnosti. Nad površinom vode godišnja temperaturna varijacija je izglađena, a na kopnu je, naprotiv, izraženija. Snježni i ledeni pokrivač uvelike snižava godišnje temperature. Utječu i visina mjesta iznad razine oceana, reljef, udaljenost od oceana, oblačnost. Glatki tijek godišnje temperature zraka narušen je poremećajima uzrokovanim prodorom hladnog ili, obrnuto, toplog zraka. Primjer može biti proljetni povratak hladnog vremena (hladni valovi), jesenski povratak topline, zimska odmrzavanja u umjerenim geografskim širinama.

Raspodjela temperature zraka na podlozi.

Kada bi Zemljina površina bila homogena, a atmosfera i hidrosfera stacionarne, raspodjela topline po površini Zemlje bila bi određena samo dotokom sunčevog zračenja, a temperatura zraka bi se postupno smanjivala od ekvatora prema polovima, ostajući isto na svakoj paraleli (solarne temperature). Doista, prosječne godišnje temperature zraka određene su toplinskom ravnotežom i ovise o prirodi podloge i kontinuiranoj međulatitudinskoj razmjeni topline koja se provodi kretanjem zraka i voda oceana, te se stoga značajno razlikuju od solarnih.

Stvarne prosječne godišnje temperature zraka u blizini zemljine površine niže su na niskim geografskim širinama, a naprotiv, više od solarnih u visokim geografskim širinama. Na južnoj hemisferi stvarne prosječne godišnje temperature na svim geografskim širinama su niže nego na sjevernoj. Prosječna temperatura zraka u blizini zemljine površine na sjevernoj hemisferi u siječnju iznosi +8°C, u srpnju +22°C; na jugu - +10°C u srpnju, +17°C u siječnju. Prosječna temperatura zraka za godinu na površini zemlje je +14 ° C u cjelini.

Obilježimo li najviše prosječne godišnje ili mjesečne temperature na različitim meridijanima i povežemo ih, dobivamo crtu toplinski maksimum,često nazivan toplinskim ekvatorom. Vjerojatno je ispravnije uzeti paralelu (latitudinalni krug) s najvišim normalnim prosječnim temperaturama u godini ili bilo kojem mjesecu kao toplinski ekvator. Termalni ekvator se ne poklapa s geografskim i "pomaknut" je prema sjeveru. Tijekom godine kreće se od 20° N. sh. (u srpnju) do 0° (u siječnju). Postoji nekoliko razloga za pomak toplinskog ekvatora prema sjeveru: prevlast kopna u tropskim geografskim širinama sjeverne hemisfere, antarktički hladni pol i, možda, trajanje ljeta (ljeto na južnoj hemisferi je kraće ).

Termalni pojasevi.

Izoterme se uzimaju izvan granica toplinskih (temperaturnih) pojaseva. Postoji sedam termalnih zona:

vrući pojas, smješten između godišnje izoterme + 20 ° sjeverne i južne hemisfere; dva umjerena pojasa, omeđena sa strane ekvatora godišnjom izotermom + 20 °, od polova izotermom + 10 ° topli mjesec;

Dva hladni pojasevi, koji se nalazi između izoterme + 10 ° i najtoplijeg mjeseca;

Dva mrazne pojaseve smještene blizu polova i omeđene izotermom od 0° najtoplijeg mjeseca. Na sjevernoj hemisferi to je Grenland i prostor u blizini sjevernog pola, na južnoj hemisferi - područje unutar paralele 60° S. sh.

Temperaturne zone su osnova klimatskih zona. Unutar svakog pojasa postoje velika raznolikost temperature ovisno o podlozi. Na kopnu je utjecaj reljefa na temperaturu vrlo velik. Promjena temperature s visinom za svakih 100 m nije ista u različitim temperaturnim zonama. Vertikalni gradijent u donjem kilometarskom sloju troposfere varira od 0° nad ledenom površinom Antarktika do 0,8° ljeti nad tropskim pustinjama. Stoga metoda dovođenja temperatura na razinu mora pomoću prosječnog gradijenta (6°/100 m) ponekad može dovesti do velikih pogrešaka. Promjena temperature s visinom uzrok je vertikalne klimatske zonalnosti.

Toplinski režim atmosfere

lokalna temperatura

Ukupna promjena temperature u fiksnoj
geografska točka, ovisno o pojedincu
promjene u stanju zraka, a od advekcije, nazivaju se
lokalna (lokalna) promjena.
Bilo koji meteorološka stanica, što se ne mijenja
njegov položaj na površini zemlje,
smatrati takvom točkom.
Meteorološki instrumenti - termometri i
termografi, fiksno postavljeni u jednom ili drugom
mjesto, registrirajte točno lokalne promjene
temperatura zraka.
Termometar na balonu koji leti na vjetru i,
dakle ostajući u istoj masi
zrak, pokazuje pojedinačnu promjenu
temperature u ovoj masi.

Toplinski režim atmosfere

Raspodjela temperature zraka u
prostor i njegova promjena u vremenu
Toplinsko stanje atmosfere
definirano:
1. Izmjena topline s okolinom
(s donjom površinom, susjedni
zračne mase i vanjski prostor).
2. Adijabatski procesi
(povezano s promjenama tlaka zraka,
osobito kad se kreće okomito
3. Advekcijski procesi
(prijenos toplog ili hladnog zraka koji utječe na temperaturu u
dati bod)

Izmjena topline

Putevi prijenosa topline
1) Zračenje
u apsorpciji
zračenje zraka od sunca i zemlje
površine.
2) Toplinska vodljivost.
3) Isparavanje ili kondenzacija.
4) Stvaranje ili otapanje leda i snijega.

Put prijenosa topline zračenja

1. Izravna apsorpcija
u troposferi je malo sunčevog zračenja;
može uzrokovati povećanje
temperatura zraka po samo
oko 0,5° dnevno.
2. Nešto važnije je
gubitak topline iz zraka
dugovalno zračenje.

B = S + D + Ea – Rk – Rd – Ez, kW/m2
gdje
S - izravno sunčevo zračenje uključeno
vodoravna površina;
D - raspršeno sunčevo zračenje uključeno
vodoravna površina;
Ea je protuzračenje atmosfere;
Rk i Rd - reflektirani od donje površine
kratko- i dugovalno zračenje;
Ez - dugovalno zračenje podloge
površine.

Ravnoteža zračenja podloge

B = S + D + Ea– Rk – Rd – Ez, kW/m2
Obrati pozornost na:
Q = S + D Ovo je ukupno zračenje;
Rd je vrlo mala vrijednost i obično nije
uzeti u obzir;
Rk =Q *Ak, gdje je A albedo površine;
Eef \u003d Ez - Ea
dobivamo:
B \u003d Q (1 - Ak) - Eef

Toplinska ravnoteža podloge

B \u003d Lt-f * Mp + Lzh-g * Mk + Qa + Qp-p
gdje je Lt-zh i Lzh-g - specifična toplina fuzije
i isparavanje (kondenzacija), respektivno;
Mn i Mk su mase vode uključene u
odgovarajući fazni prijelazi;
Qa i Qp-p - toplinski tok u atmosferu i kroz
podložna površina do temeljnih slojeva
tla ili vode.

površinski i aktivni sloj

Temperaturni režim podloge

Podloga je površina
površine tla (tlo, voda, snijeg i
itd.), u interakciji s atmosferom
u procesu izmjene topline i vlage.
Aktivni sloj je sloj tla (uključujući
vegetacija i snježni pokrivač) ili voda,
sudjelovanje u razmjeni topline s okolinom,
na dubinu kojih je dnevni i
godišnja kolebanja temperature.

10. Temperaturni režim podloge i aktivnog sloja

Temperaturni režim podloge
površinski i aktivni sloj
U tlu, sunčevo zračenje, prodorno
do dubine od desetinki mm,
pretvara u toplinu, koja
prenosi se na donje slojeve
molekularna toplinska vodljivost.
U vodu prodire sunčevo zračenje
dubine do nekoliko desetaka metara, te prijenos
dolazi do topline donjih slojeva
turbulentan
miješanje, toplinsko
konvekcija i isparavanje

11. Temperaturni režim temeljne površine i aktivnog sloja

Temperaturni režim podloge
površinski i aktivni sloj
Dnevna kolebanja temperature
primijeniti:
u vodi - do desetina metara,
u tlu - manje od metra
Godišnje temperaturne fluktuacije
primijeniti:
u vodi - do stotine metara,
u tlu - 10-20 metara

12. Temperaturni režim temeljne površine i aktivnog sloja

Temperaturni režim podloge
površinski i aktivni sloj
Prodire toplina koja tijekom dana i ljeta izlazi na površinu vode
na znatnu dubinu i zagrijava veliki vodeni stupac.
Temperatura gornjeg sloja i same površine vode
malo se diže.
U tlu se ulazna toplina raspoređuje u tankom gornjem dijelu
sloj, koji tako postaje vrlo vruć.
Noću i zimi voda gubi toplinu iz površinskog sloja, ali
umjesto njega dolazi akumulirana toplina iz temeljnih slojeva.
Stoga se temperatura na površini vode smanjuje
polako.
Na površini tla temperatura pada kada se toplina oslobodi
brzo:
toplina nakupljena u tankom gornjem sloju brzo ga napušta
bez nadopune odozdo.

13. Temperaturni režim temeljne površine i aktivnog sloja

Temperaturni režim podloge
površinski i aktivni sloj
Tijekom dana i ljeta temperatura na površini tla je viša od temperature na njoj
površina vode; niže noću i zimi.
Dnevna i godišnja kolebanja temperature na površini tla su veća,
štoviše, mnogo više nego na površini vode.
Tijekom tople sezone, vodeni bazen se nakuplja u prilično debelom sloju
voda, velika količina topline, koja na hladnoći odaje u atmosferu
sezona.
Tlo tijekom tople sezone odaje većinu topline noću,
koji danju prima, a do zime ga akumulira malo.
U srednjim geografskim širinama, tijekom tople polovice godine, 1,5-3
kcal topline po kvadratnom centimetru površine.
Za hladnog vremena tlo tu toplinu odaje u atmosferu. Vrijednost ±1,5-3
kcal/cm2 godišnje je godišnji toplinski ciklus tla.
Pod utjecajem snježnog pokrivača i vegetacije ljeti, godišnja
cirkulacija topline tla se smanjuje; primjerice kod Lenjingrada za 30%.
U tropima je godišnji promet topline manji nego u umjerenim geografskim širinama, jer
manje su godišnje razlike u dotoku sunčevog zračenja.

14. Temperaturni režim temeljne površine i aktivnog sloja

Temperaturni režim podloge
površinski i aktivni sloj
Godišnji promet topline velikih akumulacija je oko 20
puta više od godišnjeg prometa topline
tlo.
Baltičko more ispušta zrak po hladnom vremenu 52
kcal / cm2 i akumulira istu količinu u toploj sezoni.
Godišnji toplinski promet Crnog mora ±48 kcal/cm2,
Kao rezultat ovih razlika, temperatura zraka iznad
niže uz more ljeti i više zimi nego na kopnu.

15. Temperaturni režim temeljne površine i aktivnog sloja

Temperaturni režim podloge
površinski i aktivni sloj
Zemljište se brzo zagrijava i
hladi se.
Voda se polako i polako zagrijava
hladi se
(specifični toplinski kapacitet vode u
3-4 puta više zemlje)
Vegetacija smanjuje amplitudu
dnevne temperaturne fluktuacije
površina tla.
Snježni pokrivač štiti tlo od
intenzivan gubitak topline (zimi, tlo
manje se smrzava)

16.

ključnu ulogu u stvaranju
temperaturni režim troposfere
igra izmjene topline
zraka sa zemljinom površinom
provođenjem

17. Procesi koji utječu na prijenos topline atmosfere

Procesi koji utječu na prijenos topline
atmosfera
1).Turbulencija
(miješanje
zrak s neuređenim
kaotično kretanje).
2).Toplinski
konvekcija
(zračni transport u vertikalnom
smjer koji se javlja kada
zagrijavanje donjeg sloja)

18. Promjene temperature zraka

Promjene temperature zraka
1).
Periodični
2). Neperiodični
Neperiodične promjene
temperatura zraka
Povezan s advekcijom zračnih masa
iz drugih dijelova zemlje
Takve su promjene česte i značajne u
umjerene geografske širine,
povezuju se s ciklonskim
aktivnosti, u malim
skale - s lokalnim vjetrovima.

19. Periodične promjene temperature zraka

Dnevne i godišnje promjene temperature su
periodični karakter.
Dnevne promjene
Temperatura zraka se mijenja u
dnevni tečaj prateći temperaturu
zemljine površine, od koje
zrak se zagrijava

20. Dnevna varijacija temperature

Dnevna varijacija temperature
Višegodišnje dnevne krivulje
temperature su glatke krivulje,
slično sinusoidima.
U klimatologiji se smatra
dnevna promjena temperature zraka,
u prosjeku tijekom mnogih godina.

21. na površini tla (1) iu zraku na visini od 2m (2). Moskva (MSU)

Prosječna dnevna varijacija temperature na površini
tlo (1) i
u zraku na visini od 2m (2). Moskva (MSU)

22. Prosječna dnevna varijacija temperature

Prosječna dnevna varijacija temperature
Temperatura na površini tla ima dnevnu varijaciju.
Njegov minimum se opaža otprilike pola sata nakon toga
izlazak sunca.
Do tog vremena, radijacijska ravnoteža površine tla
postaje jednaka nuli - prijenos topline iz gornjeg sloja
učinkovito zračenje tla je uravnoteženo
povećan dotok ukupnog zračenja.
Izmjena topline bez zračenja u ovom trenutku je zanemariva.

23. Prosječna dnevna varijacija temperature

Prosječna dnevna varijacija temperature
Temperatura na površini tla raste do 13-14 sati,
kada dosegne svoj maksimum u dnevnom toku.
Nakon toga temperatura počinje padati.
Ravnoteža zračenja u poslijepodnevnim satima, međutim,
ostaje pozitivan; ali
prijenos topline tijekom dana od gornjeg sloja tla do
atmosfera nastaje ne samo kroz učinkovite
zračenja, ali i kroz povećanu toplinsku vodljivost, te
također uz pojačano isparavanje vode.
Nastavlja se i prijenos topline u dubinu tla.
Stoga temperatura na površini tla i pada
od 13-14 sati do jutarnje niske.

24.

25. Temperatura površine tla

Maksimalne temperature na površini tla obično su više
nego u zraku na visini meteorološke kabine. ovo je jasno:
tijekom dana sunčevo zračenje prvenstveno zagrijava tlo, a već
zagrijava zrak.
U moskovskoj regiji ljeti na površini golog tla
primjećuju se temperature do + 55 °, au pustinjama - čak i do + 80 °.
Noćni temperaturni minimumi se, naprotiv, javljaju kod
površina tla je niža nego u zraku,
budući da se prije svega tlo hladi učinkovitim
zračenja, a već se iz njega hladi zrak.
Zimi u moskovskoj regiji, noćne temperature na površini (u ovom trenutku
prekriven snijegom) može pasti ispod -50 °, ljeti (osim srpnja) - na nulu. Na
površina snijega u unutrašnjosti Antarktika, čak i prosječna
mjesečna temperatura u lipnju je oko -70°, a u nekim slučajevima može
pada na -90°.

26. Dnevni temperaturni raspon

Dnevni temperaturni raspon
Ovo je razlika između maksimuma
i dnevne minimalne temperature.
Dnevni temperaturni raspon
izmjene zraka:
po godišnjim dobima,
po geografskoj širini
ovisno o prirodi
podloga,
ovisno o terenu.

27. Promjene amplitude dnevne temperature (Asut)

Promjene

1. Zimi je Asuta manje nego ljeti
2. S povećanjem geografske širine, A dan. smanjenje:
na geografskoj širini 20 - 30°
na kopnu A dana = 12 ° C
na geografskoj širini od 60° dnevno. = 6°C
3. Otvoreni prostori
karakteriziraju veći A dan. :
za stepe i pustinje srednje
Asut \u003d 15-20 ° C (do 30 ° C),

28. Promjene amplitude dnevne temperature (Asut)

Promjene
dnevna amplituda temperature (Asut)
4. Blizina vodenih bazena
smanjuje A dan.
5.Na konveksnim oblicima reljefa
(vrhovi i padine planina) Jedan dan. manji,
nego na ravnici
6. U konkavnim oblicima reljefa
(udubine, doline, jaruge itd. I više dana.

29. Utjecaj zemljišnog pokrivača na temperaturu površine tla

Vegetacijski pokrivač smanjuje hlađenje tla noću.
Noćno zračenje javlja se uglavnom sa
površine same vegetacije koje će biti najviše
cool.
Tlo pod vegetacijom zadržava višu
temperatura.
Međutim, tijekom dana vegetacija sprječava zračenje
zagrijavanje tla.
Dnevni temperaturni raspon ispod vegetacije,
tako smanjena i prosječna dnevna temperatura
spuštena.
Dakle, vegetacijski pokrivač općenito hladi tlo.
NA Lenjingradska oblast površina tla ispod polja
usjevi mogu biti 15° hladniji tijekom dana nego
ugar. U prosjeku je dnevno hladnije
izloženo tlo za 6°, pa čak i na dubini od 5-10 cm ostaje
razlika od 3-4°.

30. Utjecaj zemljišnog pokrivača na temperaturu površine tla

Snježni pokrivač štiti tlo zimi od prekomjernog gubitka topline.
Zračenje dolazi od same površine snježnog pokrivača, i tla ispod njega
ostaje toplije od golog tla. Istodobno, dnevna amplituda
temperatura na površini tla ispod snijega naglo pada.
U srednjem pojasu europskog teritorija Rusije sa snježnim pokrivačem visine
40-50 cm, temperatura površine tla ispod nje je 6-7 ° viša od
temperatura golog tla, i 10° viša od temperature na
površine samog snježnog pokrivača.
Zimsko smrzavanje tla pod snijegom doseže dubinu od oko 40 cm, i bez
snijeg se može proširiti na dubinu veću od 100 cm.
Dakle, vegetacijski pokrivač ljeti smanjuje temperaturu na površini tla, i
snježni pokrivač zimi ga, naprotiv, povećava.
Kombinirani učinak vegetacijskog pokrivača ljeti i snježnog pokrivača zimi se smanjuje
godišnja amplituda temperature na površini tla; ovo smanjenje je
oko 10° u usporedbi s golim tlom.

31. Distribucija topline duboko u tlo

Što je veća gustoća i sadržaj vlage u tlu, to je veća
što bolje provodi toplinu, to brže
širiti sve dublje
fluktuacije temperature prodiru.
Bez obzira na vrstu tla, razdoblje osciliranja
temperatura se ne mijenja s dubinom.
To znači da ne samo na površini, već i na
dubine ostaje dnevni tok s periodom od 24
sati između svaka dva uzastopna
uspone ili padove
i godišnji tečaj u trajanju od 12 mjeseci.

32. Distribucija topline duboko u tlo

Amplitude oscilacija opadaju s dubinom.
Povećanje dubine u aritmetička progresija
dovodi do progresivnog smanjenja amplitude
geometrijski.
Dakle, ako je na površini dnevna amplituda 30°, i
na dubini od 20 cm 5°, tada će na dubini od 40 cm biti uži
manje od 1°.
Na nekoj relativno maloj dubini, dnevno
amplituda se toliko smanjuje da postaje
praktički jednak nuli.
Na ovoj dubini (oko 70-100 cm, u različitim slučajevima
različiti) počinje sloj stalnih dnevnih
temperatura.

33. Dnevna varijacija temperature u tlu na različitim dubinama od 1 do 80 cm Pavlovsk, svibanj.

34. Godišnja kolebanja temperature

Amplituda godišnjih temperaturnih kolebanja opada od
dubina.
Međutim, godišnje fluktuacije protežu se na veće
dubina, što je sasvim razumljivo: za njihovu distribuciju
ima više vremena.
Amplitude godišnjih fluktuacija smanjuju se gotovo na
nula na dubini od oko 30 m u polarnim širinama,
oko 15-20 m u srednjim geografskim širinama,
oko 10 m u tropima
(gdje su i na površini tla godišnje amplitude manje,
nego u srednjim geografskim širinama).
Na tim dubinama počinje sloj konstantne godišnje
temperatura.

35.

Vrijeme maksimalne i minimalne temperature
i u dnevnom i u godišnjem toku zaostaju dubinom
srazmjerno njoj.
To je razumljivo, jer je potrebno vrijeme da se toplina proširi
dubina.
Dnevni ekstremi za svakih 10 cm dubine odgađaju se
2,5-3,5 sata.
To znači da je na dubini od npr. 50 cm dnevni maksimum
viđeno iza ponoći.
Godišnji maksimumi i padovi kasne 20-30 dana
svaki metar dubine.
Dakle, u Kalinjingradu na dubini od 5 m, minimalna temperatura
promatrano ne u siječnju, kao na površini tla, već u svibnju,
maksimum - ne u srpnju, već u listopadu

36. Godišnja varijacija temperature u tlu na različitim dubinama od 3 do 753 cm u Kalinjingradu.

37. Raspodjela temperature u tlu okomito u različitim godišnjim dobima

Ljeti temperatura pada s površine tla u dubinu.
Raste zimi.
U proljeće prvo raste, a zatim se smanjuje.
U jesen se prvo smanjuje, a zatim raste.
Promjene temperature u tlu s dubinom tijekom dana ili godine mogu se prikazati s
pomoću grafikona izopleta.
X-os predstavlja vrijeme u satima ili mjesecima u godini.
Y-os je dubina u tlu.
Svaka točka na grafikonu odgovara određenom vremenu i određenoj dubini. Na
graf prikazuje prosječne temperature na različitim dubinama u različitim satima ili
mjeseci.
Nakon crtanja izolinija koje spajaju točke s jednakim temperaturama,
npr. svaki stupanj ili svaka 2 stupnja, dobivamo obitelj
toplinska izopleta.
Prema ovom grafikonu možete odrediti vrijednost temperature za bilo koji trenutak u danu.
ili dan u godini i za bilo koju dubinu unutar grafikona.

38. Izoplet godišnjih temperaturnih varijacija u tlu u Tbilisiju

Izoplet godišnjih temperaturnih varijacija u tlu u
Tbilisi

39. Dnevni i godišnji hod temperature na površini akumulacija iu gornjim slojevima vode

Grijanje i hlađenje širi se u vodnim tijelima za više od
deblji sloj nego u tlu, a uz to ima i veći
toplinski kapacitet od tla.
Kao rezultat ove promjene temperature na površini vode
jako malo.
Njihova amplituda je reda desetina stupnja: oko 0,1-
0,2° u umjerenim geografskim širinama,
oko 0,5° u tropima.
U južnim morima SSSR-a dnevna je amplituda temperature veća:
1-2°;
na površini velikih jezera u umjerenim geografskim širinama još više:
2-5°.
Dnevne fluktuacije temperature vode na površini oceana
imaju maksimalno oko 15-16 sati, a minimalno nakon 2-3 sata
nakon izlaska sunca.

Slika 40. Dnevna varijacija temperature na površini mora (puna krivulja) i na visini od 6 m u zraku (isprekidana krivulja) u tropskoj

Atlantik

41. Dnevni i godišnji hod temperature na površini akumulacija iu gornjim slojevima vode

Godišnja amplituda kolebanja površinske temperature
oceana mnogo više od dnevnog.
Ali to je manje od godišnje amplitude na površini tla.
U tropima je oko 2-3 °, na 40 ° N. sh. oko 10°, a na 40°S.
sh. oko 5°.
Na unutarnjim morima i dubokim jezerima,
značajno velike godišnje amplitude - do 20° ili više.
U vodi se šire i dnevne i godišnje fluktuacije
(također, naravno, sa zakašnjenjem) na veće dubine nego u tlu.
Dnevne fluktuacije nalaze se u moru na dubinama do 15
20 m i više, a godišnje - do 150-400 m.

42. Dnevna varijacija temperature zraka u blizini zemljine površine

Temperatura zraka se mijenja svakodnevno
prateći temperaturu zemljine površine.
Kako se zrak zagrijava i hladi
Zemljina površina, amplituda dnevne varijacije
temperatura u meteorološkoj kabini je niža,
nego na površini tla, u prosjeku oko
za jednu trećinu.

43. Dnevna varijacija temperature zraka u blizini zemljine površine

Povećanje temperature zraka počinje povećanjem
temperatura tla (15 minuta kasnije) ujutro,
nakon izlaska sunca. U 13-14 sati temperatura tla,
počinje padati.
U 14-15 sati izjednačava se s temperaturom zraka;
Od sada uz daljnji pad temperature
tlo počinje opadati i temperatura zraka.
Dakle, minimum u dnevnom tijeku temperature
zrak na zemljinoj površini pada na vrijeme
ubrzo nakon izlaska sunca,
a najviše 14-15 sati.

44. Dnevna varijacija temperature zraka u blizini zemljine površine

Dnevni hod temperature zraka je sasvim korektan
manifestira se samo u stabilnom vedrom vremenu.
Čini se još logičnijim u prosjeku iz velike
broj opažanja: dugoročne dnevne krivulje
temperatura - glatke krivulje, slične sinusoidama.
Ali u nekim danima, dnevne varijacije temperature zraka mogu
biti jako u krivu.
Ovisi o promjenama naoblake koje mijenjaju radijaciju
uvjetima na zemljinoj površini, kao i od advekcije, tj. od
dotok zračnih masa različite temperature.
Kao rezultat ovih razloga, temperaturni minimum se može pomaknuti
čak i danju, a maksimalno - noću.
Dnevna varijacija temperature može potpuno nestati ili krivulja
dnevna promjena poprimit će složen i nepravilan oblik.

45. Dnevna varijacija temperature zraka u blizini zemljine površine

Redovni dnevni tijek se preklapa ili maskira
neperiodične promjene temperature.
Na primjer, u Helsinkiju u siječnju ima 24%
vjerojatnost da je dnevna temperatura maksimalna
biti između ponoći i jedan ujutro, i
samo 13% šanse da će pasti
vremenski interval od 12 do 14 sati.
Čak i u tropima, gdje su neperiodične promjene temperature slabije nego u umjerenim geografskim širinama, maksimalni
temperature su poslijepodne
samo u 50% svih slučajeva.

46. ​​Dnevna varijacija temperature zraka u blizini zemljine površine

U klimatologiji se obično uzima u obzir dnevna varijacija
prosječna temperatura zraka tijekom dužeg razdoblja.
U takvom prosječnom dnevnom toku neperiodične promjene
temperature koje padaju manje-više ravnomjerno
svi se sati u danu međusobno poništavaju.
Kao rezultat toga, krivulja dugoročne dnevne varijacije ima
jednostavan znak blizak sinusoidnom.
Na primjer, razmotrite dnevnu varijaciju temperature zraka u
Moskva u siječnju i srpnju, računato po višegodišnjim
podaci.
Višegodišnje Prosječna temperatura za svaki sat
siječanjskih ili srpanjskih dana, a zatim prema dobivenom prosjeku
satne vrijednosti su konstruirane dugoročne krivulje
dnevni tečaj za siječanj i srpanj.

47. Dnevni hod temperature zraka u Moskvi u siječnju i srpnju. Brojke pokazuju prosječne mjesečne temperature siječnja i srpnja.

48. Dnevne promjene amplitude temperature zraka

Dnevna amplituda temperature zraka varira ovisno o sezoni,
geografskoj širini, kao i ovisno o prirodi tla i
teren.
Zimi je manji nego ljeti, kao i amplituda
temperatura temeljne površine.
S povećanjem geografske širine, dnevna amplituda temperature
zrak se smanjuje kako se podnevna visina sunca smanjuje
preko horizonta.
Pod zemljopisnim širinama od 20-30 ° na kopnu, godišnji prosjek dnevno
amplituda temperature oko 12°,
ispod geografske širine 60° oko 6°,
pod zemljopisnom širinom 70° samo 3°.
U najvišim geografskim širinama gdje sunce ne izlazi ili
dolazi mnogo dana za redom, redoviti dnevni tečaj
nema temperature uopće.

49. Utjecaj prirode tla i zemljišnog pokrivača

Što je sam dnevni raspon temperature veći
površine tla, veća je dnevna amplituda
temperatura zraka iznad njega.
U stepama i pustinjama prosječna dnevna amplituda
doseže 15-20°, ponekad 30°.
Manja je iznad obilnog vegetacijskog pokrivača.
Blizina izvora vode također utječe na dnevnu amplitudu.
kotline: u obalnim područjima je spuštena.

50. Utjecaj reljefa

Na konveksnim reljefima (na vrhovima i dalje
obronci planina i brda) dnevni temperaturni raspon
zraka je smanjena u usporedbi s ravnim terenom.
U konkavnim oblicima (u dolinama, gudurama i udubinama)
povećana.
Razlog je što na konveksnim oblicima reljefa
zrak ima smanjenu površinu kontakta s
temeljnu površinu i brzo se uklanja s nje i zamjenjuje
nove mase zraka.
U konkavnim oblicima zemlje zrak se jače zagrijava od
površine i više stagnira danju i noću
jače hladi i teče niz padine. Ali u uskom
klanci, gdje je i dotok zračenja i učinkovito zračenje
smanjene, dnevne amplitude su manje nego u širokim
doline

51. Utjecaj mora i oceana

Male dnevne temperaturne amplitude na površini
mora također imaju male dnevne amplitude
temperatura zraka nad morem.
Međutim, ovi potonji su još uvijek veći od dnevnih
amplitude na samoj površini mora.
Dnevne amplitude na površini otvorenog oceana
mjereno samo u desetinkama stupnja;
ali u donjem sloju zraka iznad oceana dostižu 1 -
1,5°),
i više nad unutarnjim morima.
Temperaturne amplitude u zraku su povećane jer
na njih utječe advekcija zračnih masa.
Izravna apsorpcija također igra ulogu.
sunčevo zračenje donjih slojeva zraka tijekom dana i
zračenje od njih noću.

52. Promjena dnevne amplitude temperature s visinom

Dnevna kolebanja temperature u atmosferi sežu do
snažniji sloj od dnevnih fluktuacija u oceanu.
Na nadmorskoj visini od 300 m iznad kopna, amplituda dnevne temperaturne varijacije
oko 50% amplitude na površini zemlje, a ekstremne vrijednosti
temperature dolaze 1,5-2 sata kasnije.
Na nadmorskoj visini od 1 km dnevni temperaturni raspon nad kopnom je 1-2°,
na visini od 2-5 km 0,5-1 °, a dnevni maksimum prelazi na
večer.
Nad morem dnevna temperaturna amplituda blago raste sa
visoko u nižim kilometrima, ali još uvijek ostaje malen.
Male dnevne temperaturne fluktuacije detektiraju se čak
u gornjoj troposferi i u donjoj stratosferi.
Ali tamo su već određeni procesima apsorpcije i emisije
zračenja zrakom, a ne utjecajima zemljine površine.

53. Utjecaj terena

U planinama, gdje je utjecaj podložne površine veći nego na
odgovarajuće visine u slobodnoj atmosferi, dnevno
amplituda se s visinom sporije smanjuje.
Na pojedinačnim planinskim vrhovima, na visinama od 3000 m i više,
dnevna amplituda još uvijek može biti 3-4°.
Na visokim, golemim visoravnima, dnevni temperaturni raspon
zrak istog reda kao u nizinama: apsorbirano zračenje
a efektivno zračenje je ovdje veliko, kao i površina
kontakt zraka s tlom.
Dnevni raspon temperature zraka na stanici Murghab u
Na Pamiru je godišnji prosjek 15,5°, dok je u Taškentu 12°.

54.

55. Zračenje zemljine površine

Gornji slojevi zemlje i vode, snježni
pokrov i sama vegetacija zrače
dugovalno zračenje; ovo zemaljsko
zračenje se često naziva intrinzičnim
zračenja s površine zemlje.

56. Zračenje zemljine površine

Apsolutne temperature zemljine površine
su između 180 i 350°.
Na tim temperaturama emitirano zračenje
praktički leži unutra
4-120 mikrona,
a maksimum njegove energije pada na valne duljine
10-15 mikrona.
Stoga, sve ovo zračenje
infracrvena, nevidljiva oku.

57.

58. Atmosfersko zračenje

Atmosfera se zagrijava apsorbirajući oba sunčeva zračenja
(iako u relativno malom udjelu, oko 15% ukupnog
iznos koji dolazi na Zemlju), i vlastiti
zračenje s površine zemlje.
Osim toga, prima toplinu s površine zemlje.
provođenjem topline, kao i isparavanjem i
naknadna kondenzacija vodene pare.
Budući da se zagrijava, atmosfera sama zrači.
Baš kao i površina zemlje, zrači nevidljivim
infracrveno zračenje u istom rasponu
valne duljine.

59. Protuzračenje

Većina (70%) atmosferskog zračenja dolazi iz
zemljine površine, ostalo ide u svijet
prostor.
Atmosfersko zračenje koje dopire do Zemljine površine naziva se protuzračenje.
Nadolazeći jer je usmjeren prema
samozračenje zemljine površine.
Zemljina površina apsorbira ovo protuzračenje
gotovo u cijelosti (za 90-99%). Dakle, jest
za zemljinu površinu važan izvor topline u
dodatak apsorbiranom sunčevom zračenju.

60. Protuzračenje

Protuzračenje se povećava s povećanjem oblačnosti,
jer sami oblaci jako zrače.
Za ravne postaje umjerenih širina, prosjek
intenzitet protuzračenja (za svaki
kvadratni centimetar horizontalne zemlje
površina u minuti)
oko 0,3-0,4 cal,
na planinskim postajama - oko 0,1-0,2 cal.
Ovo je smanjenje protuzračenja s visinom
zbog smanjenja sadržaja vodene pare.
Najveće protuzračenje je na ekvatoru, gdje
atmosfera je najtoplija i najbogatija vodenom parom.
U blizini ekvatora 0,5-0,6 cal/cm2 min u prosjeku,
U polarnim širinama do 0,3 cal/cm2 min.

61. Protuzračenje

Glavna tvar u atmosferi koja apsorbira
zemaljsko zračenje i slanje nadolazećeg
zračenje, je vodena para.
Upija infracrveno zračenje u velikom
spektralna regija - od 4,5 do 80 mikrona, s izuzetkom
interval između 8,5 i 11 mikrona.
S prosječnim sadržajem vodene pare u atmosferi
zračenje valnih duljina od 5,5 do 7,0 mikrona ili više
apsorbira gotovo u potpunosti.
Samo u rasponu od 8,5-11 mikrona zemaljsko zračenje
prolazi kroz atmosferu u svemir.

62.

63.

64. Učinkovito zračenje

Protuzračenje je uvijek nešto manje od zemaljskog.
Noću, kada nema sunčevog zračenja, dolazi do površine zemlje
samo protuzračenje.
Zemljina površina gubi toplinu zbog pozitivne razlike između
vlastito i protuzračenje.
Razlika između Zemljinog zračenja
površinsko i protuzračenje atmosfere
nazvano učinkovito zračenje

65. Učinkovito zračenje

Učinkovito zračenje je
neto gubitak energije zračenja, i
dakle toplina sa zemljine površine
noću

66. Učinkovito zračenje

S povećanjem oblačnosti, povećanjem
protuzračenje, učinkovito zračenje
smanjuje se.
U oblačnom vremenu, učinkovito zračenje
mnogo manje nego u jasnom;
Po oblačnom vremenu rjeđe i noću
hlađenje zemljine površine.

67. Učinkovito zračenje

Učinkovito zračenje, naravno,
postoji i danju.
Ali tijekom dana se preklapa ili djelomično
kompenzirano apsorbiranom sunčevom energijom
radijacija. Dakle, zemljina površina
toplije danju nego noću, zbog čega,
između ostalog i učinkovito zračenje
više tijekom dana.

68. Učinkovito zračenje

Apsorbira zemaljsko zračenje i šalje nadolazeće
zračenje na zemljinu površinu, atmosferu
najviše smanjuje hlađenje potonjeg u
noćno vrijeme.
Tijekom dana, malo sprječava zagrijavanje zemlje.
površine sunčevim zračenjem.
To je utjecaj atmosfere na toplinski režim zemlje
površine naziva se efekt staklenika.
zbog vanjske analogije s djelovanjem naočala
staklenici.

69. Učinkovito zračenje

Općenito, Zemljina površina u sredini
zemljopisne širine gubi učinkovit
zračenje otprilike upola manje
količinu topline koju prima
od apsorbiranog zračenja.

70. Ravnoteža zračenja zemljine površine

Razlika između apsorbiranog zračenja i radijacijske ravnoteže zemljine površine U prisutnosti snježnog pokrivača, ravnoteža zračenja
ide na pozitivne vrijednosti samo na visini
Sunce je oko 20-25 °, budući da s velikim snježnim albedom
njegova apsorpcija ukupnog zračenja je mala.
Tijekom dana, ravnoteža zračenja raste s povećanjem nadmorske visine.
sunca i opada s njegovim smanjenjem.
Noću, kada nema totalnog zračenja,
negativna bilanca zračenja je
učinkovito zračenje
i stoga se malo mijenja tijekom noći, osim ako
uvjeti oblaka ostaju isti.

76. Ravnoteža zračenja zemljine površine

Srednje podnevne vrijednosti
bilanca zračenja u Moskvi:
ljeti uz vedro nebo - 0,51 kW / m2,
zimi s vedrim nebom - 0,03 kW / m2
ljeto u prosječnim uvjetima
oblačnost - 0,3 kW / m2,
zima u prosječnim uvjetima
naoblaka je oko 0 kW/m2.

77.

78.

79. Ravnoteža zračenja zemljine površine

Ravnotežu zračenja utvrđuje balans mjerač.
Ima jednu pocrnjelu prihvatnu ploču
pokazujući prema nebu
a drugi - dolje do površine zemlje.
Razlika u zagrijavanju ploča dopušta
odrediti vrijednost bilance zračenja.
Noću je jednak vrijednosti efektivnog
radijacija.

80. Zračenje u svjetski prostor

Većina zračenja sa zemljine površine
apsorbira u atmosferu.
Prolazi samo u rasponu valnih duljina od 8,5-11 mikrona
atmosfera u svjetskom prostoru.
Ovaj odlazni iznos je samo 10% od
dotok sunčevog zračenja na granicu atmosfere.
Ali, osim toga, sama atmosfera zrači u svijet
prostor oko 55% energije iz dolazne
solarno zračenje,
tj. nekoliko puta veća od površine zemlje.

81. Zračenje u svjetski prostor

Zračenje iz nižih slojeva atmosfere se apsorbira
njezinih prekrivenih slojeva.
Ali, kako se udaljavate od zemljine površine, sadržaj
vodena para, glavni apsorber zračenja,
smanjuje se i potreban je sve deblji sloj zraka,
apsorbirati zračenje koje dolazi
temeljnih slojeva.
Počevši od neke visine vodene pare općenito
nije dovoljno da apsorbira svo zračenje,
koji dolaze odozdo, a iz ovih gornjih slojeva dio
atmosfersko zračenje će otići u svijet
prostor.
Proračuni pokazuju da najjače zrači u
Svemirski slojevi atmosfere leže na visinama od 6-10 km.

82. Zračenje u svjetski prostor

Dugovalno zračenje zemljine površine i
atmosfera koja ide u svemir zove se
izlazno zračenje.
To je oko 65 jedinica, ako uzmemo za 100 jedinica
dotok sunčevog zračenja u atmosferu. Zajedno s
reflektirano i raspršeno kratkovalno solarno
zračenje koje izlazi iz atmosfere u
količina od oko 35 jedinica (planetarni albedo Zemlje),
ovo izlazno zračenje kompenzira dotok sunca
zračenja na zemlju.
Dakle, Zemlja, zajedno s atmosferom, gubi
onoliko zračenja koliko primi, t.j.
je u stanju zračenja (zračenja)
ravnoteža.

83. Ravnoteža zračenja

Qincoming = Qoutput
Qincoming \u003d I * S projekcije * (1-A)
σ
1/4
T =
Q protok = S zemlja * * T4
T=
0
252 tisuća

84. Fizičke konstante

I - Solarna konstanta - 1378 W/m2
R(Zemlja) - 6367 km.
A - prosječni albedo Zemlje - 0,33.
Σ - Stefan-Boltzmannova konstanta -5,67 * 10 -8
W/m2K4

B - drago mi je. Bilanca, P- toplina primljena kod molek. izmjena topline s površinom Zemlja. Len - primljeno iz kondenzata. vlaga.

Toplinska ravnoteža atmosfere:

B - drago mi je. Bilanca, P- troškovi topline po molekuli. izmjena topline s nižim slojevima atmosfere. Gn - troškovi topline po molekuli. izmjena topline s nižim slojevima tla Len je potrošnja topline za isparavanje vlage.

Odmorite se na karti

10) Toplinski režim podloge:

Površina koja se izravno zagrijava sunčevim zrakama i odaje toplinu donjim slojevima tla i zraka naziva se aktivna površina.

Temperatura aktivne površine određena je toplinskom ravnotežom.

Dnevni temperaturni hod aktivne površine doseže maksimalno 13 sati, minimalna temperatura je oko trenutka izlaska sunca. Maksima. i min. temperature tijekom dana mogu se mijenjati zbog naoblake, vlage u tlu i vegetacijskog pokrivača.

Vrijednost temperature ovisi o:

1. Od geografske širine područja
2. Od doba godine
3. O oblačnosti
4. Od toplinskih svojstava površine
5. Od vegetacije
6. Od nagiba izloženosti

U godišnjem tijeku temperatura, maksimum srednjeg i visokog obroka na sjevernoj hemisferi bilježi se u srpnju, a minimum u siječnju. Na niskim geografskim širinama, godišnje amplitude temperaturnih fluktuacija su male.

Raspodjela temperature po dubini ovisi o toplinskom kapacitetu i njegovoj toplinskoj vodljivosti.Za prijenos topline od sloja do sloja potrebno je vrijeme, za svakih 10 metara uzastopnog zagrijavanja slojeva svaki sloj apsorbira dio topline, pa je sloj dublji. , manje topline prima, a temperaturna kolebanja u njoj manja. u prosjeku, na dubini od 1 m, dnevne fluktuacije temperature prestaju, godišnje fluktuacije u niskim geografskim širinama završavaju na dubini od 5-10 m. u srednjim širinama gore do 20 m. u visini 25 m. Sloj konstantnih temperatura, sloj tla koji se nalazi između aktivne površine i sloja konstantnih temperatura, naziva se aktivni sloj.

Značajke distribucije. Fourier je bio uključen u temperaturu u zemlji, formulirao je zakone širenja topline u tlu, ili "Fourierove zakone":

1))) Što je veća gustoća i vlažnost tla, to bolje provodi toplinu, to je brža distribucija u dubini i toplina dublje prodire. Temperatura ne ovisi o vrsti tla. Period osciliranja se ne mijenja s dubinom

2))). Povećanje dubine u aritmetičkoj progresiji dovodi do smanjenja amplitude temperature u geometrijskoj progresiji.

3))) Vrijeme nastanka maksimalnih i minimalnih temperatura, kako u dnevnom tako iu godišnjem tijeku temperatura, opada s dubinom proporcionalno porastu dubine.

11.Zagrijavanje atmosfere. Advekcija.. Glavni izvor života i mnogih prirodnih procesa na Zemlji je energija zračenja Sunca, odnosno energija sunčevog zračenja. Svake minute u Zemlju uđe 2,4 x 10 18 cal sunčeve energije, ali to je samo jedna njezina dvije milijarde. Razlikovati izravno zračenje (izravno koje dolazi od Sunca) i difuzno (zračeno česticama zraka u svim smjerovima). Njihova ukupnost, koja stiže na vodoravnu površinu, naziva se totalno zračenje. Godišnja vrijednost ukupnog zračenja ovisi prvenstveno o kutu upada sunčevih zraka na zemljinu površinu (koji je određen zemljopisnom širinom), o prozirnosti atmosfere i trajanju osvjetljenja. Općenito, ukupna radijacija opada od ekvatorijalno-tropskih širina prema polovima. Maksimalna je (oko 850 J / cm 2 godišnje, odnosno 200 kcal / cm 2 godišnje) - u tropskim pustinjama, gdje je izravno sunčevo zračenje najintenzivnije zbog velike nadmorske visine Sunca i neba bez oblaka.

Sunce uglavnom zagrijava površinu Zemlje, s nje zagrijava zrak. Toplina se u zrak prenosi zračenjem i vođenjem. Zrak zagrijan sa zemljine površine širi se i diže – tako nastaju konvektivne struje. Sposobnost zemljine površine da reflektira sunčeve zrake naziva se albedo: snijeg odbija do 90% sunčevog zračenja, pijesak - 35%, a vlažna površina tla oko 5%. Onaj dio ukupnog zračenja koji ostane nakon što ga potroši na refleksiju i toplinsko zračenje s površine zemlje naziva se radijacijska bilanca (preostalo zračenje). Ravnoteža zračenja redovito se smanjuje od ekvatora (350 J/cm 2 godišnje, odnosno oko 80 kcal/cm 2 godišnje) do polova, gdje je blizu nule. Od ekvatora do suptropa (četrdesete), bilanca zračenja tijekom cijele godine je pozitivna, u umjerenim geografskim širinama zimi negativna. Temperatura zraka također se smanjuje prema polovima, što se dobro odražava na izotermama - linijama koje spajaju točke s istom temperaturom. Izoterme najtoplijeg mjeseca granice su sedam toplinskih zona. Topla zona ograničena je izotermama +20 °c do +10 °c, protežu se dva umjerena pola, od +10 °c do 0 °c - hladno. Dvije subpolarne regije mraza ocrtane su nultom izotermom - ovdje se led i snijeg praktički ne tope. Mezosfera se proteže do 80 km, u kojoj je gustoća zraka 200 puta manja nego na površini, a temperatura opet opada s visinom (do -90°). Slijedi ionosfera koja se sastoji od nabijenih čestica (ovdje se javljaju aurore), drugi naziv joj je termosfera - ova ljuska primljena zbog iznimno visokih temperatura (do 1500 °). Slojevi iznad 450 km, neki znanstvenici nazivaju egzosferom, odavde čestice bježe u svemir.

Atmosfera štiti Zemlju od prekomjernog pregrijavanja danju i hlađenja noću, štiti sav život na Zemlji od ultraljubičastog sunčevog zračenja, meteorita, korpuskularnih tokova i kozmičkih zraka.

advekcija- kretanje zraka u horizontalnom smjeru i prijenos s njim njegovih svojstava: temperature, vlažnosti i drugih. U tom smislu se govori, na primjer, o advekciji topline i hladnoće. Advekcija hladnih i toplih, suhih i vlažnih zračnih masa ima važnu ulogu u meteorološkim procesima i time utječe na vremensko stanje.

Konvekcija- fenomen prijenosa topline u tekućinama, plinovima ili zrnatim medijima strujanjima same tvari (nije bitno je li prisilno ili spontano). Postoji tzv. prirodna konvekcija, koji se spontano javlja u tvari kada se neravnomjerno zagrijava u gravitacijskom polju. Takvom se konvekcijom donji slojevi tvari zagrijavaju, postaju lakši i isplivaju, dok se gornji slojevi, naprotiv, hlade, otežavaju i tonu, nakon čega se proces iznova ponavlja. Pod određenim uvjetima, proces miješanja se samoorganizira u strukturu pojedinačnih vrtloga i dobiva se manje-više pravilna rešetka konvekcijskih stanica.

Razlikovati laminarnu i turbulentnu konvekciju.

Prirodna konvekcija duguje mnoge atmosferske pojave, uključujući stvaranje oblaka. Zahvaljujući istom fenomenu, tektonske ploče se pomiču. Konvekcija je odgovorna za pojavu granula na Suncu.

adijabatski proces- promjena termodinamičkog stanja zraka koja se odvija adijabatski (izentropski), odnosno bez izmjene topline između njega i okoline (zemljine površine, prostora, ostalih zračnih masa).

12. Temperaturne inverzije u atmosferi porast temperature zraka s visinom umjesto uobičajene za troposfera njezin pad. Temperaturne inverzije nalaze se i blizu površine zemlje (površine Temperaturne inverzije), i to u slobodnoj atmosferi. Površinski Temperaturne inverzije najčešće nastaju u mirnim noćima (zimi, ponekad i danju) kao posljedica intenzivnog toplinskog zračenja s površine zemlje, što dovodi do hlađenja kako samog sebe tako i susjednog sloja zraka. Debljina površine Temperaturne inverzije iznosi nekoliko desetaka do stotina metara. Porast temperature u inverzijskom sloju kreće se od desetinki stupnjeva do 15-20 °C i više. Najmoćnije zimsko tlo Temperaturne inverzije u istočnom Sibiru i Antarktiku.
U troposferi, iznad prizemnog sloja, Temperaturne inverziječešće nastaju u anticikloni zbog taloženja zraka, praćenog njegovim kompresijom, a posljedično i zagrijavanjem (inverzija taloženja). U zonama atmosferske fronte Temperaturne inverzije nastaju kao rezultat dotoka toplog zraka u temeljni hladni. Gornja atmosfera (stratosfera, mezosfera, termosfera) Temperaturne inverzije zbog jake apsorpcije sunčevog zračenja. Dakle, na visinama od 20-30 do 50-60 km smještena Temperaturne inverzije povezana s apsorpcijom sunčevog ultraljubičastog zračenja ozonom. U podnožju ovog sloja temperatura je od -50 do -70°C, na njegovoj gornjoj granici raste do -10 - +10°C. Snažan Temperaturne inverzije, počevši od nadmorske visine 80-90 km i proteže se na stotine km gore, također je posljedica apsorpcije sunčevog zračenja.
Temperaturne inverzije su slojevi odlaganja u atmosferi; sprječavaju razvoj vertikalnih kretanja zraka, uslijed čega se ispod njih nakuplja vodena para, prašina i jezgre kondenzacije. To pogoduje stvaranju slojeva magle, magle, oblaka. Zbog anomalnog loma svjetlosti u Temperaturne inverzije ponekad nastaju fatamorgane. NA Temperaturne inverzije također se formiraju atmosferskih valovoda, povoljan za daleke širenje radio valova.

13.Vrste godišnjih temperaturnih varijacija.G godišnji hod temperature zraka u različitim zemljopisna područja raznolik. Prema veličini amplitude i vremenu nastanka ekstremnih temperatura razlikuju se četiri tipa godišnjih varijacija temperature zraka.

ekvatorijalni tip. U ekvatorijalnoj zoni dva

maksimalna temperatura - nakon proljeća i jesenski ekvinocij, kada

sunce nad ekvatorom u podne je u zenitu, a dva minimuma su poslije

zimski i ljetni solsticij, kada je sunce najniže

visina. Amplitude godišnje varijacije su ovdje male, što se objašnjava malim

promjena toplinskog dobitka tijekom godine. Preko oceana, amplitude su

oko 1 °S, a na kontinentima 5-10 °S.

Tropski tip. U tropskim geografskim širinama postoji jednostavan godišnji ciklus

temperatura zraka s maksimumom nakon ljeta i minimumom nakon zime

solsticij. Amplitude godišnjeg ciklusa s udaljenosti od ekvatora

povećanje zimi. Prosječna amplituda godišnjeg ciklusa nad kontinentima

je 10-20°C, nad oceanima 5-10°C.

Umjereni tip. U umjerenim geografskim širinama također postoji godišnja varijacija

temperature s maksimumom nakon ljeta i minimumom nakon zime

solsticij. Nad kontinentima sjeverne hemisfere, maksimum

prosječna mjesečna temperatura promatrano u srpnju, nad morima i obalama - u

Kolovoz. Godišnje amplitude rastu sa zemljopisnom širinom. nad oceanima i

obalama, prosječno 10-15°C, a na zemljopisnoj širini od 60° dosežu

polarni tip. Polarne regije karakteriziraju dugotrajne hladnoće

zimi i relativno kratkih prohladnih ljeta. Godišnje amplitude gotove

ocean i obale polarnih mora su 25-40 °C, a na kopnu

prelazi 65 ° C. Maksimalna temperatura se promatra u kolovozu, minimalna - u

Razmatrani su tipovi godišnjih varijacija temperature zraka iz

dugoročni podaci i predstavljaju redovite periodične fluktuacije.

U pojedinim godinama, pod utjecajem prodora toplih i hladnih masa,

odstupanja od zadanih vrsta.

14. Karakteristike vlažnosti zraka.

Vlažnost zraka, sadržaj vodene pare u zraku; jedna od najbitnijih karakteristika vremena i klime. V. u je od velike važnosti u određenim tehnološkim procesima, liječenju niza bolesti, skladištenju umjetnina, knjiga i sl.

V. karakteristike u. služe: 1) elastičnost (ili parcijalni pritisak) e vodena para, izražena u n/m 2 (in mmHg Umjetnost. ili u mb), 2) apsolutna vlažnost a - količina vodene pare u g/m 3; 3) specifična vlažnost q- količina vodene pare u G na kg vlažan zrak; 4) omjer smjese w, određeno količinom vodene pare u G na kg suhi zrak; 5) relativna vlažnost zraka r- omjer elastičnosti e vodena para sadržana u zraku do maksimalne elastičnosti E vodena para koja zasićuje prostor iznad ravne površine čiste vode (elastičnost zasićenja) pri danoj temperaturi, izraženo u %; 6) nedostatak vlage d- razlika između maksimalne i stvarne elastičnosti vodene pare pri danoj temperaturi i tlaku; 7) točka rosišta τ - temperatura koju će zrak poprimiti ako se izobarično (pri konstantnom tlaku) ohladi do stanja zasićenja vodene pare u njemu.

V. u zemljina atmosfera fluktuira u širokom rasponu. Dakle, u blizini zemljine površine, sadržaj vodene pare u zraku u prosjeku iznosi od 0,2% volumena u visokim geografskim širinama do 2,5% u tropima. Prema tome, tlak pare e u polarnim širinama zimi manje od 1 mb(ponekad samo stotinke mb) a ljeti ispod 5 mb; u tropima se penje na 30 mb, a ponekad i više. U suptropskim pustinjama e spušten na 5-10 mb (1 mb = 10 2 n/m 2). Relativna vlažnost r vrlo visoko u ekvatorijalnoj zoni (prosječno godišnje do 85% ili više), kao iu polarnim širinama i zimi unutar kontinenata srednjih širina - ovdje zbog niske temperature zraka. Ljeti, monsunske regije karakterizira visoka relativna vlažnost (Indija - 75-80%). Niske vrijednosti r promatraju se u suptropskim i tropskim pustinjama i zimi u monsunskim regijama (do 50% i manje). S visinom r, a i q brzo se smanjuju. Na visini od 1,5-2 km tlak pare je u prosjeku upola manji od Zemljine površine. Do troposfere (niže 10-15 km) čini 99% vodene pare u atmosferi. U prosjeku nad svakim m 2 zemljine površine u zraku sadrži oko 28,5 kg vodena para.

Dnevni hod tlaka pare nad morem i u obalnim područjima paralelan je s dnevnim hodom temperature zraka: sadržaj vlage tijekom dana raste s porastom isparavanja. To je ista dnevna rutina. e u središnjim predjelima kontinenata tijekom hladne sezone. Složenija dnevna varijacija s dva maksimuma - ujutro i navečer - ljeti se opaža u dubinama kontinenata. Dnevna varijacija relativne vlažnosti r inverzna je dnevnoj varijaciji temperature: danju s porastom temperature i, posljedično, s povećanjem elastičnosti zasićenja E relativna vlažnost se smanjuje. Godišnji hod tlaka pare paralelan je s godišnjim hodom temperature zraka; Relativna vlažnost zraka mijenja se godišnjim tijekom obrnuto od temperature. V. u izmjereno higrometri i psihrometri.

15. Isparavanje- fizikalni proces prijelaza tvari iz tekućeg stanja u plinovito stanje (paru) s površine tekućine. Proces isparavanja je obrnut od procesa kondenzacije (prijelaz iz pare u tekućinu).

Proces isparavanja ovisi o intenzitetu toplinskog gibanja molekula: što se molekule brže kreću, to brže dolazi do isparavanja. Osim, važni čimbenici koji utječu na proces isparavanja su brzina vanjske (u odnosu na tvar) difuzije, kao i svojstva same tvari. Jednostavno rečeno, s vjetrom, isparavanje se događa mnogo brže. Što se tiče svojstava tvari, tada, na primjer, alkohol mnogo isparava brže od vode. Važan čimbenik je i površina tekućine iz koje dolazi do isparavanja: iz uskog dekantera to će se dogoditi sporije nego iz široke ploče.

Isparavanje- maksimalno moguće isparavanje u danim meteorološkim uvjetima s dovoljno navlažene podloge, odnosno u uvjetima neograničene opskrbe vlagom. Isparavanje se izražava u milimetrima isparene vode i vrlo se razlikuje od stvarnog isparavanja, posebno u pustinji, gdje je isparavanje blizu nule, a isparavanje iznosi 2000 mm godišnje ili više.

16.kondenzacije i sublimacije. Kondenzacija se sastoji u promjeni oblika vode iz njenog plinovitom stanju(vodena para) u tekuću vodu ili kristale leda. Kondenzacija se uglavnom događa u atmosferi kada se topli zrak diže, hladi i gubi sposobnost zadržavanja vodene pare (stanje zasićenja). Kao rezultat toga, višak vodene pare kondenzira se u obliku kapljica oblaka. Kretanje prema gore koje oblaci tvore može biti uzrokovano konvekcijom u neodrživo slojevitom zraku, konvergencijom povezanom s ciklonama, dizanjem zraka po frontama i izdizanjem iznad povišene topografije kao što su planine.

Sublimacija- stvaranje kristala leda (mraz) odmah iz vodene pare bez njihovog prelaska u vodu ili njihovo brzo hlađenje ispod 0°C u vrijeme kada je temperatura zraka još iznad ovog radijacijskog hlađenja, što se događa u mirnim vedrim noćima u hladnom dijelu godine.

Rosa- pogled taloženje nastala na površini zemlje, biljaka, objekata, krovova zgrada, automobila i drugih objekata.

Uslijed hlađenja zraka, vodena para se kondenzira na predmetima u blizini tla i pretvara se u kapljice vode. To se obično događa noću. U pustinjskim krajevima, rosa je važan izvor vlage za vegetaciju. Dovoljno snažno hlađenje nižih slojeva zraka događa se kada se, nakon zalaska sunca, površina zemlje brzo ohladi toplinskim zračenjem. Povoljni uvjeti za to su vedro nebo i površinski pokrov koji lako odaje toplinu, poput trave. Posebno snažno stvaranje rose javlja se u tropskim krajevima, gdje zrak u površinskom sloju sadrži mnogo vodene pare i zbog intenzivnog noćnog toplinskog zračenja zemlje značajno se hladi. Na niskim temperaturama nastaje mraz.

Temperatura zraka ispod koje pada rosa naziva se točka rosišta.

Mraz- vrsta oborine, koja je tanak sloj ledenih kristala nastalih od atmosferske vodene pare. Često je praćena maglom, koja kao i rosa nastaje hlađenjem površine na negativne temperature, niže od temperature zraka, te desublimacijom vodene pare na površini koja se ohladila ispod 0°C. Po obliku čestice mraza podsjećaju na snježne pahulje, ali se od njih razlikuju po manjoj pravilnosti, jer nastaju u manje ravnotežnim uvjetima, na površini nekih objekata.

mraz- vrsta padalina.

Inje su naslage leda na tankim i dugim predmetima (grane drveća, žice) u magli.