Средняя температура на поверхности земли


Атмосфера Земли

Атмосфера Земли в основном состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%) и углекислого газа (0,04%), также в зависимости от климата она может включать 0,1 до 1,5% водного пара.

Среднее атмосферное давление на Земле (на уровне моря) составляет 1 атмосферу (101,325 кПа).

Три четверти массы атмосферы содержится в первых 11 километрах от поверхности Земли.

Земная атмосфера не имеет определенных границ, она постепенно становится тоньше и разреженнее, переходя в космическое пространство.

Атмосфера Земли условно разделена на слои, различающиеся по плотности, температуре и составу: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, ионосфера, экзосфера.

Климат Земли

Климат на нашей планете носит сезонный характер из-за угла наклона оси 23,44 градуса.

Количество солнечной энергии, достигнувшее поверхности Земли, уменьшается с увеличением широты.

Земля разделена на климатические пояса – природные зоны, имеющие приблизительно однородный климат.


В системе классификации Кеппена критерием определения типа климата является то, какие растения произрастают на данной местности. В систему входят пять основных климатических зон (влажные тропические леса, пустыни, умеренный пояс, континентальный климат и полярный тип), которые, в свою очередь, подразделяются на более конкретные подтипы.

Круговорот воды в природе жизненно необходим для существования жизни на суше.

Морские течения являются важным фактором в формировании климата Земли, как и термохалинная циркуляция, создаваемая за счет перепада плотности воды и переносящая тепловую энергию из экваториальных регионов в полярные.

Рельеф Земли

Приблизительно 70,8% поверхности планеты занимает Мировой океан.

На материках расположены реки, озера, подземные воды и льды, вместе с Мировым океаном они составляют гидросферу.

Подводная поверхность гористая, включает систему срединно-океанических хребтов, а также подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины.

На суше выделяют горы, пустыни, равнины, плоскогорья и другие типы рельефа.

Полюсы Земли покрыты ледяным панцирем, который включает в себя морской лед Арктики и антарктический ледяной щит.

Интересные факты о Земле

Земля является наиболее исследованной планетой Солнечной системы и единственной обитаемой планетой из известных науке.


Земля самая плотная планета Солнечной системы.

Земля образовалась из солнечной туманности около 4,5 миллиарда лет назад.

Гравитационное воздействие Луны на Землю является причиной возникновения океанских приливов.

Землю населяют около 8,7 миллиона видов живых существ, и человек – один из них.

Поверхность планеты постоянно изменялась: континенты появлялись и разрушались, перемещались по поверхности, то собираясь в суперконтинент, то расходясь на изолированные материки.

Падение на Землю астероидов диаметром в несколько тысяч километров представляет опасность ее разрушения, однако все наблюдаемые тела для этого слишком малы и опасны только для биосферы.

Впервые Земля была сфотографирована из космоса в 1959 году космическим аппаратом «Explorer 6».

Первым человеком, увидевшим Землю из космоса, стал в 1961 году Юрий Гагарин.

Из открытого космоса и с планет, расположенных за орбитой Земли, можно наблюдать прохождение нашей планеты через фазы, подобные лунным.

Источник: in-space.ru

Определение термина и общие сведения

Показателем степени нагревания воздуха является его температура. Характер ее изменения и распределения в слоях атмосферы называется тепловым режимом. Основной фактор, определяющий его параметры, — теплообмен между разными слоями атмосферы и окружающей средой. Верхние слои нагреваются за счет солнечной радиации довольно слабо. Основным источником повышения температуры приповерхностных воздушных слоев служит тепло, получаемое при попадании солнечных лучей в литосферу и гидросферу.


Влияние широты

В разных широтах воздушные массы нагреваются неодинаково. Значение температуры определяется углом падения солнечных лучей на земную поверхность в исследуемой зоне. Чем более отвесно они падают, тем сильней прогревают нижние слои атмосферы. Как температура воздуха зависит от географической широты:

  1. В жарких климатических поясах, близких к экватору (нулевая широта), угол освещения имеет значение, приближающееся к 90°.
  2. По мере отдаления от экватора по направлению к тропикам — уменьшается к 60°.
  3. Для пояса умеренных широт характерен угол падения лучей в диапазоне от 60 до 30°.
  4. В холодных поясах продолжается уменьшение его значения вплоть до 0° в самых высоких широтах Арктики и Антарктики.

Таким образом, чем выше широта, тем ниже температура. Угол падения солнечных лучей в определенной местности можно найти так: отнять от 90° значение широты, на которой она расположена. Температурный режим зависит от расстояния между точкой измерения и уровнем моря. Поэтому верно утверждение: с высотой температура воздуха изменяется, уменьшаясь на один градус при подъеме на один километр. Эта взаимосвязь определяется двумя причинами:

  • удаление от поверхности земли;
  • уменьшение угла падения солнечного света.

Земля вращается вокруг Солнца, поэтому в течение разных промежутков времени (сутки, месяц, год) ее поверхность освещается под разными углами. Помимо солнечной радиации, большое влияние на температурные значения оказывает география перемещений воздушных масс. Например, от холодного арктического воздуха температура будет понижаться, а от теплого с Гольфстрима — повышаться.

Подстилающая поверхность

Важным фактором при понимании, от чего зависит температура воздуха, является понятие подстилающей поверхности. Это один из внутренних климатообразующих факторов, включающий в себя соотношение океана и суши на местности, ее рельеф, структуру деятельного слоя климатической зоны. Он влияет на эффективность излучения с поверхности и количество тепла, затраченного на испарение.

Кроме того, вид поверхности играет важную роль в формировании и перемещении воздушных масс. Температура воздуха изменяется неодинаково над водной поверхностью и над сушей.

Способы и единицы измерения

Единица измерения температуры в СИ (общепринятая международная система единиц измерения) — Кельвин. Начало шкалы Кельвина совпадает с абсолютным нулем — точкой прекращения всех термодинамических процессов, которая считается недостижимой. Замерзание воды по этой шкале начинается при +273°К.


Самое широкое распространение получили температурные измерения по шкале Цельсия. Отсчетными точками для нее были взяты температуры таяния льда (0 °C) и кипения воды (100 °C). В США чаще всего пользуются шкалой Фаренгейта. Нормальная температура человеческого тела соответствует по ней 96°F, а «огненным» значением, необходимым для возгорания бумаги, называется известный роман-антиутопия Рэя Бредбери «251 градус по Фаренгейту».

Измеряться температурные данные могут разного типа термометрами. Для бытовых измерений используются жидкостные стеклянные термометры, в которых рабочей жидкостью может быть спирт или ртуть. Для точных метеорологических измерений термометр помещается в специальную будку, расположенную на высоте двух метров над землей. Прибор обязательно должен находиться в тени, иначе он будет измерять температуру солнечных лучей, а не воздуха.

Для непрерывного измерения и регистрации степени нагрева воздушных масс метеорологами используются термографы, основной элемент которого — биметаллический термометр.

Средние значения и амплитуда температур

Одна из характеристик климата географической точки — среднесуточная температура. Ее можно определить как среднее арифметическое от замеров, сделанных 4 раза за сутки:

  • в час ночи;
  • в семь часов утра;
  • в 13 часов;
  • в 19 часов.

Среднегодовая температура является средним арифметическим от суммы температур всех месяцев года. Соответственно, среднемесячная определяется по сумме ежедневных данных за месяц, разделенной на число дней в месяце.

Температурные колебания в каком-либо регионе характеризуются амплитудой температуры, т. е. разницей между самым высоким и самым низким значением, зафиксированным за определенный промежуток времени. Обычно говорят о суточной, месячной или годичной амплитуде.

В России самые большие амплитуды имеют суточные температурные колебания, происходящие в ясную погоду весной и летом.

Амплитуда колебаний зависит от многих факторов. Прежде всего — это температурные изменения на подстилающей поверхности, чем шире их диапазон, тем больше амплитуда температуры воздуха. Она зависит и от облачности: в ясную погоду колебания сильнее, чем в пасмурную. Сезонные показатели длительного воздействия также отличаются — зимой они меньше, чем летом. С увеличением широты амплитуда температуры воздушных масс идет на убыль, поскольку убывает высота, на которую поднимается солнце к полудню.


Суточная амплитуда неодинакова на разных формах рельефа земной поверхности. На склонах и вершинах холмов и гор она меньше, чем на равнинных территориях. Это объясняется тем, что у выпуклых рельефных форм площадь соприкосновения воздуха и подстилающей поверхности меньше, чем у плоских. Кроме того, на них воздушные массы быстро сменяются на новые.

В оврагах и лощинах форма рельефа вогнутая. Здесь происходит более сильный нагрев воздуха от поверхности и застаивание его в дневные часы. Ночью большие массы холодного воздуха стекают по стенкам вниз. Поэтому в таких местах наблюдается повышенная амплитуда температуры. Но в очень узких ущельях, где приток солнечной радиации небольшой, этот показатель даже меньше, чем в широких долинах.

На материковой широте 20—30° суточная амплитуда, взятая в среднем за год, составляет около двенадцати градусов Цельсия. На широте 60° — примерно 6 °C, а на широте 70° — всего 3 °C.

Имеет значение и почвенный покров: в местности, где он густой и обширный, суточный разброс температур небольшой, а в сухом климате пустынь, полупустынь и степей может достигать 30 °C. Расположение климатической зоны вблизи морей и океанов уменьшает амплитуду.


Суточный ход на суше

Изменения температуры воздуха происходят вместе с изменением температуры подстилающей поверхности с задержкой примерно 15 минут. В течение суток самые низкие показания у термометра наблюдаются в 4−6 часов утра. Так происходит потому, что воздушные массы, нагретые за дневные часы, в ночные постепенно остывают.

Пик процесса понижения приходится как раз на время перед восходом Солнца. С раннего утра солнечные лучи начинают постепенно нагревать воздух, успевший остыть за ночь. Днем солнце достигает зенита, согревая не только воздушные массы, но и поверхность земли. Самое большое значение термометр показывает в 14−16 часов.

К этому времени атмосфера начинает получать тепло и от солнечной энергии, и от нагретой подстилающей поверхности, а температурный показатель достигает своего максимального значения. Потом начинается постепенное остывание и земли, и воздуха. Правильные наблюдения за суточным ходом температуры желательно проводить при ясной погоде.

Закономерности суточного хода лучше прослеживаются в средних значениях при большом числе наблюдений. В виде графиков они представляют собой плавные кривые, сходные с синусоидами. В самых высоких широтах солнце не заходит или не восходит неделями, там регулярного суточного хода температуры нет.


Особенности теплообмена над водными поверхностями

Суточные амплитуды над поверхностью морей и океанов больше значений на самой поверхности. Их диапазон колебаний небольшой — в пределах десятых долей градуса. В нижних слоях атмосферы над океанами колебания достигают 1−1,5 °C, над внутренними морями — до 5 °C. Это происходит потому, что днем солнечная радиация поглощается водяным паром в самых нижних слоях воздуха, а ночью от них исходит длинноволновое тепловое излучение.

Отличия условий прогревания воды и суши обусловлены тем, что теплоемкость твердой поверхности в два раза меньше, чем у водной. Одинаковое количество тепла нагревает сушу в два раза быстрее воды. При охлаждении наблюдается обратный процесс. Кроме того, тепло над водными поверхностями расходуется на испарение воды и на прогревание водных масс на значительную глубину. При этом происходит перемешивание воды в вертикальном направлении.

Все это причины того, что в океанах накапливается намного больше тепла, чем на материках. Вода удерживает его долгое время и расходует равномерней суши. Можно утверждать, что температура воздуха над океанами повышается и понижается значительно медленней, чем на суше.


Годовые и ежемесячные изменения

Изменение температурных показателей по месяцам называют годовым ходом температуры и характеризуют годовой амплитудой, т. е. разностью между средней температурой самого теплого месяца и самого холодного.

Климат называется морским, если для него характерны небольшие годовые колебания температуры. Большая амплитуда определяет континентальный климат. Таким образом, климатические изменения происходят не только от экватора к полюсам, но и вдоль широт при удалении от берегов океанов вглубь материков.

На годовой ход оказывают влияние широта и континентальное месторасположение географических зон. Увеличение высоты над уровнем моря приводит к уменьшению температурных колебаний за год. Определение средней многолетней амплитуды и времени наступления минимальной и максимальной температуры позволяет выделить четыре типа годового хода:

  • Экваториальный тип. Он характеризуется двумя слабовыраженными максимумами температурных значений — после весеннего и осеннего равноденствия, и двумя минимумами — после зимнего и летнего солнцестояния. Годовая амплитуда небольшая. Над океанами около градуса, над материками — до 10 °C.
  • Тропический тип. На широтах, относящихся к нему, преобладает простой годовой ход. Крайние значения приходятся на время летнего и зимнего солнцестояний. Амплитуда над побережьями порядка 5°, а внутри материков достигает 1—20 °C. Для муссонных областей характерен максимум перед летними муссонами, с приходом которых температура снижается.
  • Тип умеренного пояса. Максимально и минимально прогревается воздух в этих широтах примерно через месяц после солнцестояний. Для континентального климата характерны большие колебания в 25—40 °C, в Азии они могут доходить до 60 °C. Для морского составляют 10—15 °C. Включает в себя несколько подтипов — собственно умеренный, субтропический и субполярный.
  • Полярный тип. В Северном полушарии максимум температуры приходится на июль, в Южном — на январь. Минимум наступает перед появлением Солнца после полярной ночи. Имеет большой диапазон амплитуды даже над океанической поверхностью.

Тема изменения температуры очень важна для определения метеорологических условий в каждой из географических зон земной поверхности. Температурная климатическая норма — это среднее значение, вычисленное за тридцатилетний период. При отслеживании погоды для наглядности применяются такие статистические величины, как отклонения от нормы или аномалии за сутки, месяц, сезон или год.

Источник: nauka.club

1. Введение

Цель урока: узнать, как правильно измерить температуру воздуха и что такое суточный ход температуры.

2. Измерение температуры воздуха

Температуру воздуха измеряют с помощью термометра. Чтобы правильно измерить температуру воздуха, термометр надо установить в тени на небольшом расстоянии от почвы и других предметов, которые могут повлиять на измерения.

Термометр

Рис. 1. Термометр (Источник)

Наиболее точную информацию о температуре воздуха и ее изменениях получают со спутников, с метеостанций. На метеостанциях термометр расположен в специальной будке на высоте 2 метра для более точных и правильных измерений.

Метеостанция

Рис. 2. Метеостанция (Источник)

3. Изменение температуры воздуха

Температура воздуха меняется в течение суток, года и в другие временные промежутки. Самые низкие температуры наблюдаются в 4-6 часов утра, это связано с тем, что воздух, нагретый за день, ночью постепенно остывает, и самые низкие температуры приходятся именно на эти часы. Самые высокие температуры воздуха наблюдаются в 14-16 часов. Солнечные лучи утром постепенно прогревают остывший за ночь воздух, в 12 часов Солнце светит ярче всего, находясь в зените, прогревая поверхность Земли (подстилающую поверхность) и воздух. В 14-16 часов воздух получает тепло не только от солнечных лучей, но и от нагретой поверхности, достигая максимальных температур.

Амплитуда температуры – разница между самой высокой и самой низкой температурой воздуха за определенный период времени. В России наибольшие амплитуды колебания температуры воздуха наблюдаются весной и летом в ясную погоду.

Таким образом, главная причина изменения температуры воздуха – угол падения солнечных лучей, чем более отвесно они падают на земную поверхность, тем лучше прогревают ее.

Углы падения солнечных лучей

Рис. 5. Углы падения солнечных лучей (при положении Солнца 2 лучи лучше прогревают земную поверхность, нежели при положении 1) (Источник)

Кроме солнечной радиации, на температуру воздуха влияют воздушные массы. Например, если воздух пришел с Северного Ледовитого океана, он принесет с собой понижение температуры воздуха.

Также на температуру воздуха влияют подстилающая поверхность, время года, близость океана, рельеф. Например, при подъеме на каждый километр температура воздуха понижается на 1 градус.

Средняя температура на поверхности земли

Рис. 6. Изменение температуры воздуха в зависимости от высоты в Европе (Источник)

Средняя температура воздуха – среднеарифметическое значение температур за определенное количество наблюдений (т.е. надо сложить показатели измерений температур и разделить на их количество).Например, +7, +5, +3, -1, +1, все эти температуры складываем и делим на количество измерений: (7+5+3+(-1)+1) : 5 = 3.

По наблюдениям и средним измерениям строят график суточного хода температуры воздуха. Суточный ход температуры воздуха – изменение температуры воздуха в течение суток.

График суточного хода температуры воздуха

Рис. 7. График суточного хода температуры воздуха (Источник)

4. Изобретение термометра

История термодинамики началась, когда в 1592 году Галилео Галилей создал первый прибор для наблюдений за изменениями температуры, назвав его термоскопом. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной стеклянной трубкой. Шарик нагревали, а конец трубки опускали в воду. Когда шарик охлаждался, давление в нем уменьшалось, и вода в трубке под действием атмосферного давления поднималась на определенную высоту вверх. При потеплении уровень воды в трубке опускался вниз. Недостатком прибора было то, что по нему можно было судить только об относительной степени нагрева или охлаждения тела, так как шкалы у него еще не было.

Позднее флорентийские ученые усовершенствовали термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу из бусин и откачав из шарика воздух.

В XVII веке воздушный термоскоп был преобразован в спиртовой флорентийским ученым Торричелли. Прибор был перевернут шариком вниз, сосуд с водой удалили, а в трубку налили спирт. Действие прибора основывалось на расширении спирта при нагревании: теперь показания не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых жидкостных термометров.

На тот момент показания приборов еще не согласовывались друг с другом, поскольку никакой конкретной системы при градуировке шкал не учитывалось. В 1694 году Карло Ренальдини предложил принять в качестве двух крайних точек температуру таяния льда и температуру кипения воды.

В 1714 году Д. Г. Фаренгейт изготовил ртутный термометр.

В 1742 году шведский ученый Андрес Цельсий предложил шкалу для ртутного термометра, в которой промежуток между крайними точками был разделен на 100 градусов. При этом сначала температура кипения воды была обозначена как 0 градусов, а температура таяния льда как 100 градусов.

Ломоносовым был предложен жидкостный термометр, имеющий шкалу со 150 делениями от точки плавления льда до точки кипения воды.

Насчитывается несколько температурных шкал с различными точками отсчета (например, шкалы Цельсия, Кельвина).

Различные температурные шкалы

Рис. 8. Различные температурные шкалы

5. География суточных амплитуд температуры

Суточные амплитуды воздуха различны в разных частях Земли. Амплитуда ниже над океаном и выше над сушей, и чем дальше от океана, тем больше амплитуда температур. Наибольшие амплитуды температур наблюдаются в тропических пустынях.

Источник: interneturok.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.