Температурний режим повітря

Основним джерелом нагрівання нижніх шарів атмосфери є тепло діяльного шару Землі. У денні години, коли радіаційний баланс діяльного шару позитивний, частина тепла передається до повітря. Уночі внаслідок ефективного випромінювання діяльний шар стає холодніше повітря і охолоджує прилеглий шар атмосфери.

Теплообмін в атмосфері здійснюється завдяки молекулярній теплопровідності, радіаційного притоку тепла, фазовому перетворюванню вологи (що супроводжується виділенням чи поглинанням тепла), тепловій конвекції і турбулентному перемішуванню. Останні два процеси мають найбільше значення.

– теплова конвекція — перенесення об'ємів повітря по вертикалі, що виникає при нерівномірному нагріванні різних ділянок поверхні; утворюється потужний висхідний потік повітря, який супроводжується низхідним потоком у сусідніх районах – виникає мезомасштабне перемішування досить значних об’ємів повітря, з яким і відбувається перенесення тепла;

– турбулентне перемішування — вихровий хаотичний рух невеликих об'ємів повітря, в результаті чого виникає інтенсивне майже хаотичне перенесення тепла з більш теплих шарів повітря в менш теплі. Інтенсивність турбулентного потоку в десятки разів більша від молекулярного потоку тепла, і під впливом турбулентного теплообміну добові коливання температури повітря поширюються на шар атмосфери заввишки 1-2 км.

Нагрівання й охолодження повітря значною мірою залежить від властивостей діяльного шару Землі. Над поверхнею суші повітря вдень тепліше, а вночі холодніше, ніж над морем. Вплив підстилюючої поверхні на температуру повітря убуває з висотою.

Теплообмін в атмосфері може здійснюватись завдяки адіабатичним процесам - тобто без обміну теплом з навколишнім середовищем, за рахунок перетворення внутрішньої енергії газу в роботу і роботи у внутрішню енергію. Так як внутрішня енергія пропорційна абсолютній температурі газу, відбувається зміна температури. Адіабатичне розширення в атмосфері відбувається переважно при висхідному русі повітря, тобто вертикальному переміщенні повітря. При цьому збільшується об'єм повітря внаслідок зниження тиску – внутрішня енергія убуває, температура повітря падає, тобто відбувається адіабатичне охолодження. При адіабатичному стискуванні в атмосфері відбувається зменшення об'єму повітря в наслідок збільшення тиску, внутрішня енергія повітря зростає і підвищується, тому відбувається адіабатичне нагрівання.

Зміна температури на кожні 100 м висоти називається вертикальним градієнтом температури (ВГТ або γ). ВГТ змінюється в залежності від часу року, часу доби (у приземному шарі атмосфери) і від висоти. Для тропосфери ВГТ у середньому складає 0,6° на 100 м. Він вважається позитивним (γ>0), якщо температура з висотою падає, і негативним (γ<0), якщо вона підвищується.

В тропосфері спостерігаються такі шари повітря, у яких температура з висотою не знижується, а зростає. Підвищення температури з висотою називається інверсією. Якщо температура з висотою не змінюється (ізотермія), то ВГТ дорівнює 0 ^оС/100 м.

Температура повітря, що не насичене водяною парою, при адіабатичному піднятті зменшується в середньому на 1 ^оС/100 м. Цей показник називають сухоадіабатичним градієнтом (γ_а).

Температура повітря, що насичене водяною парою, при піднятті адіабатично охолоджується повільніше, ніж “сухе” повітря.

Добовий і річний хід температури повітря. Подібно до температури поверхні ґрунту добовий хід температури повітря має один максимум (о 14—15 год) і один мінімум (перед сходом Сонця). Залежно від погоди можуть бути відхилення від цього нормального перепаду температур повітря.

Добові амплітуди коливання температури (різниця між найбільшою і найменшою температурою) досягають максимальних величин у приземному шарі, а з підняттям угору зменшуються. В ясну погоду і влітку вони більші, ніж у хмарну погоду і взимку. На величину добових амплітуд коливання температури помітно впливає рельєф, насамперед форма й експозиція схилів. Найбільші коливання спостерігаються у долинах і замкнутих улоговинах, а також на схилах південної експозиції.

Рослинний покрив зменшує добові амплітуди коливання температури повітря, оскільки вдень він затримує сонячну радіацію, а вночі земне випромінювання, тобто рослинність, не сприяє як нагріванню, так і охолодженню ґрунту, від якого дістає тепло повітря.

Річний хід температури залежить від географічної широти даного місця та характеру підстилаючої поверхні. У помірних широтах максимальні й мінімальні значення температури настають відповідно після-літнього і зимового сонцестояння (у липні й січні). На берегах морів і океанів найтепліший місяць серпень, а найхолодніший — лютий.

Важливою характеристикою річного ходу температури є також амплітуда коливання температури — різниця між середніми місячними температурами найтеплішого і найхолоднішого місяців. У міру збільшення широти вона зростає і в полярних областях досягає максимальних значень.

Над океанами та морями річні амплітуди коливання температури повітря значно менші, ніж над континентами. Особливо великих значень вони досягають у внутрішніх районах континентів.

Сільськогосподарське значення температури повітря. З початком формування надземних органів розвиток рослин все більше залежить від температури повітря. Але у різні періоди життя рослини неоднаково вимогливі до тепла. Крім того, одним культурам у період вегетації потрібно більше, а іншим — менше тепла. Так, від початку росту до достигання (технічної стиглості) сума додатних температур вище +10 °С для вівса становить 1300°С, кукурудзи ранніх сортів — 1500—2000, пізніх сортів — 2500—3000, а для винограду — 2500—3300°С.

На низькі температури повітря різні рослини реагують неоднаково. Так, тропічні рослини гинуть уже при 2—4°С, тоді як деякі рослини північних районів можуть узимку переносити морози до —60, —68°С.

При низьких температурах в усіх рослин уповільнюються фізіологічні процеси — фотосинтез, дихання, транспірація тощо. Якщо температура підвищується, ці процеси активізуються. Надмірно високі температури (вище за оптимальні) призводять до посилення розпаду речовин і послаблення синтезу, а в окремих випадках до порушення життєвих функцій органів рослин, які можуть викликати загибель самої рослини.

Вимоги рослин до тепла змінюються в досить широких межах і визначаються трьома кардинальними точками: температурним мінімумом, нижче якого рослини не розвиваються (біологічний мінімум), температурним оптимумом, тобто найсприятливішою температурою для розвитку рослин та температурним максимумом, за межами якого рослини існувати не можуть.

Значення температури між температурним оптимумом та мінімумом називається толерантною зоною.

Дослідженнями встановлено, що в міру збільшення добових амплітуд коливання температури повітря поліпшується якість врожаю — збільшується цукристість фруктів і коренеплодів, вміст білка в зернових культур тощо.

Нічні зниження температури, особливо тоді, коли вони досягають точки роси, поліпшують водний режим культур, збільшують вміст води у рослинах. У результаті цього вночі ріст вегетативних органів більший, ніж репродуктивних.

Температура ґрунту й повітря також впливає на життя і продуктивність сільськогосподарських тварин. Для тваринництва тепловий режим ґрунту має гігієнічне значення. Адже він впливає на мікробіологічні процеси і розклад органічних речовин, а також на умови будівництва тваринницьких приміщень.

Значні коливання температури повітря можуть порушувати терморегуляцію організму, завдаючи йому цим самим певної шкоди, що позначається на продуктивності тварин. Різке похолодання чи тривала спека призводять до частих захворювань і загибелі худоби.

Температура повітря впливає на сільськогосподарських тварин і через кормову базу, насамперед через заготівлю і збереження кормів.

Дата добавления: 2014-01-04