Добовий і річний ходи температури повітря, їх типи

Роль підстилаючої поверхні в нагріванні повітря

Одним із головних факторів, що впливають на температуру повітря, є характер підстилаючої поверхні. Найбільш різко відрізняються один від одного підстилаючі поверхні суші та води. Їх нагрівання й охолодження, як відомо, відбуваються по-різному. Діяльний шар, в якому спостерігаються коливання температури, у водних басейнах у десять раз товще, ніж у ґрунті. При одному і тому ж припливі тепла поверхня суші виявляється тепліше поверхні води, і, навпаки, при одному і тому ж випромінюванні поверхня води виявляється тепліше, ніж поверхня суші.

Як уже зазначалося, тверда підстилаюча поверхня віддає повітрю відразу значну кількість тепла, а вода більшу частину тепла віддає більш глибоким шарам і лише незначну його кількість віддає повітрю. Тому в літню пору року та в інші пори вдень повітря над сушею виявляється значно тепліше, ніж над водною поверхнею. Зате вночі та взимку, коли підстилаюча поверхня охолоджується шляхом випромінювання, поверхня суші, що не має великого запасу тепла, значно охолоджується разом з прилеглим повітрям до неї.

Водна поверхня отримує тепло із більш глибоких шарів і віддає його повітрю. Тому повітря над сушею виявляється холодніше, ніж над водою. Особливо сильно ця різниця позначається в річному ході температури. В приморських місцевостях весна та літо тому бувають більш прохолодними, а осінь і зима більш теплими в порівнянні з віддаленими від моря районами.

Неоднорідність земної поверхні не вичерпується одним розділенням на материки й океани. Справа в тому, що і поверхні самих материків надто неоднорідні. Ліси, степи, пустелі, болота, оброблені поля, різні типи ґрунтів (пісок, чорнозем і т. д.), а також нерівності земної поверхні створюють різні умови нагрівання підстилаючої поверхні, а отже, і повітря.

Вплив підстилаючої поверхні на температуру повітря особливо сильно виявляється в невеликому приземному шарі повітря товщою 1–1,5 м. З висотою цей вплив слабшає. В тонкому приземному шарі повітря, завдяки тертю об земну поверхню, горизонтальні рухи сповільнені та сильно слабшає турбулентний обмін між приземними шарами й атмосферою. В більш високих шарах турбулентне перемішування та вирівнювання властивостей повітря відбуваються як в горизонтальному, так і у вертикальному напрямку.

Добовий хід температури повітря. Періодичні зміни температури ґрунту передаються повітрю. Таким чином, у повітрі утворюються добові та річні коливання температури, найбільш різко виражені в шарах прилеглих до ґрунту. Ці коливання розповсюджуються уверх в атмосферу в основному за тими ж законами, як і ґрунт.З віддаленням від земної поверхні спостерігається зменшення амплітуди коливань і запізнення настання максимуму та мінімуму температур.

Дослідження показали, що добовий хід температури повітря являє собою просте коливання з одним максимумом і одним мінімумом. Максимум температури настає в 14–15 год., тобто на 1–2 години пізніше, ніж на поверхні ґрунту, а мінімум – перед сходом Сонця.

Амплітуда добових коливань температури повітря менше, ніж амплітуда добових коливань температури поверхні ґрунту. Амплітуда добових коливань температури повітря над водною поверхнею менше, ніж над сушею. Це пояснюється, з одного боку, невеликими змінами протягом доби температури води та розташованого над нею повітря, а з другого боку, тим, що перемішування повітря над водою йде до більш значної висоти, ніж над сушею, завдяки підвищеній швидкості вітру.

Максимальна температура повітря над океанами вище, ніж на поверхні води, та настає раніше на 2–3 години, тобто біля 12½ год. А.І.Воейков вважав, що повітря над океанами нагрівається більше від сонячних променів, ніж від поверхні води.

Амплітуда добових коливань температури повітря залежить від ряду факторів.

1. Від широти місця. Величина амплітуди добових коливань температури перш за все визначається зміною полуденної висоти Сонця, яка зменшується зі збільшенням широти. Тому амплітуда добових коливань температури зменшується зі збільшенням широти місця. Найбільші амплітуди спостерігаються в субтропічних широтах (особливо в пустелях), а найменші – в полярних країнах. На рис. 8.1. наведені криві добового ходу температури повітря в Нукусє на Аму-Дар’є (φ=42º27´), в Мєлкой Губє (φ=44º), в Свердловську (φ=56º) і в Ленінграді (φ=60º).

Рис. 8.1. Залежність добового ходу температури повітря від широти місця;

Н. – Нукус, Лг. – Ленінград, Св. – Свердловськ, Мг. – Мілка Губа

2. Від пори року. В помірних і високих широтах полуденна висота Сонця сильно змінюється протягом року. В зв’язку з цим виникає залежність амплітуди добових коливань температури від пори року. В полярних областях взимку (в полярну ніч) добові коливання відсутні, влітку (в полярний день) вони дуже малі з амплітудою порядку 1º; зате весною та восени (при зміні дня та ночі) - амплітуди найбільш великі. Так, наприклад, у цей час на острові Диксон (φ=73º30´ пн.ш.) амплітуда досягає 5-6º. У помірних широтах найменші амплітуди спостерігаються взимку (2–4º), найбільші – на початку літа (8–12º). У середині тропічних широт амплітуда добових коливань мало змінюється протягом року. Великі амплітуди існують в континентальних тропічних областях, особливо в пустелях (до 20-22º).

3. Від рельєфу. Великий вплив рельєфу на добовий хід температури повітря вперше вказав Воейков. Випуклий рельєф (пагорб, гора, підвищення) зменшує амплітуди добових коливань, увігнутий (котловина, долина, улоговина) збільшує їх (рис. 8.2.).

Рис. 8.2. Добовий хід температури повітря для долини (1), увала (2) та гори (3).

Пояснюється це тим, що на підвищених місцях вплив земної поверхні на температуру повітря невеликий, так як повітря має малу поверхню зіткнення з ґрунтом і, окрім того, тут відбувається вільний обмін приземного повітря з шарами, що розташовані вище; вночі охолоджене повітря, як більш тяжке, стікає вниз по схилам, поступаючись місцем більш теплому повітрю, притікаючому із більш високих шарів, що зменшує охолодження. В пониженнях повітря вдень сильно прогрівається від дотикання з дном і схилами котловини. Вночі схили охолоджуються, й охолоджене, а тому і більш щільне повітря, стікає з них вниз. І вдень і, тим більше, вночі обмін повітря котловини з оточуючим простором відбувається дуже повільно внаслідок послаблення вітру в котловині. Все це в порівнянні з рівним місцем збільшує нагрівання повітря вдень і охолодження його вночі.

4. Від характеру підстилаючої поверхні. Як уже було сказано, найбільш різка різниця в умовах нагрівання повітря спостерігається над сушею та водною поверхнею. Над океанами амплітуда добових коливань температури повітря складає всього лише 1–1,5º. З віддаленням від берегу вглиб континенту амплітуда поступово збільшується, досягаючи 15–20º і більше. Але і відмінності в характері підстилаючої поверхні на суші виявляють вплив на амплітуду добового ходу температури повітря.

Над зволоженими місцями (рослинністю, болотами) добові коливання температури згладжені, амплітуди завжди зменшені. Навпаки, у степах і пустелях (в сухому повітрі) - амплітуди збільшені.

Добова амплітуда температури повітря більше над піщаним ґрунтом, ніж над глинистим, а над темними та пухкими ґрунтами більше, ніж над світлими та щільними.

5. Від хмарності. В хмарні дні амплітуда добових коливань температури повітря менше, ніж в ясні. Вдень хмари затримують пряму сонячну радіацію, а вночі зменшують ефективне випромінювання, тобто втрату тепла земною поверхнею.

6. Від висоти над поверхнею ґрунту. Все викладене відноситься до добового ходу температури повітря на висоті 2 м над ґрунтом (висота стандартних метеорологічних спостережень), зі збільшенням висоти над поверхнею ґрунту амплітуда коливань зменшується та при цьому відбувається зсув фази коливань, тобто запізнення часу настання максимуму та мінімуму.

Взимку добові коливання згасають на висоті 0,5 км, влітку залишаються помітними навіть на висоті 1,5–2 км. Ці коливання обумовлені дією підстилаючої поверхні. На великих висотах також спостерігаються добові коливання температури з амплітудою біля 1–2º, але вони мають самостійний характер і викликаються в основному зміною променевого потоку тепла.

Річний хід температури повітря. На континентах максимум температури в річному ході спостерігається в липні, а мінімум – у січні. На океанах і узбережжях помічається запізнення крайніх температур. Тут максимум відбувається в серпні, а мінімум в лютому-березні.

Річний хід температури повітря визначається перш за все широтою місця. Найменша величина амплітуди річних коливань спостерігається в екваторіальній зоні, де приплив сонячного тепла протягом року мало змінюється. Зі зростанням широти місця річна амплітуда збільшується, досягаючи найбільших значень у полярних широтах. На рис. 8.3. показані криві річного ходу температури на різних широтах.

Рис. 8.3. Річний хід температури повітря на різних широтах.

1 – Батавія φ=6°11' пн.ш., 2 – Ассуан φ=24°2', 3 – Саратов φ=51°32', 4 – Верхоянськ φ=67°49', 5 – Трауренберг φ=80°.

Над морем річні коливання температури малі, а по мірі віддалення вглиб континенту амплітуди збільшуються головним чином за рахунок пониження мінімуму.

На річний хід температури повітря чинить вплив також висота місця над рівнем моря. Річна амплітуда з висотою зменшується.

Великий вплив на річний хід температури чинить хмарність і періоди дощу. Так, наприклад, в Індії найтепліший місяць – травень, а не липень, коли там переважає хмарна погода з рясними дощами.

Річний хід температури повітря в різних частинах земної кулі дуже різноманітний, але за величиною амплітуди річного ходу та часу настання крайніх температур виділяють чотири головних типи річного ходу.

1. Екваторіальний тип. В екваторіальних областях спостерігаються два максимуму температури, які настають після весняного й осіннього рівнодення, коли висота Сонця максимальна (90º), і два мінімуму після зимового та літнього сонцестояння, при найменшій висоті Сонця (66,5º). Величина амплітуди тут невелика: над океанами біля 1,0º, над континентами 5,0–10,0º.

2. Тропічний тип. У тропічних областях спостерігається один максимум після літнього сонцестояння й один мінімум після зимового сонцестояння. Річна амплітуда невелика. На материках вона дорівнює 10–20º, у морських пунктах – біля 5º.

3. Тип помірного поясу. В річному ході температури в помірних широтах спостерігається один максимум після літнього сонцестояння й один мінімум після зимового сонцестояння. На суші найтепліший місяць – липень, на морях і узбережжях – серпень; найхолодніший місяць на суші – січень, а в морських пунктах – лютий. Річна амплітуда збільшується зі збільшенням широти та також по мірі віддалення від берегів морів і океанів. На узбережжях вона досягає 10º, в глибині материків до 40–50º, а в окремих випадках до 60º і більше. Наприклад, в Якутську середня температура липня складає +19º, січня – 43,5º, річна амплітуда дорівнює 62,5º.

4. Полярний тип річного ходу температури повітря. Він характеризується тривалою холодною зимою та прохолодним коротким літом. Річна амплітуда велика, порядку 25º і більше, на континенті в окремих місцях вона досягає 65º (наприклад, у Верхоянську середня температура липня +15,1º, січня – 50,1º). Найтепліший місяць на суші – липень, а на берегах – липень або серпень. Найхолодніший місяць на суші – січень, на узбережжях – лютий або березень.

Якщо прослідкувати річний хід температури повітря не за середніми місячними, а за середнім, взятим за невеликі проміжки часу, наприклад за п’ять днів, то виявиться, що плавний річний хід порушується. Такі порушення, або “обурення”, в річному ході представляють собою тимчасові пониження температури, так названі повернення холоду в період весняного підвищення температури та повернення тепла в період осіннього пониження температури. Такі обурення звичайно повторюються із року в рік. В Європі найбільш різко вираженими обуреннями є повернення холоду в травні та в середині червня і повернення тепла в кінці вересня або на початку жовтня.

Всі ці обурення в річному ході викликаються зміною повітряної маси різного походження. В часткових випадках повернення холоду в Європі викликаються вторгненням арктичної маси повітря або морського помірного повітря. Повернення тепла викликаються вторгненням тропічного повітря.

Лекція 9

Тема 5. Температура повітря

Дата добавления: 2014-01-04