что способствует распределению температуры на земле
Что способствует распределению температуры на земле
Теплооборот, один из климатообразующих процессов, описывает процессы получения, передачи, переноса и потери тепла в системе земля – атмосфера. Особенности процессов теплооборота определяют температурный режим местности. Тепловой режим атмосферы обусловлен, прежде всего, теплообменом между атмосферным воздухом и окружающей средой. Под окружающей средой при этом понимают космическое пространство, соседние массы и особенно земную поверхность. Решающее значение для теплового режима атмосферы имеет теплообмен с земной поверхностью путем молекулярной и турбулентной теплопроводности.
Распределение температуры воздуха по земному шару зависит от общих условий притока солнечной радиации по широтам (влияние широты местности), от распределения суши и моря, которые по-разному поглощают радиацию и по-разному нагреваются (влияние подстилающей поверхности), и от воздушных течений, переносящих воздух из одних областей в другие (влияние циркуляции атмосферы).
Как следует из рис. 1.9, меньше всего отклонений от широтных кругов на карте средних годовых температур для уровня моря. Зимой материки холоднее океанов, летом теплее, поэтому в средних годовых величинах противоположные отклонения изотерм от зонального распределения частично взаимно компенсируются. На карте средней годовой температуры по обе стороны от экватора − в тропиках находится широкая зона, где средние годовые температуры выше +25 °C. Внутри зоны очерчиваются замкнутыми изотермами острова тепла над Северной Африкой, Индией и Мексикой, где средняя годовая температура выше +28 °C. Над Южной Америкой, Южной Африкой и Австралией островов тепла нет. Однако над этими материками изотермы прогибаются к югу, образуя «языки тепла», в которых высокие температуры распространяются дальше в сторону высоких широт, нежели над океанами. Таким образом, тропики материков теплее тропиков океанов (речь идет о среднегодовой температуре воздуха над ними).
Рис. 1.9. Распределение средней годовой температуры воздуха на уровне моря (ºС) (Хромов С.П., Петросянц М.А., 2006)
Во внетропических широтах изотермы менее отклоняются от широтных кругов, особенно в Южном полушарии, где подстилающая поверхность в средних широтах представляет собой почти сплошной океан. В Северном полушарии в средних и высоких широтах наблюдаются более или менее заметные отклонения изотерм к югу над материками Азии и Северной Америки. Это означает, что в среднем годовом материки в этих широтах несколько холоднее океанов. Самые теплые места Земли в среднем годовом распределении наблюдаются на побережьях южной части Красного моря. В Массауа (Эритрея, 15.6° с. ш. 39.4° в. д.) средняя годовая температура на уровне моря +30 °C, а в Ходейде (Йемен, 14.6° с. ш., 42.8° в. д.) 32.5 °C. Самый холодный район − Восточная Антарктида, где в центре плато средние годовые температуры порядка-50¸-55 °C (Климатология, 1989).
Каковы закономерности распределения температуры воздуха на Земле, и от чего это зависит
Ясно, что небольшие различия температур в пределах города не имеют никакого значения по сравнению с различиями между средней температурой городов из разных климатических зон. Точно так же, говоря о Земле в целом, мы можем пренебречь различиями между ее районами в сравнении с более весомыми различиями между этой и другими планетами Солнечной системы. Поэтому вполне разумно говорить о глобальном климате земного шара и его характеристиках: температуре, суммарном количестве осадков, давлении и т. д.
Каковы закономерности распределения температуры воздуха на Земле?
Каковы закономерности распределения температуры воздуха на Земле, на самом деле? Когда ученые научились количественно определять потоки энергии на нашей планете, выяснилось, что поток тепла из земных недр составляет всего несколько десятитысячных долей от приходящей солнечной энергии и никакого значимого влияния на формирование климата планеты он не оказывает. Единственным значимым источником энергии для нее является солнечное излучение, в связи с чем разумно сначала говорить о климате Земли в целом, а уже потом рассматривать отдельные ее районы как частные случаи.
Важные характеристики
Как же формируется глобальный климат? Прежде чем перейти к разговору об этом, следует отметить, что имеется в виду только многолетний режим температуры и осадков. Известно, что климат характеризуется не только этими двумя величинами. Существует много других: атмосферное давление, направление и скорость ветра и т. д.
Серьезное экологическое значение имеют лишь те характеристики климата, которые оказывают существенное влияние на живые организмы: в первую очередь растения, как поставщики основного количества биомассы. Для них наиболее важны температура, осадки и облачность.
Роль атмосферы в распределении температуры воздуха на Земле также нельзя преуменьшать. Решающее значение имеет ее состав. Остальные характеристики климата важны с точки зрения геофизики, но, говоря об экологии, ими можно пренебречь.
Зависимость от Солнца
Итак, какие же физические процессы определяют температуру поверхности Земли и приземного слоя воздуха? Какие из них являются основными? Наконец, каковы закономерности распределения температуры воздуха на Земле?
Прежде всего ясно, что температура зависит от суммарного прихода тепла от Солнца. Через площадку, перпендикулярную лучам и находящуюся на среднем расстоянии до Земли, проходит поток энергии мощностью 1,37 Квт/м². Эта величина называется солнечной постоянной. Какое же количество энергии приходит за секунду ко всему земному шару? Очевидно, что оно равно произведению солнечной постоянной на площадь земного диска.
Однако не вся эта энергия поглощается землей. Часть ее отражается от поверхности обратно в космическое пространство. Такая энергия называется альбедо. Его величина зависит как от характера излучения, так и от свойств самой поверхности и может принимать значения в пределах от 0 (для абсолютно черного тела, поглощающего всю падающую на него энергию) до 1 (для абсолютно белого, которое все отражает).
Отражение и поглощение солнечной энергии
Усредненное альбедо всей Земли в целом должно зависеть от того, какая часть ее поверхности занята водой, снегом, льдами, лесами, полями, пустынями и т. д. Иными словами, оно зависит от структуры земной поверхности. К счастью, аппаратура, устанавливаемая на искусственных спутниках, позволяет непосредственно измерять среднее альбедо планеты, не вдаваясь в громоздкие вычисления. Оно оказывается равным 0,30. Это значит, что примерно 30 % приходящей к Земле солнечной энергии отражается от нее обратно в космос, а 70 % поглощается и идет на нагревание поверхности.
Заметим попутно, что большая часть солнечной энергии отражается от верхней границы облаков, имеющих альбедо близкое к 100 %. Тот, кто летал на самолете, знает, какими ослепительно белыми выглядят облака сверху. Поэтому среднее альбедо планеты существенно зависит от того, какая часть ее покрыта облачностью.
Тепловое излучение
Поскольку солнечное излучение поступает к Земле постоянно, становится ясно, что существует какой-то отвод энергии от нее (иначе температура планеты постоянно увеличивалась бы и притом очень быстро). Такой отвод действительно имеется и осуществляется посредством ее собственного теплового излучения.
Поскольку температура поверхности планеты намного ниже солнечной, ее тепловое излучение происходит в инфракрасном диапазоне, не видимом для глаз. Общее количество энергии, излучаемой с поверхности Земли в единицу времени, определяется пропорционально четвертой степени ее абсолютной температуры. Очевидно, что суммарное излучение всей нашей планеты будет равно этой величине, умноженной на площадь земной сферы.
Учитывая то, каковы закономерности распределения температуры воздуха на Земле, можно сделать вывод, что глобальный климат планеты достаточно стабилен. Это возможно только при том условии, что поток поглощенной землей солнечной радиации равен тепловому излучению самой планеты. Так получается простейшая модель глобального климата планеты. Отсюда можно получить значение так называемой радиационно-равновесной температуры (-18 °С). Такой бы она была, если бы у поверхности Земли не было атмосферы. Откуда берется различие между этой температурой и реальной? Все дело в особенностях взаимодействия газов атмосферы с излучениями. Это именно то, от чего зависит температура воздуха на Земле.
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:
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:
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:
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:
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.
Роль атмосферы. Распределение температуры воздуха на Земле
Урок 5. География 7 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Роль атмосферы. Распределение температуры воздуха на Земле»
Сегодня на уроке мы:
· поговорим о безбрежном воздушном океане – атмосфере;
· исследуем причины её загрязнения;
· рассмотрим климатические карты;
· узнаем, как распределяется температура воздуха на Земле.
Земля и воздух неотделимы друг от друга. Если бы атмосфера не перемещалась вместе с Землей, то чтобы совершить путешествие, нам было бы достаточно подняться на воздушном шаре вверх, подождать пока нужный участок Земли будет под ним и тогда опуститься.
Окунаясь в воздушное пространство Земли, вы окунаетесь в мир звуков, мягких переходов от света к тени. Сложно даже представить, как выглядела бы наша Земля без атмосферы. Безжизненная пустыня, подобная поверхности Луны.
Атмосфера – это воздушная оболочка, которая окутывает нашу Землю, оберегая ее от солнечного излучения, а также от метеоритов, большая часть которых сгорает еще в высоких слоях атмосферы, не долетая до поверхности Земли. Именно благодаря атмосфере осуществляется круговорот воды в природе.
Атмосфера оберегает Землю
Если бы не было воздушной оболочки, то излучаемое земной поверхностью тепло беспрепятственно уходило бы в космос. Так, за счет различных примесей в воздухе, это тепло задерживается в нижних слоях атмосферы, создавая при этом «парниковый эффект». Благодаря ему, на сегодняшний день, средняя температура воздуха у поверхности Земли составляет около +15 °C.
Воздействие воздушной оболочки Земли можно сравнить к примеру, с ролью стекла в парнике, которое пропускает лучи света и не выпускает тепло обратно. Также, атмосфера содержит различные газы, необходимые для жизнедеятельности организмов.
Воздушная оболочка Земли очень тесно взаимодействует с гидросферой, литосферой, биосферой. Кроме того, воздух входит в состав всех горных пород, живых организмов и водной среды.
Значение атмосферы для планеты Земля колоссально: исчезнет воздушная оболочка – исчезнет жизнь на Земле.
На сегодняшний день довольно остро стоит проблема загрязнения атмосферы. Основная причина загрязнения воздуха – промышленные выбросы. Дело в том, что все вредные вещества, которые выбрасываются крупными промышленными производствами, фабриками, транспортам в атмосферу являются причиной глобального потепления климата и разрушения озонового слоя.
Что касается образования озоновых дыр, то уже сейчас многие ученые-исследователи бьют тревогу. Дело в том, что озоновые дыры призваны защищать поверхность нашей планеты от избытка ультрафиолетового солнечного излучения. Таким образом, их появление можно считать реально опасным для жизнедеятельности всех живых организмов.
Благодаря изменению газового состава воздуха, за счет интенсивного развития промышленности, в мире происходит глобальное потепление климата, что в свою очередь приводит к таянию вечной мерзлоты. Так, арктический лед за последние пять лет стал тоньше на 70 сантиметров, а вследствие этого уровень океана поднимается и затапливает прибрежные территории.
Кроме того, загрязнение атмосферного воздуха приводит к увеличению заболеваний у людей, как органов дыхания, так и сердечно-сосудистой системы. Очень часто крупные промышленные города накрывает густой туман из примесей дыма и газовых отходов, который имеет название смог. Именно он может стать причиной затруднения дыхания, плохого самочувствия с развитием последующих у человека заболеваний.
Наибольшее значение для жизнедеятельности, а также процессов, происходящих на Земле, имеет нижний слой атмосферы – тропосфера. Как вы думаете, почему тропосферу по-другому называют «кухней погоды»?! Все дело в том, что именно в ней формируются облака, выпадает дождь или снег, а также образуется ветер.
Что называется многолетним режимом погоды?! Это ни что иное, как климат. Именно он является самым главным природным компонентом Земли.
Кто-нибудь из вас смог бы предположить, что в пустыне может выпасть снег?! Оказывается, может. Так, 18 февраля 1979 года в пустыне Сахаре был зарегистрирован случай выпадения снега. Это явление было настоящим потрясением для жителей Африки. Климат нашей планеты меняется. Поэтому очень важно знать и понимать особенности климата той или иной территории.
Изучить более подробно климатические условия разных территорий по многолетним, годовым, сезонным и месячным показателям вам помогут климатические карты.
Климатическая карта это ни что иное как географическая карта, на которой представлено территориальное распределение климатических условий.
На климатических картах особенности климата отображают обычно с помощью изотерм (линий, соединяющих точки с одинаковой температурой); изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым атмосферным давлением); и других изолиний. Осадки обычно показывают фоновой закраской по шкале цветов соответственно среднегодовому количеству осадков; ветра отображают стрелками преобладающих направлений или розами ветров.
Есть еще особые климатические карты, на которых отображаются границы климатических поясов и областей.
Климатические карты характеризуют особенности климата и закономерности его формирования, а также они могут содержать в себе метеорологические данные, предназначенные для использования на практике.
От чего зависит климат любой местности?! Конечно же, от количества солнечного тепла, которое поступает на земную поверхность. Нагрев Земли, прежде всего, зависит от высоты Солнца над горизонтом. Следовательно, чем выше Солнце, тем больше нагревается земная поверхность, а от нее и воздух.
Наша планета нагревается неравномерно, это объясняется ее шарообразной формой. Так, угол падения солнечных лучей, в разных регионах Земли, различен. Наблюдается закономерность, чем ближе к экватору, тем больше угол падения солнечных лучей, а значит и выше температура приземного слоя атмосферы. А чем дальше от экватора, тем становится холоднее.
Следовательно, температура воздуха на Земле распределяется от экватора к полюсам. Так, на экваторе средняя годовая температура равна +25-26 °C; а на севере Евразии и Северной Америки средняя годовая температура равна +10 °C. Наиболее низкие температуры наблюдаются в полярных областях.
Если внимательно изучить климатическую карту, то очевидна определенная закономерность: тепло по поверхности Земли распределено зонально-регионально. Прежде всего, на географическое распределение температуры воздуха у земной поверхности оказывает влияние географическая широта.
Сделаем общие выводы.
Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, которая защищает планету от солнечного излучения, метеоритов, резких перепадов температур, а также она содержит различные газы необходимые для жизнедеятельности организмов.
На сегодняшний день довольно остро стоит проблема загрязнения атмосферы. Основная причина загрязнения воздуха – промышленные выбросы.
Изучить более подробно особенности климата разных территорий по многолетним, годовым, сезонным и месячным показателям вам помогут климатические карты.
Температура воздуха на Земле зависит от географической широты.