Атмосферный воздух нагревается от солнца или земной поверхности

Эта статья перенесена сюда!

Солнечные лучи проходят через прозрачную атмосферу, не нагревая ее, они достигают земной поверхности, нагревают ее, а от нее в последующем нагревается воздух.

Степень нагрева поверхности, а значит и воздуха, зависят, прежде всего, от широты местности.

Но в каждой конкретной точке она (t о ) будет определяться также целым рядом факторов, среди которых основными являются:

А: высота над уровнем моря;

Б: подстилающая поверхность;

В: удаленность от побережий океанов и морей.

А – Поскольку нагревание воздуха происходит от земной поверхности, то чем меньше абсолютные высоты местности, тем выше температура воздуха (на одной широте). В условиях ненасыщенного водяными парами воздуха наблюдается закономерность: при подъеме на каждые 100 метров высоты температура (t о ) уменьшается на 0,6 о С.

Б – Качественные характеристики поверхности.

Б₁ – разные по цвету и структуре поверхности по разному поглощают и отражают солнечные лучи. Максимальная отражательная способность характерна для снега и льда, минимальная для темно окрашенных почв и горных пород.

Освещение Земли солнечными лучами в дни солнцестояний и равноденствий.

Б₂ – разные поверхности имеют разную теплоемкость и теплоотдачу. Так водная масса Мирового океана, занимающего 2/3 поверхности Земли, из-за высокой теплоемкости очень медленно нагревается и очень медленно охлаждается. Суша быстро нагревается и быстро охлаждается т.е., чтобы нагреть до одинаковой t о 1 м 2 суши и 1 м 2 водной поверхности, надо затратить разное количество энергии.

В – от побережий в глубь материков количество водного пара в воздухе уменьшается. Чем более прозрачна атмосфера, тем меньше рассеивается в ней солнечных лучей, и все солнечные лучи достигают поверхности Земли. При наличии большого количества водяного пара в воздухе, капельки воды отражают, рассеивают, поглощают солнечные лучи и далеко не все они достигаются поверхности планеты, нагревание ее при этом уменьшается.

Самые высокие температуры воздуха зафиксированы в районах тропических пустынь. В центральных районах Сахары почти 4 месяца t о воздуха в тени составляет более 40 о С. В то же время на экваторе, где угол падения солнечных лучей самый большой, температура не бывает выше +26 о С.

С другой стороны, Земля как нагретое тело излучает энергию в космос в основном в длинноволновом инфракрасном спектре. Если земная поверхность укутана «одеялом» облаков, то не все инфракрасные лучи уходят с планеты, так как облака их задерживают, отражая обратно к земной поверхности.

При ясном небе, когда водяных паров в атмосфере мало, инфракрасные лучи, испускаемые планетой свободно уходят в космос, при этом происходит выхолаживание земной поверхности, которая остывает и тем самым снижается температура воздуха.

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.

Источник

§ 24. Нагревание воздуха и его температура

Вспомните

• С помощью какого прибора измеряют температуру воздуха? Какие виды вращения Земли вам известны? Почему на Земле происходит смена дня и ночи?

Как нагревается земная поверхность и атмосфера. Солнце излучает огромное количество энергии. Однако атмосфера пропускает к земной поверхности только половину солнечных лучей. Часть их отражается, часть поглощается облаками, газами и частицами пыли (рис. 83).

Рис. 83. Расход солнечной энергии, поступающей на Землю

Пропуская солнечные лучи, атмосфера от них почти не нагревается. Нагревается же земная поверхность, и сама становится источником тепла. Именно от нее нагревается атмосферный воздух. Поэтому у земной поверхности воздух тропосферы теплее, чем на высоте. При подъеме вверх па каждый километр температура воздуха понижается на 6 «С. Высоко в горах из-за низкой температуры накопившийся снег не тает даже летом. Температура в тропосфере меняется не только с высотой, но и в течение определенных промежутков времени: суток, года.

Различия в нагревании воздуха в течение суток и года. Днем солнечные лучи освещают земную поверхность и прогревают ее, от нее нагревается и воздух. Ночью поступление солнечной энергии прекращается, и поверхность вместе с воздухом постепенно остывает.

Солнце наиболее высоко стоит над горизонтом в полдень. В это время поступает больше всего солнечной энергии. Однако самая высокая температура наблюдается через 2—3 ч после полудня, так как на передачу тепла от поверхности Земли к тропосфере требуется время. Самая низкая температура бывает перед восходом солнца.

Температура воздуха изменяется и по сезонам года. Вы уже знаете, что Земля движется вокруг Солнца по орбите и земная ось постоянно наклонена к плоскости орбиты. Из-за этого в течение года на одной и той же территории солнечные лучи падают на поверхность по-разному.

Когда угол падения лучей более отвесный, поверхность получает больше солнечной энергии, температура воздуха повышается и наступает лето (рис. 84).

Рис. 84. Падение солнечных лучей на земную поверхность в полдень 22 июня и 22 декабря

Когда солнечные лучи наклонены сильнее, поверхность нагревается слабо. Температура воздуха в это время понижается, и наступает зима. Самый теплый месяц в Северном полушарии — июль, а самый холодный — январь. В Южном полушарии — наоборот: самый холодный месяц года — июль, а самый теплый — январь.

По рисунку определите, как отличается угол падения солнечных лучей 22 июня и 22 декабря на параллелях 23,5° с. ш. и ю. ш.; на параллелях 66,5° с. ш. и ю. ш.

Подумайте, почему самые теплые и холодные месяцы — не июнь и декабрь, когда солнечные лучи имеют наибольший и наименьший углы падения на земную поверхность.

Рис. 85. Средние годовые температуры воздуха Земли

Показатели изменений температуры. Чтобы выявить общие закономерности изменения температуры, используют показатель средних температур: средних суточных, средних месячных, средних годовых (рис. 85). Например, для вычисления средней суточной температуры в течение суток несколько раз измеряют температуру, суммируют эти показатели и полученную сумму делят на количество измерений.

Определите:

• среднюю суточную температуру по показателям четырех измерений за сутки:-8°С, -4°С,+3°С,+1°С;
• среднюю годовую температуру Москвы, используя данные таблицы.

Определяя изменение температуры, обычно отмечают ее самые высокие и самые низкие показатели.

Разница между самыми высокими и самыми низкими показателями называется амплитудой температур.

Амплитуду можно определять для суток (суточная амплитуда), месяца, года. Например, если наибольшая температура за сутки равна +20°С, а наименьшая — +8°С, то суточная амплитуда составит 12°С (рис. 86).

Рис. 86. Суточная амплитуда температур

Определите, на сколько градусов годовая амплитуда в Красноярске больше, чем в Санкт-Петербурге, если средняя температура июля в Красноярске +19°С, а января— -17°С; в Санкт-Петербурге +18°С и -8°С соответственно.

На картах распределение средних температур отражают при помощи изотерм.

Изотермы — это линии, соединяющие точки с одинаковой средней температурой воздуха за определенный промежуток времени.

Обычно показывают изотермы самого теплого и самого холодного месяцев года, т. е. июля и января.

Вопросы и задания

1. Как происходит нагревание воздуха атмосферы?
2. Как изменяется температура воздуха в течение суток?
3. От чего зависит разница в нагревании поверхности Земли в течение года?

Источник

Нагревание атмосферы

Нагревание атмосферы происходит в результате действия солнечного излучения (солнечной радиации). Солнечная радиация представляет собой совокупность двух типов излучения: корпускулярного и электромагнитного. Корпускулярное излучение (корпускулярная радиация) представляет собой движущийся от Солнца с большой скоростью поток элементарных частиц, главным образом, протонов[33], которые почти полностью улавливаются в верхних слоях атмосферы магнитным полем Земли (магнитосферой). Электромагнитная солнечная радиация (лучистая радиация) представляет собой электромагнитные волны различной длины, проникающие в атмосферу Земли со скоростью 300 км/с. В зависимости от длины электромагнитных волн различают три диапазона излучения: ультрафиолетовое, видимое (свет) и инфракрасное излучение. Почти половина энергии электромагнитного излучения Солнца лежит в области видимого излучения. Ультрафиолетовое излучение почти полностью поглощается озоновым слоем стратосферы. Поглощение озоновым слоем солнечной ультрафиолетовой радиации является основным фактором нагревания воздушной массы в стратосфере. Инфракрасное (длинноволновое) излучение Солнца поглощается в тропосфере и стратосфере, в основном, парами воды и углекислым газом. Для видимого излучения атмосфера является прозрачной.

Но не все излучение, для которого атмосфера прозрачна, непосредственно достигает земной поверхности, часть ее рассеивается в атмосфере водяным паром, аэрозольными частицами, облаками. Эта часть солнечного излучения называется рассеянной радиацией, та же часть, которая непосредственно падает на земную поверхность, носит название прямой радиации. Часть рассеянной радиации поступает к земной поверхности. Прямая и рассеянная радиация вместе поступающие на поверхность Земли составляют солнечную суммарную радиацию. Таким образом, на земную поверхность в виде прямой и рассеянной радиации попадает примерно лишь 48% солнечной лучистой энергии, поступающей на внешнюю границу атмосферы. В каждом конкретном месте Земного шара количество суммарной радиации зависит от угла падения солнечных лучей (широты места), продолжительности дня, прозрачности атмосферы и облачности. Количество суммарной радиации уменьшается от экватора к полюсам, т.е. подчиняется зональной закономерности.

Суммарная радиация частично поглощается земной поверхностью, а частично отражается от нее. Поэтому в ней выделяют отраженную и поглощенную радиацию. Величина отраженной радиации зависит от отражательной способности земной поверхности и называется альбедо. Альбедо – это отношение количества отраженной радиации от земной поверхности к солнечной суммарной радиации, падающей на эту поверхность. Выражается альбедо в процентах. Так, например, альбедо поверхности, покрытой свежевыпавшим снегом, достигает 90%, а альбедо только что вспаханной поверхности – не более 10%.

Поглощенная солнечная радиация, превращаясь в теплоту, нагревает поверхность Земли. Нагретая земная поверхность в свою очередь излучает тепло обратно в атмосферу в виде инфракрасного (длинноволнового) излучения, получившего название излучаемой радиации, земного излучения или земной радиации. Но тепловое излучение Земли не улетучивается бесследно в космическое пространство, а задерживается углекислым газом и парами воды в тропосфере, согревая воздушную массу и земную поверхность. Это явление сравнивают с процессом нагревания, происходящим в парниках. Поэтому данное атмосферное явление получило название парниковый (тепличный) эффект. Парниковый эффект атмосферы не позволяет за ночь сильно остывать поверхности Земли. При его отсутствии температура большей части земной поверхности опускалась бы за ночь даже летом намного ниже 0°С.

Сумма прихода и расхода радиации составляет радиационный баланс. Радиационный баланс может рассчитываться отдельно для атмосферы, для земной поверхности и для системы атмосфера – земная поверхность. Он может быть положительным и отрицательным. Радиационный баланс земной поверхности складывается из суммы поглощенной и излучаемой радиации. При положительном радиационном балансе (росте приходной части) температура поверхности повышается (как, например, днем или летом), при отрицательном (росте расходной части) – температура поверхности понижается (ночью, зимой). Радиационный баланс входит составной частью в соответствующий тепловой баланс, представляющий собой частный случай закона сохранения энергии.

Температура воздуха. Нагревание воздуха происходит, в основном, за счет излучаемой (земной) радиации. В целом атмосфера Земли получает в 3 раза больше тепла от нагретой Солнцем земной поверхности, чем непосредственно от солнечного излучения. Средняя температура приземного слоя воздуха для Земли в целом составляет около +15°С. Максимально низкие температуры зарегистрированы в Антарктиде (–89°С) и на северо-востоке России в Оймяконе (–71°С). Наиболее высокие температуры воздуха фиксируются в тропических пустынях, максимальные (около +58°С) отмечены в Мексике и на севере Африке в Ливии. Поскольку поступление солнечной лучистой энергии к поверхности Земли зависит от угла падения солнечных лучей, следовательно, ее нагревание и излучение изменяется соответственно широте, убывая от экватора к полюсам, т.е. изменение температуры воздуха подчиняется общей зональной закономерности. Кроме этого, наблюдается закономерное изменение суточной температуры (день, ночь) и годовой (зима, лето). Разность самой высокой и самой низкой температуры в течение суток называется суточной амплитудой температур, а разность самой высокой и самой низкой температуры в течение года – годовой амплитудой температур. В том и другом случае на величину амплитуды температуры влияет близость моря. Наиболее высокие амплитуды наблюдаются внутри континентов, а наиболее низкие – на побережье.

Если мы нанесем на глобус или карту точки с одинаковыми средними температурами, полученными за определенный промежуток времени (например, год, месяц), и соединим их линиями, то получим изотермы. Изотерма – это линия одинаковой температуры за определенный промежуток времени. Соответственно зональной закономерности изотермы должны были бы совпадать с параллелями, но этого не происходит из-за влияния на распределение температуры таких факторов, как распределение суши и воды, альбедо поверхности, циркуляция воздуха в атмосфере, наличие теплых и холодных течений в Мировом океане. Поэтому изотермы имеют извилистый характер.

В соответствии с изотермами на Земле выделяют тепловые пояса. Следует отличать тепловые пояса от поясов освещенности. Границами поясов освещенности служат параллели (тропики и полярные круги), а границами тепловых поясов являются изотермы. Выделяют 7 тепловых поясов: один жаркий пояс, приуроченный к экваториальным широтам и ограниченный среднегодовыми изотермами +20°С в северном и южном полушариях; два умеренных пояса (по одному в каждом полушарии) между среднегодовыми изотермами +20°С и среднемесячными изотермами +10°С самого теплого месяца (июля для северного полушария и января для южного полушария); два холодных пояса между среднемесячными изотермами наиболее теплого месяца +10°С и 0°С; два морозных пояса около полюсов, оконтуриваемых среднемесячной изотермой 0°С самого теплого месяца, где среднемесячные температуры в течение всего года не поднимаются выше 0°С.

Вопросы для самоконтроля.

1. За счет чего происходит нагревание атмосферы?
2. Какие типы солнечного излучения Вы знаете?
3. Что улавливается магнитным полем Земли?
4. На какие диапазоны делится электромагнитная солнечная радиация?
5. Что такое рассеянная радиация?
6. Что такое прямая радиация?
7. Что такое солнечная суммарная радиация?
8. Что такое отраженная радиация?
9. Что такое поглощенная радиация?
10. Что такое альбедо?
11. Что такое излучаемая радиация (земная радиация) и в каком виде она представлена?
12. Что собой представляет парниковый эффект?
13. Какую роль на Земле играет парниковый эффект?
14. Что такое радиационный баланс? Какой он бывает?
15. Из чего складывается радиационный баланс?
16. Какова средняя температура приземного слоя воздуха на Земле?
17. Где на Земле и какие максимальные отрицательные и положительные температуры зарегистрированы?
18. Что такое суточная амплитуда температур и годовая амплитуда температур?
19. Что такое изотерма?
20. Сколько тепловых поясов выделяют на Земле?
21. Что служит границами тепловых поясов?
22. Назовите тепловые пояса и дайте краткую характеристику каждому тепловому поясу.

Дата добавления: 2016-04-06 ; просмотров: 4441 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник