Тепловий режим нижнього шару атмосфери

Передача тепла підстилаючою поверхнею атмосфері відбувається завдяки молекулярній теплопровідності, 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;

–турбулентне перемішування— вихровий хаотичний рух невеликих об'ємів повітря.

Зміни температури, які проходять завдяки турбулентного перемішування і теплової конвекції в деякому об’ємі повітря в часі () прийнято називати індивідуальними.

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.

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.

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.

4.6. Адіабатичні зміни температури повітря

У повітрі, що піднімається, температура змінюється внаслідок адіабатичного процесу, 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.

При адіабатичному стискуванні в атмосфері відбувається зменшення об'єму повітря в наслідок збільшення тиску, внутрішня енергія повітря зростає і підвищується. Цей процес відбувається переважно при спадному русі повітря, тобто при опусканні його в більш низькі шари атмосфери (відбувається адіабатичне нагрівання).

Адіабатичне розширення в атмосфері відбувається переважно при висхідному русі повітря. При цьому збільшується об'єм повітря внаслідок зниження тиску – внутрішня енергія убуває, температура повітря падає, тобто відбувається адіабатичне охолодження.

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.

Тепло, що надходить в атмосферу за рахунок конденсації вологи також має важливе значення для нагрівання приземного шару, а особливо більш високих шарів атмосфери, у яких утворюються хмари.

Насичене повітря, що піднімається, звичайно втрачає вологу в процесі випадання опадів і стає ненасиченим. При опусканні таке повітря нагрівається на 1° на 100 м. У результаті зниження температури при підйомі виявляється менше, ніж її підвищення при опусканні, і повітря що піднялося, а потім опустилося на той самий рівень при тому самому тиску, буде мати різну температуру — кінцева температура буде вище початкової. Такий процес називається псевдоадіабатичним.

4.7. Добовий і річний хід температури повітря

Добовий хід температури повітря обумовлений добовим ходом температури діяльного шару. Мінімальна температура повітря на висоті 2 м спостерігається перед сходом Сонця. Максимальна температура відзначається через 2—3 ч після полудню. Добовий хід температури повітря нерідко порушується вторгненнями теплих і холодних повітряних мас.

Амплітуда добового ходу температури повітря менше амплітуди добового ходу температури поверхні ґрунту. Зі збільшенням висоти над рівнем моря амплітуда добового ходу температури зменшується.

Річний хід температури повітря в основному визначається річним ходом температури підстилюючої поверхні. Амплітудою річного ходу називається різниця між середніми місячними температурами самого теплого і самого холодного місяців. Абсолютною річною амплітудою температури називається різниця між абсолютним максимумом і абсолютним мінімумом температури повітря за рік, тобто між найвищою і найнижчою температурою, що спостерігалася протягом року. Амплітуда річного ходу температури повітря в певному місці залежить від географічної широти, відстані від моря, висоти місця і від річного ходу хмарності.