Почему чем выше мы поднимаемся тем ниже температура воздуха

Как меняется температура с высотой? Сейчас разберемся…

Дело в том, что иногда при увеличении высоты температура не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Это явление называется температурной инверсией. Оно часто происходит ясными безветренными ночами, когда поверхность Земли интенсивно излучает тепло и охлаждается, заодно охлаждая и приземный слой воздуха. Днем инверсия обычно исчезает, однако зимой в умеренных и полярных широтах приземный слой холодного воздуха может не успеть прогреться за короткий световой день, в результате чего инверсия сохраняется в течение нескольких суток.

Инверсию можно наглядно видеть, наблюдая за дымом из трубы. Обычно в безветренную погоду дым поднимается вертикально (так как он, хотя и остывает в процессе подъема, всегда остается теплее, а значит, легче окружающего воздуха, температура которого тоже уменьшается с высотой) и постепенно рассеивается. В случае же инверсии дым, поднимаясь через приземный слой холодного воздуха, охлаждается до такой степени,что становится холоднее, а следовательно, и тяжелее, вышележащего слоя. В результате дым перестает подниматься и начинает распространяться горизонтально. Если же в одном месте много источников дыма и прочих выбросов – например, дело происходит в городе, в котором много заводов и автомобилей, – то все загрязняющие вещества накапливаются в приземном холодном слое, что создает серьезные проблемы с качеством воздуха. Такая ситуация часто складывается, например, в Красноярске, где это явление даже имеет особое название – «черное небо».

Впрочем, основное правило всё же таково: чем выше мы находимся, тем холоднее вокруг. И тут можно решить, что при подъеме в горы климат будет меняться так же, как если бы мы двигались к полюсам (в нашем полушарии – в сторону севера). Однако, если бы мы действительно шли от экватора к полюсу, климат обретал бы всё более выраженную сезонность – чем дальше на север тем больше становится разница между летом и зимой. В горах же, хоть и холодает с высотой, но колебания температур как бы повторяют те, что царят у подножия гор. К примеру, в Экваториальных Андах на высоте 2,5-3 км круглый год стоит температура +13- +15 °С, примерно как в Москве во второй половине мая. Наверное, тебе покажется, что жить без зимы и без лета немного скучновато, но, согласись, что такой климат лучше, чем вечные +26…+28 °С у подножия. (Конечно, для пляжа это идеальная погода, но ведь и в школу тоже ходить придется!) Возможно, именно поэтому столицы Колумбии и Эквадора – стран, в которых расположены Экваториальные Анды, – и находятся в поясе «вечной весны».

А что же на других планетах? Космонавт, решивший заняться там альпинизмом, увидит всё ту же картину – чем выше в горы, тем холоднее. Правда, например на Марсе температура уменьшается в среднем на 2,5 °С на каждый километр высоты, то есть не так сильно, как у нас на Земле. Это объясняется тем, что марсианская атмосфера менее прозрачна, в ней всегда много пыли, поэтому солнечное тепло лучше прогревает газовую оболочку Марса. Однако для штурма высочайшей горы Марса, Олимпа, придется утеплиться: ее высота – 26 км, а значит, на вершине должно быть на 65 °С холоднее, чем внизу.

Становится холоднее при движении вверх и на Венере. Если у поверхности там царит просто адская жара – около +470 °С, то на высоте 50-55 км температура опускается до вполне комфортных +20 °С. Кстати, и атмосферное давление на этой высоте почти равно земному. Может быть, в будущем можно устроить там города, висящие на огромных дирижаблях? Но есть маленькая проблема: атмосфера Венеры почти полностью состоит из углекислого газа, и там бывает дождливо, при этом из туч льется не вода, а… концентрированная серная кислота.

Источник

Информация для населения

4 декабря 2020

Влияние влажности воздуха на здоровье человека

Погодно-климатические условия интенсивно влияют на самочувствие людей, способны улучшать или ухудшать состояние нашего здоровья. Немаловажным параметром с этой точки зрения является влажность воздуха.

Повышенная влажность (более 85%) затрудняет теплообмен между организмом человека и внешней средой из-за уменьшения испарения пота с поверхности кожи. Чем больше влажность, тем меньше испаряется пота в единицу времени и тем быстрее наступает перегрев тела, который как минимум влечёт за собой вялость и тошноту, а как максимум, потерю сознания, сердечные приступы, кислородное голодание мозга. Особенно неблагоприятное воздействие на тепловое самочувствие человека оказывает высокая влажность при температуре окружающей среды выше 30°С, так как при этом почти вся выделяемая теплота отдается в окружающую среду при испарении пота. При повышении влажности пот не испаряется, а стекает каплями с поверхности кожного покрова; возникает так называемое «проливное» течение пота, изнуряющее организм и не обеспечивающее необходимую теплоотдачу. Повышенная влажность опасна и в сочетании с низкой температурой, так как возникает риск сильного переохлаждения. Вместе с тем, умеренно влажный воздух может быть весьма полезен для здоровья, он благоприятно влияет на слизистые оболочки дыхательных путей, способствует очищению от мокроты, защищает от болезнетворных бактерий.

Недостаточная влажность воздуха (менее 20%) также оказывает негативное влияние на здоровье человека из-за интенсивного испарения влаги с поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, что может привести к их пересыханию и растрескиванию, а затем и загрязнению болезнетворными микроорганизмами. При таком уровне влажности даже здоровые люди испытывают ощущение сухости в носоглотке, «резь» в глазах, может начаться носовое кровотечение. Особенно опасен слишком сухой воздух для больных бронхиальной астмой, у них наблюдается общее ухудшение самочувствия, возможны приступы. С другой стороны, умеренно сухой воздух позволяет легче переносить низкие и высокие температуры. Так, например, при малой относительной влажности летняя жара переносится легче, чем та же температура, но в районах с высокой влажностью. То же самое и с отрицательными температурами. Сильные морозы при низкой влажности приносят гораздо меньший дискомфорт, чем небольшой «минус» в условиях влажного воздуха.

Большую часть своей жизни мы проводим в различных помещениях и от того, насколько комфортен микроклимат в нашей квартире, офисе, учебной аудитории, зависит наше самочувствие и работоспособность. В Российской Федерации основные гигиенические требования к параметрам микроклимата в жилых и общественных помещениях установлены в следующих документах:

Для специализированных помещений (ЛПУ, спортивные залы, бассейны, др.), оптимальные и допустимые нормы относительной влажности воздуха устанавливаются в отдельных нормативных документах.

Сейчас производители предлагают довольно широкий ассортимент всевозможных приборов для измерения влажности в помещениях (гигрометры, термогигрометры, психрометры, гиростаты, др.), самые разные по цене, конструктивным особенностям и дизайну, так что контролировать уровни влажности в своих жилищах и офисах совсем несложно, сложнее поддерживать оптимальные значения влажности.

Уюта и тепла Вашему дому! Будьте здоровы!

Источник

Температура воздуха. Урок 12

Температура воздуха зависит от солнечной радиации

Солнечная радиация – это излучение ближайшей к нам звезды, которое является главным источником энергии для всех химических и физических процессов, происходящих на Земле. Солнце испускает широкий спектр волн, но до атмосферы нашей планеты доходит 99% только его коротковолнового потока (в интервале между 0,1 и 4 мкм):

Поэтому солнечную радиацию называют коротковолновой, в отличие от длинноволновой инфракрасной радиации (интервал длин волн от 3 – 4 до 80 – 120 мкм), которую излучают Земля и её атмосфера после поглощения коротковолновой солнечной.

В атмосфере радиация Солнца ослабляется

Солнце ежесекундно посылает на Землю гигантский заряд энергии (1,76 • 10 17 Дж/с). Однако температура воздуха в приповерхностном слое чрезмерно не повышается. Треть этой энергии отражается от атмосферы и подстилающей поверхности Земли, а оставшиеся две трети ими же и поглощаются.

Рис. 1

Как атмосфера поглощает солнечную энергию?

Встречаясь с молекулами газов, с пылью и диоксидом водорода, часть солнечной радиации преобразуется в другой вид энергии. Большая часть – в тепловую, но в верхних слоях атмосферы в результате фотоионизации – в электрическую.

Газы, которые поглощают основную часть коротковолнового солнечного излучения – это кислород, озон, углекислый газ, водяной пар и некоторые газовые примеси с малым процентным содержанием. Ультрафиолет в основном улавливает озон, инфракрасное излучение – молекулярный кислород. Углекислый газ и водяной пар абсорбируют широкий спектр излучения.

Бесполезным в этом смысле оказывается азот. Он свободно пропускает как коротковолновую солнечную, так и длинноволновую земную радиацию. Но это же и к лучшему, прямые солнечные лучи из-за этого достигают Земли, а для парникового эффекта достаточно и парниковых газов.

Абсорбируют солнечную энергию и примеси. Очень сильно это заметно над пустынями во время бурь и в городах с замутнённой атмосферой. Самое сильное замутнение атмосферы связано с торфяными и лесными пожарами.

Поглощая излучение, тела нагреваются, а остывая, испускают собственное излучение, т. е. сами становятся его источниками.

Рассеяние солнечной радиации в атмосфере

Над озером Тургояк
Автор: XXN

Интересно, что газы атмосферы сильнее рассеивает коротковолновое излучение (сине-голубое). Поэтому безоблачное и мало запылённое дневное небо выглядит голубым. Во время рассвета и заката при изменении угла падения солнечных лучей их путь до Земли удлиняется, что делает сами волны длиннее, и тогда мы видим оттенки красного.

Чем выше слой атмосферы, тем менее плотным он становится, а значит, меньше рассеивает солнечных лучей. Поэтому небо с высотой становится более тёмным и синим или даже фиолетовым. А на уровне 100 км начинается «эффект космоса», если посмотреть вверх, можно увидеть чёрное пространство, яркие звёзды, планеты и Солнце.

Вначале нагревается земная поверхность: суммарная солнечная радиация

Но ни рассеивание, ни поглощение не нагревают тропосферу настолько, чтобы нам в ней было комфортно. Она получает тепло от нагретой воды, почвы, горных пород и т.д., расположенных на планете. Но какую долю энергии улавливает сама поверхность Земли?

Рис. 2

Рассеянные и прямая радиация ( суммарная радиация ) нагревает подстилающую поверхность планеты, прогревая только её верхний слой. Земля сама становится источником излучения и часть тепла отдаёт воздуху. То тепло, которое остаётся после всех этих процессов, называется радиационным балансом (см. рис. 2).

Количество суммарной радиации зависит от облачности, прозрачности атмосферы и высоты солнца над горизонтом. Рассмотрим подробнее причины изменения количества получаемого разными участками Земли тепла и света.

Зависимость суммарной радиации от состояния атмосферы

Чем плотнее и насыщеннее влагой воздух, тем сильнее в нём идёт рассеяние и поглощение, тем меньше радиации получает земная поверхность.

Насыщенное водяным паром небо.
Автор: Saperaud

От географической широты

Количество радиации зависит от географической широты местности, а значит и от угла падения солнечных лучей и соответственно от длины их пути. Из-за шарообразной формы Земли и угла наклона её оси разные её участки освещаются неодинаково.

Количество радиации увеличивается от полюсов к экватору. Кратчайшим путём солнечные лучи попадают на Землю при угле падения в 90°. При этом они концентрируются на малой площади и эффективно её обогревают и освещают. Это происходит в тропическом поясе освещения.

Рис. 3

По мере удаления от тропиков угол падения солнечных лучей уменьшается, а путь их до Земли увеличивается. В районе умеренных и высоких широт лучи проходят по касательной линии. Площадь, захватываемая ими, увеличивается, соответственно растёт количество отражённой энергии.

От осевого движения Земли

Днём поверхность Земли нагревается сама и нагревает приземный слой воздуха. Ночью она остывает и отдаёт тепло атмосфере. Происходит охлаждение земли и воздуха. Самые низкие температуры воздуха наблюдаются перед рассветом, когда Земля уже максимально остыла.

Днём устанавливается два максимума температур: в 11 ч. и в 13 ч. В полдень же (в 12 ч) наблюдается незначительное понижение температур из-за повышения влажности атмосферы.

Из-за наклона земной оси и осевого движения умеренные пояса Земли больше всего тепла получают в дни летних солнцестояний (22 июня – Северное полушарие, 21 декабря – Южное). В эти дни Солнце находится в зените над соответствующим тропиком.

Но самым жаркими месяцами является не июнь и декабрь, а июль и январь. Это происходит потому, что в дни солнцестояний большое количество энергии тратится на разогрев остывшей земной поверхности. И хотя в январе (июле Северного полушария) количество радиации уменьшается, её убыль компенсируется нагретой поверхностью Земли.

От орбитального движения Земли

От времени года зависит высота Солнца над горизонтом и угол падения его лучей. В высоких и умеренных широтах по этой причине количество солнечной радиации сильно изменяется. Изменяется и расстояние Земли от Солнца. Соответственно колеблется и длина пути лучей.

Почти не меняется в течение всего года количество солнечной радиации, получаемой экваториальной зоной. Мало колеблется оно на океанах и морских побережьях. А в пустынях благодаря сухости воздуха амплитуда температур может превышать 50–60 °C. Днём поверхность пустынь сильно нагревается (до 50–60 °C), а ночью остывает, часто до 0 °C.

Пояса освещения, тепловые пояса Земли

От характера подстилающей поверхности

Особенно сильным альбедо характеризуются снег и лёд (90%), меньшим – песок (35%), ещё более слабым – чернозём (4%). Нагрев суши и воды тоже происходит неодинаково. Если суша нагревается и остывает быстро, то вода из-за высокой теплоёмкости нагревается медленно, а благодаря низкой теплоотдаче она также и остывает с незначительной скоростью.

Поэтому океан называют «печкой» планеты. Но из-за большой площади водной поверхности ей приходится много энергии тратить на испарение, а не на нагрев воздуха. Тем не менее около океана теплее зимой даже в высоких широтах.

Распределение суммарной радиации на Земле

Максимальные показатели суммарной солнечной радиации (около 850 Дж/см²) в год наблюдаются в тропических пустынях, где прямая радиация из-за большой высоты Солнца и безоблачного неба наиболее интенсивна. Летом различия в поступлении солнечной радиации между высокими и низкими широтами сглаживается за счёт большой продолжительности освещения в полярных районах (полярный день). В зимнее полугодие они достигают максимума (полярная ночь).

Как нагревается воздух тропосферы?

При безоблачной погоде большая доля прямых лучей Солнца беспрепятственно достигает поверхности Земли, проходя через атмосферу, как сквозь стекло. При этом они почти не нагревают воздух. Он получает тепло за счёт нагретой земной поверхности. Это происходит путём диффузии и конвекции.

Конвекция – перемешивание тёплого и холодного воздуха. Тёплый воздух становится легче и поднимается, тяжёлый холодный опускается и путём диффузии нагревается от поверхности планеты.

Азот N₂ и кислород О₂ и О для этого излучения прозрачны.

Подогретая поглощённой энергией, атмосфера сама становится источником излучения (противоизлучения атмосферы), вновь отправляя тепло к поверхности планеты. Атмосфера как одеяло препятствует охлаждению Земли. Из-за схожести этого явления с парником его назвали «парниковым эффектом». А газы, отправляющие назад противоизлучение атмосферы, назвали парниковыми.

Верхние слои тропосферы менее плотные, к тому же они просто не прогреваются за день, там меньше и парниковых газов, тепло из них уходит в стратосферу. Часть тепловой энергии тратится в виде теплового излучения.

По-разному нагревается воздух над сушей и водой, так как суша быстрее нагревается и быстрее остывает. Над океанами всегда теплее. Но температура воздуха зависит и от состояния самой атмосферы. Облачное небо теплее ясного.

Радиационный баланс Земли и температура воздуха

От экватора до сороковых широт (субтропиков) радиационный баланс положителен круглый год. Выше он положителен только летом, а зимой – отрицателен.

Зональность температуры воздуха можно наблюдать на климатических картах мира. Они показаны при помощи изотерм (годовых или максимальных – летних и минимальных – зимних). Изотермы зимних месяцев обозначаются синим цветом, летних – красным.

Проанализировав по карте закономерности изменения температур при помощи годовых изотерм, можно сделать следующие выводы:

Практическая часть

Наиболее точно температура воздуха измеряется на метеорологических станциях. Термометр там помещают в метеорологическую будку, пряча его от прямых солнечных лучей, и фиксируют температуру каждые 3 часа. После сбора данных составляют графики и высчитывают средние значения, обозначают максимумы и минимумы, узнают амплитуды и делают прогнозы.

Термометр изобрёл Галилео Галилей приблизительно в 1597 году. Он был без шкалы и показывал только степень нагрева. Сегодня существуют разные термометры:

Средние показатели температур

Чтобы узнать закономерности изменения температур и сравнивать их за определённые промежутки времени (например, за годы, века), используют показатели средних температур:

Чтобы узнать среднюю суточную температуру, в течение суток несколько раз через равные промежутки времени измеряют её при помощи термометра. Затем все показатели складывают и делят на количество измерений.

Пример 1

Определить среднесуточную температуру воздуха, зная следующие показатели.

Ответ: среднесуточная температура равна 11,6°С.

Пример 2

Если в течение суток наблюдались как положительные, так и отрицательные температуры, нужно сложить их отдельно и из большего числа вычесть меньшее. Полученное число (сумму температур) разделить на число измерений, сохраняя знак делимого.

Чтобы рассчитать среднемесячную температуру, складывают среднесуточные температуры этого месяца и делят на число дней месяца. Чтобы рассчитать среднегодовую температуру, складывают среднемесячные и делят на 12 (число месяцев в году). Также можно рассчитывать средневековую температуру.

Анализ графиков изменения температур

По значениям средних температур составляют графики годового, месячного, многолетнего изменения температур. Проанализируем график и научимся с ним работать.

График суточного хода температур

График температур строят на обычной координатной оси. По оси Х отмечают температуру воздуха, по оси У – время (часы, месяцы или годы). Точки с отрицательными показателями соединяют синим цветом, с положительными – красным.

1) Чему равна максимальная температура воздуха в течение суток?

Ищем самую высокую положительную температуру на графике. Это можно заметить по выдающейся верхушке. Проводим перпендикулярную линию карандашом или просто глазами от найденной точки на ось Х. На этом графике самая высокая температура воздуха в течение суток равна +8°С.

Как провести перпендикулярную линию к оси Х

2) Когда она отмечалась?

Теперь от точки на графике проводим перпендикулярную линию к оси У. Самая высокая температура наблюдалась в 15 ч.

Перпендикулярная линия к оси У

3) Чему равна минимальная суточная температура?

На графике нужно найти точку, которая максимально опущена вниз. От неё провести перпендикулярную линию к оси Х, ведь там отмечена температура воздуха. Она равна +2°С.

Как определить минимальную суточную температуру по графику?

4) Чему равна амплитуда температур?

Находим разницу между максимальной и минимальной суточными температурами: 8-2=6°С.

Амплитуда температур

Задача 1

Максимальная температура в течение суток составляла +20°С, минимальная +8°С. Какова суточная амплитуда температур?

Найдём разницу между самой высокой и самой низкой температурой: 20 – 8=12

Ответ: суточная амплитуда температур равна 12°С

Задача 2

Амплитуда равна 26°С

Задание 3

Если известно, что годовая амплитуда температур одной территории составляет 20°С, а другой 46°С, какая из территорий находится дальше от моря? (Чем дальше от океана находится точка земной поверхности, тем больше амплитуда температур).

По времени наступления максимальных и минимальных среднемесячных температур воздуха в течение года различают четыре основных типа годового хода температур.

Самые высокие температуры воздуха на Земле наблюдаются в тропических пустынях. На севере Африки близ Триполи зарегистрирована рекордная температура +58,1°С. Самые низкие температуры приземного слоя воздуха (-89,2°С) отмечены в 1982 г. в Антарктиде на внутриконтинентальной станции «Восток», расположенной на высоте 3488 м над уровнем моря. В Северном полушарии самая низкая температура известна в Восточной Сибири в посёлке Оймякон (-71°С), расположенном в котловине среди гор, в верховьях реки Индигирки.

Как рассчитать температуру воздуха за бортом самолёта?

Зная закономерность: при подъёме вверх в тропосфере температура воздуха снижается на каждый километр на 6°С (на 0,6 °С на каждые 100 м), можно делать расчеты. Чтобы узнать температуру за бортом самолёта или на вершине горы, нужно знать, какая температура в это время у поверхности Земли, и высоту нужной точки (полёта лайнера или вершины горы). А если знать температуру на вершине и её высоту, можно высчитать температуру у поверхности и т.д.

Следующее задание типично для ОГЭ по географии.

Вам будет интересно

Река рождается при таянии ледника, из озера или родника. Текущая вода активно меняет пейзаж, вызывает…

Численность населения мира продолжает увеличиваться. В этом можно убедиться, проанализировав график динамики количества людей в…

Атмосфера (от греч. ἀτμός – пар и σφαῖρα – шар) – это газовая оболочка крупного…

Источник