какие факторы влияют на температуру воздуха
Основные параметры, влияющие на погоду и климат. Справка
Изменения климата – длительные (свыше 10 лет) направленные или ритмические изменения климатических условий на Земле в целом или в ее крупных регионах. Изменения климата прямо или косвенно обусловлены деятельностью человека, вызывающей изменения в составе глобальной атмосферы.
Неблагоприятные последствия изменения климата предполагают изменения в физической среде или биоте, вызываемые изменением климата, которые оказывают значительное негативное влияние на состав, восстановительную способность или продуктивность естественных и регулируемых экосистем или на функционирование социально-экономических систем, или на здоровье и благополучие человека.
Климатические изменения можно с некоторой долей условности разделить на долгопериодные, короткопериодные и быстрые, происходящие за весьма короткий срок по сравнению с характерным временем изменений в социально-экономической сфере. У каждого из них свои причины, относительно которых имеется ряд гипотез.
Некоторые из имеющихся гипотез опираются на возможное влияние на климатическую систему внеземных факторов: изменение активности Солнца, особенности орбитального движения Земли, падение метеоритов, изменение положения магнитных полюсов Земли. Другие пытаются объяснить неустойчивость климатической системы действием внутренних причин, таких как: рост вулканической активности, изменение концентрации углекислого газа в атмосфере, сдвиги в системе океанических течений, собственные колебания циркуляции атмосферы.
Солнце – это главная сила управляющая климатической системой и даже самые незначительные изменения в количестве солнечной энергии могут иметь серьезные последствия для климата земли. Многие годы ученые верили, что солнечная активность остается величиной постоянной. Однако наблюдения со спутников поставили под сомнение истинность этой гипотезы.
Солнечная активность увеличивается и уменьшается каждые одиннадцать лет (или, как полагают некоторые специалисты, каждые двадцать два года) солнечного цикла. Возможно существование и других важных солнечных циклов. Для того, чтобы оценить их влияние, необходимо проводить постоянные измерения солнечной активности и изучить следы взаимодействия между солнечной активностью и климатом за последние столетия и тысячелетия.
Астрономические факторы: В середине XX века ученые выяснили, что на протяжении миллионов лет самое сильное влияние на климат Земли оказывали периодические изменения ее орбиты. За последние 3 миллиона лет регулярные колебания количества солнечного света, падающего на поверхность планеты, вызвали серию ледниковых периодов, перемежавшихся короткими теплыми межледниковыми интервалами.
Одной из наиболее известных и общепринятых теорий периодического обледенения Земли является астрономическая модель, предложенная в 1920 году Сербским геофизиком Милутином Миланковичем. В соответствии с гипотезой Миланковича полушария Земли в результате изменения ее движения могут получать меньшее или большее количество солнечной радиации, что отражается на глобальной температуре.
За миллионы лет сменилось множество климатических циклов. В конце последнего ледникового периода ледяной покров, в течение 100 тысяч лет сковывавший север Европы и Северной Америки, начал уменьшаться и 6 тысяч лет назад исчез. Многие ученые считают, что развитие цивилизации приходится в основном на теплый промежуток между ледниковыми периодами.
Состав атмосферы: Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию, так и собственное излучение земной поверхности. Нагретая атмосфера излучает сама. Так же как и земная поверхность, она излучает инфракрасную радиацию в диапазоне невидимых глазу длинных волн. Значительная часть (около 70%) излучения атмосферы приходит к земной поверхности, которая практически полностью ее поглощает (95-99%). Это излучение называется «встречным излучением», так как оно направлено навстречу собственному излучению земной поверхности. Основной субстанцией в атмосфере, поглощающей земное излучение и посылающей встречное, является водяной пар.
Помимо водяного пара в состав атмосферы входят углекислый газ (СО2) и другие газы, которые поглощают энергию в диапазоне волн 7-15 мкм, т.е. там, где энергия земного излучения близка к максимуму. Сравнительно небольшие изменения концентрации СО2 в атмосфере могут оказать воздействие на температуру земной поверхности. По аналогии с процессами, происходящими в оранжереях, когда проникающая сквозь защитную пленку радиация нагревает землю, излучение которой пленкой задерживается, обеспечивая дополнительный нагрев, этот процесс взаимодействия земной поверхности с атмосферой носит название «парникового эффекта».
Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем она есть сейчас.
Влияние внешних факторов на глобальную температуру воздуха изучается на основе моделирования. Большинство работ в этом направлении свидетельствуют о том, что в последние 50 лет предполагаемые темпы и масштабы потепления, обусловленные увеличением выбросов парниковых газов, вполне сопоставимы с темпами и масштабами наблюдаемого потепления или превышают их.
Изменения концентрации в атмосфере парниковых газов и аэрозолей, изменения солнечной радиации и свойств земной поверхности меняют энергетический баланс климатической системы. Эти изменения выражаются термином «радиационное воздействие», которое используется для сравнения того, как в силу целого ряда человеческих и естественных факторов на глобальный климат оказывается нагревающее или охлаждающее влияние.
Другой очевидной причиной, вызывающей климатические изменения, является извержение вулканов. Эта возможность обсуждалась еще в XVII веке Бенджаменом Франклином. Идея заключалась в том, что образующиеся в процессе извержения вулкана облака мелких частиц (аэрозоли) могут заметно ослаблять поток приходящей к земной поверхности коротковолновой радиации, почти не изменяя длинноволнового излучения, уходящего в мировое пространство. Дальнейшие исследования показали, что основное влияние на радиацию и термический режим Земли оказывает слой сернокислотного аэрозоля, формирующийся в стратосфере из выброшенных вулканом серосодержащих газов. Наибольший интерес вызывает влияние извержений вулканов на температуру воздуха. Из общих соображений эксперты ожидают понижения температуры в течение некоторого времени.
Океаны также играют важную роль в глобальной климатической системе. Атмосфера имеет общую границу с океаном более чем на 72% поверхности Земли и реагирует на все изменения, происходящие в океане. Надо учесть также, что в любой момент времени количество тепла, запасенного в вертикальном столбе атмосферы высотой от поверхности Земли до границ космического пространства, приблизительно такое же, как содержащееся в столбе воды океана высотой 3 м, считая от поверхности. Поэтому именно океан является главным аккумулятором и хранителем энергии поступающей на Землю солнечной радиации, которая впоследствии высвобождается в атмосферу.
Обладая огромной теплоемкостью, океаны оказывают стабилизирующее влияние на атмосферу, делая ее более устойчивой. В то же время и основные параметры океанов испытывают долгопериодные и короткопериодные изменения, и некоторые из них по своим временным характеристикам сравнимы с изменениями, происходящими в атмосфере.
Существующие в настоящее время климатические условия во многом обусловлены воздействием океана. Запас тепла в океане размещен неравномерно и постоянно перемещается океаническими течениями.
Помимо постоянного переноса тепла поверхностными течениями, в океане происходит регулярное перемешивание вод по глубине, известное как «термогалинная циркуляция», зависящее как от температуры воды, так и от содержания в ней солей, или солености соленая вода замерзает при более низкой температуре.
Согласно исследованию датских ученых, магнитное поле Земли также в значительной степени влияет на климат, а это может привести к пересмотру устоявшегося мнения о том, что основную ответственность за глобальное потепление несут парниковые газы.
Согласно оценочному докладу МГЭИК 2007 года, с вероятностью в 90% наблюдаемые изменения климата связаны с деятельностью человека. Подобная гипотеза была выдвинута еще в 1992 году в Рамочной конвенции ООН об изменении климата.
Антропогенное происхождение современных климатических изменений, в частности, подтверждают палеоклиматические исследования, основанные на анализе содержания парниковых газов в пузырьках воздуха, вмерзших в лед. Они показывают, что такой концентрации СО2 как сейчас не было за последние 650 тысяч лет. Причем по сравнению с доиндустриальной эпохой (1750) концентрация углекислого газа в атмосфере выросла на треть. Современные глобальные концентрации метана и закиси азота также существенно превысили доиндустриальные значения.
Рост концентрации этих трех основных парниковых газов с середины 18 века, по мнению ученых, с очень высокой степенью вероятности связан с хозяйственной деятельностью человека, в первую очередь – сжиганием углеродного ископаемого топлива (нефти, газа, угля и др.), промышленными процессами, а также сведением лесов – естественных поглотителей CO2 из атмосферы.
Глобальное изменение климата предполагает перестройку всех геосистем. Данные наблюдений свидетельствуют о повышении уровня Мирового океана, таянии ледников и вечной мерзлоты, усилении неравномерности выпадения осадков, изменении режима стока рек и других глобальных изменениях, связанных с неустойчивостью климата.
Последствия климатических изменений проявляются уже сейчас, в том числе в виде увеличения частоты и интенсивности опасных погодных явлений, распространении инфекционных заболеваний. Они наносят значительный экономический ущерб, угрожают стабильному существованию экосистем, а также здоровью и жизни людей. Выводы ученых говорят о том, что продолжающиеся климатические изменения могут в будущем привести к еще более опасным последствиям, если человечество не предпримет соответствующих предупредительных мер.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников
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.
Температура воздуха окружающей среды
Температурой воздуха называется одно из его свойств, выраженное в количестве делений соответствующей шкалы. В основе этого свойства лежит скорость движений молекул атмосферного воздуха. Чем выше скорость, тем выше температура.
Для измерения этого параметра используются различные шкалы, который существует порядка 12 типов. Но наиболее распространены три шкалы:
Кроме этих шкал существуют и другие, к примеру градусы Рёмера, Ранкина, Делиля или Гука. Однако эти шкалы устарели или имеют специальное назначение, поэтому широкого применения не получили.
Как температура воздуха влияет на погоду
Погода формируется под воздействием множества факторов. Температура воздуха сказывается на высотном изменении давления. То есть, в тёплом воздухе высотные изменения давления менее выраженные, оно падает медленнее. Таким образом, области тёплого воздуха это области с высоким атмосферным давлением и наоборот – холодные области отличаются низким атмосферным давлением.
Исходя из вышеуказанного, температура воздуха косвенно влияет на образование ветра, ведь ветром называется движение воздушных масс между областями с различным давлением. Кроме того, от температуры воздуха зависят и некоторые осадки. При низких температурах дождь выпадает в виде снега.
Температура воздуха окружающей среды, вместе с частотой и количеством атмосферных осадков, выступает в роли одного из факторов, влияющих на относительную влажность воздуха. Чем выше температура, тем больше влажность воздуха. А наличие постоянных и обильных осадков ещё больше увеличивает содержание влаги в воздухе при высоких температурах. Примером подобного явления служат тропические климатические зоны.
Какую температуру воздуха принято считать комфортной
Комфортная температура воздуха для человека, одетого в лёгкую одежду составляет порядка 20 – 22 °С. Такое положение вещей объясняется особенностями теплообмена человеческого организма и окружающей среды. Организм в состоянии покоя теряет тепловую энергию тремя способами:
Температура окружающего воздуха больше всего влияет на темп конвекции. Так, чем ниже температура воздух, тем дольше нагревается воздух вокруг тела и тем быстрее нагретый воздух заменяется холодным и наоборот. Именно благодаря замедлению конвекции одежда сохранять тепло.
Погодные факторы, которые вызывают колебания температуры воздуха
Температура воздуха окружающей среды имеет свойство меняться в зависимости от воздействия различных атмосферных факторов. Здесь важно понимать, что нагревание атмосферного воздуха происходит за счёт тепла, выделяемого поверхностью земли.
Таким образом, наибольшее влияние на температуру воздуха оказывает облачность. Плотный слой облаков препятствует нагреву почвы, следовательно, и нагреву воздуха. В ясные дни солнце сильнее прогревает поверхность земли, а та, в свою очередь, прогревает воздух.