Как происходит нагревание атмосферы. Нагревание атмосферного воздуха
Основным источником тепла, нагревающим земную поверхность и атмосферу, служит солнце. Другие источники – луна, звезды, разогретые недра Земли – поставляют столь малое количество тепла, что ими можно пренебречь.
Солнце излучает в мировое пространство колоссальную энергию в виде тепловых, световых, ультрафиолетовых и других лучей. Вся совокупность лучистой энергии Солнца называется солнечной радиацией. Земля получает ничтожную долю этой энергии – одну двухмиллиардную часть, которой, однако, достаточно не только для поддержания жизни, но и для осуществления экзогенных процессов в литосфере, физико-химических явлений в гидросфере и атмосфере.
Различают радиацию прямую, рассеянную и суммарную.
При ясной, безоблачной погоде поверхность Земли нагревается в основном прямой радиацией, которую мы ощущаем как теплые или горячие солнечные лучи.
Проходя через атмосферу, солнечные лучи отражаются от молекул воздуха, капелек воды, пылинок, отклоняются от прямолинейного пути и рассеиваются. Чем пасмурнее погода, тем плотнее облачность и тем большее количество радиации рассеивается в атмосфере. При сильной запыленности воздуха, например во время пыльных бурь или в промышленных центрах, рассеивание ослабляет радиацию на 40–45 %.
Значение рассеянной радиации в жизни Земли очень велико. Благодаря ей освещаются предметы, находящиеся в тени. Она же обусловливает цвет неба.
Интенсивность радиации зависит от угла падения солнечных лучей на земную поверхность. Когда солнце находится высоко над горизонтом, его лучи преодолевают атмосферу более коротким путем, следовательно, меньше рассеиваются и сильнее нагревают поверхность Земли. По этой причине в солнечную погоду утром и вечером всегда прохладнее, чем в полдень.
На распределение радиации на поверхности Земли огромное влияние оказывают ее шарообразность и наклон земной оси к плоскости орбиты. В экваториальных и тропических широтах солнце в течение всего года находится высоко над горизонтом, в средних широтах его высота меняется в зависимости от времени года, а в Арктике и Антарктике высоко над горизонтом оно не поднимается никогда. В результате в тропических широтах солнечные лучи рассеиваются меньше, а на единицу площади земной поверхности приходится их большее количество, чем в средних или высоких широтах. По этой причине количество радиации зависит от широты места: чем дальше от экватора, тем меньше ее поступает на земную поверхность.
Поступление лучистой энергии связано с годичным и суточным движением Земли. Так, в средних и высоких широтах ее количество зависит от времени года. На Северном полюсе, например, летом солнце не заходит за горизонт 186 дней, т. е. 6 месяцев, и количество поступающей радиации даже больше, чем на экваторе. Однако солнечные лучи имеют малый угол падения, и большая часть радиации рассеивается в атмосфере. В результате поверхность Земли нагревается незначительно.
Зимой солнце в Арктике находится за горизонтом, и прямая радиация на поверхность Земли не поступает.
На количество поступающей солнечной радиации влияет и рельеф земной поверхности. На склонах гор, холмов, оврагов и т. д., обращенных к солнцу, угол падения солнечных лучей увеличивается, и они сильнее нагреваются.
Совокупность всех этих факторов приводит к тому, что на земной поверхности нет места, где интенсивность радиации была бы постоянной.
Неодинаково происходит и нагревание суши и воды. Поверхность суши нагревается и охлаждается быстро. Вода же нагревается медленно, но зато дольше удерживает тепло. Объясняется это тем, что теплоемкость воды больше теплоемкости горных пород, слагающих сушу.
На суше солнечные лучи нагревают только поверхностный слой, а в прозрачной воде тепло проникает на значительную глубину, в результате чего нагревание происходит медленнее. На его скорость влияет и испарение, так как на него нужно много тепла. Вода остывает медленно, в основном потому, что объем прогреваемой воды во много раз больше объема нагревающейся суши; к тому же при ее охлаждении верхние, остывшие слои воды опускаются на дно, как более плотные и тяжелые, а на смену им из глубины водоема поднимается теплая вода.
Накопленное тепло вода расходует более равномерно. В результате море в среднем теплее суши, а колебания температуры воды никогда не бывают такими резкими, как колебания температуры суши.
Температура воздуха
Солнечные лучи, проходя через прозрачные тела, нагревают их очень слабо. По этой причине прямые солнечные лучи почти не нагревают воздух атмосферы, а нагревают поверхность Земли, от которой прилегающим слоям воздуха передается тепло. Нагреваясь, воздух становится более легким и поднимается вверх, где перемешивается с более холодным, в свою очередь нагревая его.
По мере поднятия вверх воздух охлаждается. На высоте 10 км температура постоянно держится на отметке 40–45 °C.
Понижение температуры воздуха с высотой – это общая закономерность. Однако нередко наблюдается и повышение температуры по мере поднятия вверх. Такое явление называют температурной инверсией, т. е. перестановкой температур.
Возникают инверсии либо при быстром охлаждении земной поверхности и прилегающего воздуха, либо, наоборот, при стекании тяжелого холодного воздуха по склонам гор в долины. Там этот воздух застаивается и вытесняет более теплый вверх по склонам.
В течение суток температура воздуха не остается постоянной, а непрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающий слой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаждение воздуха. Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когда земная поверхность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температуры воздуха устанавливаются не в полдень, а около 15 ч.
На экваторе суточный ход температур однообразен, днем и ночью они почти одинаковы. Очень незначительны суточные амплитуды на морях и у морских побережий. А вот в пустынях днем поверхность земли часто нагревается до 50–60 °C, а ночью нередко охлаждается до 0 °C. Таким образом, суточные амплитуды превышают здесь 50–60 °C.
В умеренных широтах наибольшее количество солнечной радиации поступает на Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабря в Южном. Однако самым жарким месяцем является не июнь (декабрь), а июль (январь), так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагревание земной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшается, но эта убыль компенсируется сильно нагретой земной поверхностью.
Аналогично этому самый холодный месяц не июнь (декабрь), а июль (январь).
На море, в связи с тем что вода более медленно охлаждается и нагревается, смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный – февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий – февраль и самый холодный – август в Южном.
Годовая амплитуда температур в значительной степени зависит от широты места. Так, на экваторе амплитуда в течение года остается почти постоянной и составляет 22–23 °C. Самые высокие годовые амплитуды характерны для территорий, расположенных в средних широтах в глубине континентов.
Любая местность характеризуется также абсолютными и средними температурами. Абсолютные температуры устанавливают путем многолетних наблюдений на метеостанциях. Так, самое жаркое (+58 °C) место на Земле находится в Ливийской пустыне; самое холодное (-89,2 °C) – в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая (-70,2 °C) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.
Средние температуры определяют как среднеарифметическое нескольких показателей термометра. Так, чтобы определить среднесуточную температуру, производят измерения в 1; 7; 13 и 19 ч, т. е. 4 раза в сутки. Из полученных цифр находят среднеарифметическую величину, которая и будет среднесуточной температурой данной местности. Затем находят среднемесячные и среднегодовые температуры как среднеарифметическое среднесуточных и среднемесячных.
На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температур и провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательны изотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяца в году. По изотермам можно определить, как распределяется тепло на Земле. При этом прослеживаются отчетливо выраженные закономерности.
1. Самые высокие температуры наблюдаются не на экваторе, а в тропических и субтропических пустынях, где преобладает прямая радиация.
2. В обоих полушариях температуры понижаются от тропических широт к полюсам.
3. В связи с преобладанием моря над сушей ход изотерм в Южном полушарии более плавный, а амплитуды температур между самым жарким и самым холодным месяцем меньше, чем в Северном.
Расположение изотерм позволяет выделить 7 тепловых поясов:
1 жаркий, расположенный между годовыми изотермами 20 °C в Северном и Южном полушариях;
2 умеренных, заключенных между изотермами 20 и 10 °C самых теплых месяцев, т. е. июня и января;
2 холодных, расположенных между изотермами 10 и 0 °C также самых теплых месяцев;
2 области вечного мороза, в которых температура самого теплого месяца ниже 0 °C.
Границы поясов освещенности, проходящие по тропикам и полярным кругам, не совпадают с границами тепловых поясов.
Недавно я попробовала себя в качестве учителя.) Мы с моим десятилетним племянником учили уроки. К моей большой радости на повестке дня была география, что позволило мне немножечко блеснуть знаниями, приобретенными в школе. Домашнее задание требовало подробно описать способ нагревания атмосферного воздуха.
Принцип прогрева воздушной оболочки Земли
Кто-нибудь брал с собой на пляж воду в пластиковой бутылке? Так вот, если бутылка бесцветная и прозрачная, то вода будет нагреваться медленно, а если бутылка темная - жидкость нагреется быстро. Материал бутылки выступает аналогом радиатора в помещении.
Атмосферный воздух прозрачен и не может нагреваться сам по себе. Для прогрева газам необходим какой-нибудь источник тепла и таким источником становится земля. Непрозрачная подстилающая поверхность принимает солнечную энергию, которая трансформируется в тепловую и передается воздуху.
Таким образом, газы в атмосфере нагреваются снизу вверх, поэтому максимальная температура в тропосфере наблюдается на уровне моря и снижается на 0,6 °C каждые 100 метров при подъеме вверх.
Как перегревается воздух в атмосфере
Глобальное потепление - это словосочетание в последнее десятилетие у всех на слуху, хотя о его причинах знают далеко не многие.
По мнению ученых, к повышению температуры на поверхности земного шара приводят следующие компоненты атмосферы:
- водяной пар;
- углекислота;
- азот;
- метан.
Постоянный рост количества этих газов в составе атмосферы приводит к появлению парникового эффекта.
Тепличный эффект заключается в том, что парниковые газы хорошо пропускают солнечную энергию на землю, но в то самое время - задерживают тепло, исходящее от земной поверхности в верхние слои атмосферы.
Парниковый эффект является главной причиной глобального потепления, а рост парниковых газов в составе атмосферы - результат антропогенной (человеческой) деятельности.
Глобальное потепление приводит к росту площадей пустынных территорий и сокращению запасов пресной воды за счет таяния ледников, в которых сосредоточено 90% питьевой воды на Земле.
Воздух прозрачен, и поэтому солнечные лучи свободно проходят сквозь него, практически его не нагревая. Они нагревают земную поверхность, От неё уже нагревается и воздух, находящийся близко к ней (тропосфера) Рассмотрим главную причину различия температур на Земле.
Дни недели Температура воздуха Атмосферное давление Облачность/ осадки Понедельник -7 о 755 мм.рт.ст.ясно Вторник -8 о 753 мм.рт.ст.ясно Среда -7 о 754 мм.рт.ст.ясно Четверг -7 о 752 мм.рт.ст.ясно Пятница -3 о 744 мм.рт.ст.Переменная облачность Суббота -1 о 740 мм.рт.ст.снег Воскресенье 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.снег Понедельник +1 о 738 мм.рт.ст.облачно Вторник +1 о 738 мм.рт.ст.снег Среда 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.облачно Температура воздуха Дни недели -8 о -7 о -6 о -5 о -4 о -3 о -2 о -1 о 0 о 0 о -9 о +1 о +2 о Понедельник Вторник Среда ЧетвергПятница ВоскресеньеСуббота Понедельник Вторник Среда
Дни недели Температура воздуха Атмосферное давление Облачность/ осадки Понедельник -7 о 755 мм.рт.ст.ясно Вторник -8 о 753 мм.рт.ст.ясно Среда -7 о 754 мм.рт.ст.ясно Четверг -7 о 752 мм.рт.ст.ясно Пятница -3 о 744 мм.рт.ст.Переменная облачность Суббота -1 о 740 мм.рт.ст.снег Воскресенье 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.снег Понедельник +1 о 738 мм.рт.ст.облачно Вторник +1 о 738 мм.рт.ст.снег Среда 0 о 0 о 739 мм.рт.ст.облачно Понедельник Вторник Среда ЧетвергПятница ВоскресеньеСуббота Понедельник Вторник Среда Температура воздуха Дни недели -8 о -7 о -6 о -5 о -4 о -3 о -2 о -1 о 0 о 0 о -9 о +1 о +2 о Атмосферное д а в л е н и е мм. рт. ст. снег Суббота Воскресенье Вторник облачно Понедельник Среда Переменная облачность Пятница
Температура воздуха Дни недели -8 о -7 о -6 о -5 о -4 о -3 о -2 о -1 о 0 о 0 о -9 о +1 о +2 о Атмосферное д а в л е н и е мм. рт. ст. Понедельник Вторник Среда ЧетвергПятница ВоскресеньеСуббота Понедельник Вторник Среда Атмосферное давление высокое, ясно и холодно. Атмосферное давление пониженное, стало теплее, пасмурно и временами идет снег. Погода резко меняется
Нагревание атмосферы (температура воздуха).
Атмосфера получает больше тепла от подстилающей земной поверхности, чем непосредственно от Солнца. Тепло передается атмосфере посредством молекулярной теплопроводности ,конвекции , выделения удельной теплоты парообразования при конденсации водяного пара в атмосфере. Поэтому температура в тропосфере с высотой обычно понижается. Но если поверхность отдает воздуху больше тепла, чем за то же время получает, она охлаждается, от нее охлаждается и воздух над ней. В этом случае температура воздуха с высотой, наоборот, повышается. Такое положение называется температурной инверсией . Ее можно наблюдать летом в ночное время, зимой - над снежной поверхностью. Температурная инверсия обычна в полярных областях. Причиной инверсии, кроме охлаждения поверхности, может быть вытеснение теплого воздуха подтекающим под него холодным или стекание холодного воздуха на дно межгорных котловин.
В спокойной тропосфере температура с высотой в среднем понижается на 0,6° на каждые 100 м. При поднятии сухого воздуха этот показатель увеличивается и может достигать 1° на 100 м., а при поднятии влажного – уменьшается. Это объясняется тем, что поднимающийся воздух расширяется и на это затрачивается энергия (тепло), а при поднятии влажного воздуха происходит конденсация водяного пара, сопровождающаяся выделением тепла.
Понижение температуры поднимающегося воздуха - главная причина образования облаков . Опускающийся воздух, попадая под большое давление, сжимается, и температура его повышается.
Температура воздуха периодически изменяется в течение суток и в течение года.
В суточном ее ходе наблюдается один максимум (после полудня) и один минимум (перед восходом солнца). От экватора к полюсам суточные амплитуды колебания температуры убывают. Но при этом над сушей они всегда больше, чем над океаном.
В годовом ходе температуры воздуха на экваторе - два максимума (после равноденствий) и два минимума (после солнцестояний). В тропических, умеренных и полярных широтах - по одному максимуму и по одному минимуму. Амплитуды годовых колебаний температуры воздуха с увеличением широты возрастают. На экваторе они меньше суточных: 1-2°С над океаном и до 5°С - над сушей. В тропических широтах - над океаном - 5°С, над сушей - до 15°С. В умеренных широтах от 10-15°С над океаном до 60°С и более над сушей. В полярных широтах преобладает отрицательная температура, ее годовые колебания достигают 30-40°С.
Правильный суточный и годовой ход температуры воздуха, обусловленный изменениями высоты Солнца над горизонтом и продолжительностью дня, осложняется непериодическими изменениями, вызываемыми перемещениями масс воздуха, имеющих разную температуру. Общая закономерность распределения температуры в нижнем слое тропосферы -ее понижение в направлении от экватора к полюсам.
Если бы средняя годовая температура воздуха зависела только от широты, ее распределение в Северном и Южном полушариях было бы одинаковым. В действительности же на ее распределение существенно влияют различия в характере подстилающей поверхности и перенос тепла из низких широт в высокие.
Вследствие переноса тепла на экваторе температура воздуха ниже, а на полюсах выше, чем была бы без этого процесса. Южное полушарие холоднее Северного главным образом из-за покрытой льдом и снегом суши у Южного полюса. Средняя температура воздуха в нижнем двухметровом слое для всей Земли +14°С, что соответствует средней годовой температуре воздуха на 40° с.ш.
ЗАВИСИМОСТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА ОТ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ШИРОТЫ
Распределение температуры воздуха у земной поверхности показывают посредством изотерм - линий, соединяющих места с одинаковой температурой. Изотермы не совпадают с параллелями. Они изгибаются, переходя с материка на океан и наоборот.
Давление атмосферы
Воздух имеет массу и вес, поэтому оказывает давление на соприкасающуюся с ним поверхность. Давление, оказываемое воздухом на земную поверхность и все, находящиеся на ней предметы, называется атмосферным давлением . Оно равно весу вышележащего столба воздуха и зависят от температуры воздуха: чем выше температура, тем ниже давление.
Давление атмосферы на подстилающую поверхность составляет в среднем 1,033 г на 1 см 2 (больше 10 т на м 2 ). Измеряется давление в миллиметрах ртутного столба, миллибарах (1 мб = 0,75 мм рт. ст.) и в гектопаскалях (1 гПа = 1 мб). С высотой давление понижается: В нижнем слое тропосферы до высоты 1 км оно понижается на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м. Чем выше, тем давление понижается медленнее. Нормальное давление на уровне океана – 760 мм. Рт. ст.
Общее распределение давления да поверхности Земли имеет зональный характер:
Время года |
Над материком |
Над океаном |
|
На экваториальных широтах |
|||
На тропических широтах |
|||
Низкое |
Высокое |
||
На умеренных широтах |
Высокое |
Низкое |
|
Низкое |
|||
На полярных широтах |
|||
Таким образом, и зимой и летом, и над материками и над океаном чередуются зоны высокого и низкого давления. Распределение давления хорошо видно на картах изобар января и июля. Изобары - линии, соединяющие места с одинаковым давлением. Чем ближе они располагаются друг к другу, тем быстрее изменяется давление с расстоянием. Величина изменения давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .
Изменение давления объясняется перемещением воздуха. Оно повышается там, где воздуха становится больше, и понижается там, откуда воздух уходит. Главная причина перемещения воздуха - его нагревание и охлаждение от подстилающей поверхности . Нагреваясь от поверхности, воздух расширяется и устремляется вверх. Достигнув высоты, на которой его плотность оказывается больше плотности окружающего воздуха, он растекается в стороны. Поэтому давление на теплую поверхность понижается (экваториальные широты, материковая часть тропических широт летом). Но одновременно на соседние участки оно увеличивается, хотя температура там не изменялась (тропические широты зимой).
Над холодной поверхностью воздух охлаждается и уплотняется, прижимаясь к поверхности (полярные широты, материковая часть умеренных широт зимой). Наверху его плотность уменьшается, и сюда приходит воздух со стороны. Количество его над холодной поверхностью увеличивается, давление на нее возрастает. Одновременно там, откуда воздух ушел, давление уменьшается без изменения температуры. Нагревание и охлаждение воздуха от поверхности сопровождается его перераспределением и изменением давления.
В экваториальных широтах давление всегда пониженное . Это объясняется тем, что нагревающийся от поверхности воздух поднимается и уходит в сторону тропических широт, создавая там повышенное давление.
Над холодной поверхностью в Арктике и Антарктиде давление повышенное . Его создает воздух, приходящий из умеренных широт на место уплотнившегося холодного воздуха. Отток воздуха в полярные широты - причина понижения давления в умеренных широтах.
В результате формируются пояса пониженного (экваториальный и умеренные) и повышенного давления (тропические и полярные). В зависимости от сезона они несколько смещаются в сторону летнего полушария («вслед за Солнцем»).
Полярные области высокого давления зимой расширяются, летом сокращаются, но существуют весь год. Пояса пониженного давления весь год сохраняются близ экватора и в умеренных широтах Южного полушария.
Зимой в умеренных широтах Северного полушария давление над материками сильно повышается и пояс низкого давления «разрывается». Замкнутые области пониженного давления сохраняются только над океанами - Исландский и Алеутский минимумы . Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы :Азиатский (Сибирский ) и Северо-Американский . Летом в умеренных широтах Северного полушария, пояс пониженного давления восстанавливается.
Огромная область пониженного давления с центром в тропических широтах формируется летом над Азией - Азиатский минимум . В тропических широтах материки всегда нагреты несколько сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Поэтому над океанами существуют субтропические максимумы :Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.
Таким образом, из-за разного нагрева и остывания материковой и водной поверхности (материковая поверхность быстрее нагревается и быстрее остывает), наличия теплых и холодных течений и других причин на Земле кроме поясов атмосферного давления могут возникать замкнутые области пониженного и повышенного давления.
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, 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.