Амплитуда температур что это
Амплитуда температур воздуха: что это такое, какая система измерения
Содержание:
Температурный режим указывает, насколько прогрелся атмосферный воздух. Солнечные лучи попадают на поверхность земли, она прогревается, наполняя теплом воздушные массы, находящиеся в максимальной близости к Земле. Нагревание в различных регионах планеты неравномерное. Его степень зависит от широты, где расположен район, климатических особенностей и других факторов. Большое значение имеет угол падения лучей солнца на Землю.
Что значит амплитуда температур
Амплитуда температур — это разница между самым высоким и наиболее низким показателем температуры воздуха, которые были зафиксированы в определенной местности за исследуемый период времени. Для Российской Федерации наибольшие колебания столбика термометра характерны в весенний и летний период, причем при условии ясной погоды.
Ученые доказали, что основное влияние на изменение погодных условий оказывает угол попадания солнца на земную поверхность. Для хорошего и интенсивного прогрева необходимо отвесное падение солнечного света. Амплитуда температуры зависит не только от воздействия солнца. Регион, откуда воздушный поток приходит на определенную территорию, также сказывается на температурном режиме.
Если воздушные массы направляются со стороны Антарктиды, Арктики, температура воздуха в районе снизится на несколько градусов. Нельзя исключать влияние подстилающей поверхности, особенностей рельефа, степени отдаленности от океанов и морей, сезонности. При подъемах на горы с каждым километром воздух становится холоднее на один градус. Для измерения температурного режима используется термометр.
Суточная годовая амплитуда воздуха различна на разных континентах. Как показывают исследования, более низкая амплитуда отмечается ниже над океаническими водами и выше – над континентами. Чем больше расстояние от океанов до страны, тем выше амплитуда колебания температуры. Самая большая амплитуда была замечена в тропическом лесу и тропической пустыне. Суточный показатель превысил сорок градусов Цельсия.
Системы измерения температуры воздуха
Что такое амплитуда температур?
Стыдно признаться, но к данному вопросу я вначале подошел «спустя рукава». Почему-то подумал, что понятие амплитуды температур примерно то же, что и понятие амплитуды в геометрии. Оказалось, что это не так.
Амплитуда температур и ее отличия
Само слово происходит от латинского amplitudo — обширность, величие, значительность. В разных науках она измеряется по-разному.
Касательно измерения температуры: понятие амплитуды здесь означает разницу между минимальными и максимальными температурными значениями за определенный период времени.
Амплитуда температур применяется метеорологами, которые высчитывают ее показатели для определенной местности за год, месяц, день. Впоследствии эти показатели становятся одними из переменных, по которым составляется прогноз погоды.
Факторы, влияющие на изменение амплитуды
При составлении погодной карты в масштабах всей планеты метеорологам чрезвычайно важно знать амплитуду среднегодовых температур.
Поэтому, необходимо учесть несколько факторов, влияющих на это показатель.
Последний фактор не может быть полностью связан со временем года, т. к. на планете существуют как «вечнозеленые» местности, так и периодически покрываемые растительностью.
Амплитуда — хорошо знакомое понятие ещё со школы. Правда, не из географии, а из физики мы узнали впервые такой термин. Хорошо помню покачивающийся маятник на верёвочке и определение — максимальное смещение тела при колебании. Ну а если вернуться к теме путешествий и туризма, окажется, что термин амплитуды температур весьма важен.
Температурный маятник
В различных местностях он свой, особый. Для точной характеристики местности в ряду климатических особенностей называется разница между минимальной и максимальной температурой за определённый временной отрезок. К примеру, если днём на улице было плюс 7 градусов, а ночью — минус 2, то суточная амплитуда температур составит 9 градусов. По времени амплитуда температур может быть, к примеру:
Впрочем, учёные для эксперимента и подсчётов могут выбирать и любые другие временные рамки.
Неожиданность для африканских гостей
Сейчас увидеть в Москве либо в Нижнем Новгороде человека, приехавшего из Африки — почти обыденное дело, вспомните тот же чемпионат мира. Но представьте, если такой гость с жаркого континента приехал к нам на год летом. На родине его температура колеблется от 20 до 50 градусов, но всё это — плюсовые значения термометра.
И вот, попадает он наши широты, где за год термометр дважды свободно пересекает нулевую отметку. То есть, та же годовая амплитуда может означать переход от жары в плюс 30 градусов к лютым морозам. Мало того, что эта разница температур на порядок больше, происходит переход от лета к зиме, что крайне непривычно африканскому жителю.
Игра температуры в межсезонье
Для наших широт характерно ещё одно проявление амплитуд температуры. Представьте, длинным весенним днём хорошо пригрело солнышко. Кое-где образовались лужицы.
Но вот ночью, когда солнышко спряталось, градусник вернулся в минусовое значение. Сама температурная разница тут может быть не больше 5–10 градусов, но, выйдя из домов следующим утром, мы обнаружили лёд под ногами и сосульки, свисающие с крыш.
Этот ответ конкретно про амплитуду температур в географии.
30 градусов и есть амплитуда температур.
Мне всегда нравились профессии, связанные с изучением климата и погоды. Однажды я побывала на настоящей метеостанции и узнала, как с помощью приборов можно получать данные о погоде и по ним предсказывать ее изменения.
Основные элементы погоды и климата
Я попыталась выяснить разницу между понятиями «климат» и «погода».
Основными элементами климата являются:
При описании погоды выделяют среднюю, минимальную и максимальную температуры, давление, облачность, осадки, ветер.
В обоих случаях обращают внимание на разницу между самой низкой и самой высокой температурами воздуха. Это и есть амплитуда.
Как рассчитывается амплитуда температур
Чтобы точно зафиксировать минимальную и максимальную температуры за период измерения, используют специальные термометры:
Амплитуда температур рассчитывается по математическому принципу действий с положительными и отрицательными числами.
Если показатели минимальной и максимальной температуры положительные, то разница находится вычитанием самого низкого показателя из самого высокого.
Если оба показателя отрицательные, то находят разницу большего и меньшего показателя по модулю.
Если есть переход через 0°, то складывают модули максимального и минимального показателей.
Зависимость амплитуды от других показателей
Чем суше климат, тем больше сезонные перепады температур. Прохладное лето и мягкая зима характерны для влажного климата Великобритании. В Сибири климат континентальный, сезонные колебания температур там более 50°.
Показатели амплитуды температур в течение суток тоже зависят от влажности климата. В пустынях это особенно заметно. Ночью там на почве возможны заморозки, а днем стоит нестерпимый зной.
Я впервые услышал про амплитуду колебаний температуры и про амплитуду, вообще, в школе, на уроке физики. Термин довольно простой и этот показатель исчислять тоже совсем не сложно. Думаю, я смогу вам все вкратце объяснить.
Что обозначает термин «амплитуда температур»
Амплитуда вообще – это некий диапазон колебания, амплитуда в цифровом эквиваленте характеризирует тот промежуток между самым большим и самым маленьким значением чего либо. В нашем случае эта величина – температура.
Одна и та же фактическая температура воздуха может по разному измеряться, соответственно, и амплитуда за некий период тоже будет иметь разные показатели. Это возможно из-за того, что температура измеряется не только по шкале Цельсия, существует ряд других, например:
Существует еще половина дюжины других единиц измерения.
История измерения температуры
Изобретения первого прибора для измерения температуры воздуха приписывают Галилею, хотя в своих трудах он об этом изобретении ничего не говорит. Но вот его подмастерье, Нелли, описывал первое такое приспособление для измерения приблизительной температуры воздуха, которое сделал гениальный ученый уже в конце шестнадцатого века. В 1657 году прибор успешно пытался усовершенствовать один из итальянских мыслителей того времени. Первые термометры с жидкостью показали публике только через 10 лет. На данный момент существует несколько видов термометров:
Это далеко не полный список. Каждый вид приборов позволяет более точно измерять температуру в той или иной среде и в разных ситуациях.
Как определить амплитуду температур по климатограмме
Определение
Перед тем, как вычислить годовую амплитуду температур по графику, необходимо вспомнить, что представляет собой данное определение. Итак, амплитуда, сама по себе, определяется как разность максимального и минимального показателя. В случае вычисления годовой температуры амплитудой будут служить показания термометра. Для точности результатов важно, чтобы термометр всегда использовался только один. Это позволит самостоятельно в конкретном регионе определить график хода температур. Как вычислить годовую амплитуду в климатологии? Специалисты используют для этого средние показания месячных температур за прошедшие годы, поэтому их показатели всегда отличаются о тех, что вычислены самостоятельно для своего населенного пункта.
Важность показателей
Помимо вычисления температуры воздуха для различных географических целей, разность температур важна и в других науках. Так, палеонтологи изучают жизнедеятельность вымерших видов, вычисляя амплитуды температурных колебаний в целых эпохах. Для этого им помогают различные пробы грунтов и другие методы термографии.
Исследуя работу двигателей внутреннего сгорания, специалисты определяют периоды как определенные интервалы времени, составляющие доли секунд. Для точности измерений в таких ситуациях применяют специальные электронные регистраторы.
В географии изменения температур тоже могут фиксироваться в долях, но для этого необходим термограф. Такой прибор представляет собой механическое устройство, непрерывно фиксирующее данные о температуре на ленту или цифровой носитель. Он же определяет и амплитуду изменений, учитывая выставленные интервалы времени. Такие точные приборы применяются в тех областях, куда закрыт доступ человеку, к примеру, в зонах ядерных реакторов, где важны каждые доли градусов, и следить за их изменениями необходимо постоянно.
Как определить среднегодовую температуру воздуха?
Как определить амплитуду температуры воздуха за месяц?
как посчитать месячную амплитуду колебания температуры воздуха? Взять самую высокую за месяц и из нее вычесть самую низкую за тот же месяц. Например, самая высокая плюс 15 градусов, самая низкая минус 5 градусов. Амплитуда: 15-(-5)=15+5=20 градусов.
Температура воздуха
За счет чего нагревается воздух
Еще из уроков природоведения мы знаем, что прозрачные объекты пропускают через себя солнечные лучи, не нагреваясь. Проверить это достаточно легко. Когда солнце светит в окно, то очень скоро место на столе (или другом предмете), куда попадает солнце, нагревается, но если приложить руку к стеклу, через которое проходят солнечные лучи, то стекло будет прохладным. Как же тогда нагревается воздух, если он прозрачный и пропускает солнечные лучи сквозь себя, не нагреваясь?
Солнце прогревает земную поверхность, которая нагреваясь, отдает тепло воздуху. Именно этим объясняется тот факт, что чем дальше от земли, тем температура воздуха становится холоднее. Точного значения изменения этого показателя нет, но с каждым 1 км воздух холоднее примерно на 6 градусов.
Теперь, зная как прогревается воздух, легко объяснить почему суша и вода прогреваются неравномерно. Суша нагревается очень быстро, а значит быстрее и больше отдает тепла воздуху. Прогревание воды происходит гораздо медленнее, а значит и отдача тепла тоже снижена. Именно поэтому в жаркий день песок на пляже буквально раскален, а вода прохладная.
Суточный ход температур
Суточный ход температуры позволяет отслеживать какое время в сутках является наиболее холодным, а какое наиболее теплым. Есть несколько факторов, которые первостепенно влияют на этот показатель:
Все эти факторы важны, но ключевым является угол падения солнечных лучей на землю. Чем более отвесно падают лучи, те поверхность нагревается сильнее. Соответственно, чем угол наклона меньше, тем поверхность нагревается слабее. Этим объясняется и тот факт, что, например, утром земля нагревается не так интенсивно, как днём.
Амплитуда температуры
Одним из важнейших метеорологических показателей при исследовании температуры воздуха является амплитуда. В простейшем смысле амплитуда представляет собой разницу между самой высокой и самой низкой суточной температурой воздуха. Максимальная температура замеряется в 14:00 дня, а минимальная в 6:00 утра. Связанно это с тем, о чем мы говорили выше.
В приведённом примере очевидно, что амплитуда суточной температуры воздуха составляет на третьем рисунке 18 градусов.
Среднесуточная температура
Выше уже отмечалось, что на метеорологических станциях температура воздуха измеряется 8 раз в сутки. Поэтому сравнение различных дней по температуре воздуха между собой достаточно трудоемкий процесс. Чтобы упростить, в географии используются такое понять как средняя температура воздуха. Простейшие выражение заключается в определении среднесуточной температурой воздуха. В основе определения этого показателя лежит простое арифметическое среднее. Расчеты производятся на основании входных параметров, которые могут быть двух типов:
Если большую сумму дают показатели выше нуля, то конечная среднесуточная температура воздуха будет положительной. Если большую сумму дают показатели ниже нуля, только конечный результат будет отрицательным.
Аналогичным образом происходит измерение среднемесячной и среднегодовой температуры воздуха.
Как происходит измерение
Каждый из нас знает, что для определения температуры воздуха используют термометр. Это, наверное, один из самых распространённых метеорологических приборов, который используется активно в повседневной жизни. При работе с этим прибором очень важно правильно определить место его установки, поскольку в противном случае прибор будет определять не температуру воздуха, а показывать насколько прогрелся сам прибор. Правильная установка термометров прослеживается по тому, как они устанавливаются на метеорологических станциях. Там для этого используются специальные будки, которые устанавливаются на высоте 2м от земли.
Эти будки являются неотложными, выполнены из дерева и продуваются со всех сторон. В результате воздух может проникать свободно со всех сторон.
| Тип | Количество сезонов | MAX температуры | MIN температуры |
|---|---|---|---|
| Экваториальный | 1 | положит. | положит. |
| Тропический | 1 | положит. | положит. |
| Умеренный | 4 | положит. | отрицат. |
| Полярный | 1 | отрицат. | отрицат. |
Годовое изменение температуры воздуха на прямую зависит от географического положения региона. Например, если мы говорим о странах с экваториальным климатом, то здесь наблюдается одно время, а колебание амплитуды температуры воздуха незначительная. Тоже самое можно говорить и про полярные области, однако, здесь будет не тепло, а холодно. Если рассматривать амплитуду колебания температуры, то, например, на экваторе для большинства регионов она не превышает 2 градусов. Для умеренных широт Северного полушария, к которым относится в том числе наша страна, амплитуда будет составлять порядка 28-30 градусов. Также большое влияние оказывают ветры, морские течения, рельеф местности и так далее. Все эти факторы в совокупности формируют климат, которые в том числе выражается и температуре воздуха. В результате многолетних наблюдений за температурой воздуха в каждом регионе, мы понимаем, какая примерно погода будет в тот или иной месяц.
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.