Как измерить среднюю температуру воздуха
Определение температуры воздуха, температурный режим, среднегодовое и среднесуточное значения
Климат — почти неизменный и повторяющийся ежегодно режим погоды. В свою очередь, погода в каждой конкретной точке земного шара определяется разными параметрами. Один из них — температура воздуха. За ее изменениями постоянно наблюдают метеорологи на специальных станциях, собирая информацию для последующего составления прогнозов погоды.
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.
Как рассчитывается среднесуточная температура воздуха?
Однажды мой сын-почемучка спросил: «Почему дядя в телевизоре сказал, что среднесуточная температура сегодня равна 16 градусам, если наш термометр показывает 20° С?». Вот так пришлось и самой разбираться в вопросе, и ребенку объяснять.
Как вычислить среднесуточную температуру воздуха
Я думаю, что температуру окружающего воздуха измерял каждый человек. В бытовых условиях измерения проводятся раз-два в сутки. На метеорологических станциях это делается каждые 3 часа. Таким образом, ученые получают 8 показателей и рассчитывают их среднее арифметическое, то есть суммируют все значения и делят полученную сумму на количество показателей.
Как правильно проводить измерения температуры воздуха
Мой ответ не удовлетворил любознательного ребенка и дальше последовал вопрос: «А как правильно измерить температуру воздуха?».
Как оказалось, метеорологи условились проводить измерения в специальной будке, но с обязательным соблюдением следующих условий:
«Мам, зачем им будка?» — не унимается сын.
Тут все просто. Если термометр расположить близко к земле, то он будет показывать температуру почвы, а не воздуха. Если на прибор будут попадать лучи солнца, то он покажет температуру нагретого спирта или ртути. Деревянный материал будки экологичный и максимально обеспечит воздухообмен внутри нее.
Зачем нужно проводить измерения температуры воздуха
Настало время взять инициативу в свои руки и я спросила у ребенка: «Как ты думаешь, зачем нужно измерять среднесуточную температуру воздуха?». «Чтобы узнать климат и погоду!» — радостно воскликнуло дитя.
Говоря о погоде или климате местности, человек прежде всего имеет в виду температуру окружающего воздуха. Наряду с ней, важными характеристиками являются давление и влажность воздуха. Но составление прогноза погоды и климат, мы обсудим в следующий раз.
Температура воздуха. Годовой ход температуры воздуха
Урок 23. География 6 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Температура воздуха. Годовой ход температуры воздуха»
С температурой воздуха мы сталкиваемся постоянно, но задумывались ли вы, как её определяют и от чего она зависит, ведь таких резких перепадов температур, как в Южной Дакоте в России не встречается? Сегодня это и будет темой нашего урока.
Давно установлен тот факт, что воздух нагревается не от проходящих через него солнечных лучей, а от поверхности Земли, которую они нагревают. Вы уже знаете, что, суша и вода прогреваются по-разному. Так, суша нагревается и остывает быстрее, чем вода.
Как же измеряют температуру воздуха?
Это делают при помощи специального прибора – термометра. Практически у каждого из вас он есть дома. Но для того, чтобы термометр показывал правильную температуру воздуха, его необходимо правильно расположить. Так, термометр, расположенный прямо под прямыми солнечными лучами, покажет температуру не воздуха, а температуру нагревания самого прибора. Поэтому для получения верных значений температур, термометр всегда необходимо вешать с северной стороны, там, где всегда тень.
Интересно, что первым изобретателем термометра считают Галилео Галилея. В 1597 году он изобрел прототип термометра – термоскоп. Он представлял собой стеклянный шарик с припаянной к нему трубкой. Шарик нагревали, и конец трубки опускали в воду. Через некоторое время, когда воздух в шарике немного охлаждался, вода в трубке поднималась вверх. Когда же температура воздуха в шарике повышалась, уровень воды в трубке понижался. Однако у такого прибора не было шкалы, которая бы позволяла судить о показаниях температуры. Поэтому при помощи термоскопа можно было судить только об изменении нагретости тел.
На метеорологических станциях температуру воздуха измеряют при помощи термометров, помещенных в специальные будки. Они представляют собой деревянные будки, окрашенные в белый цвет с жалюзи. Располагают их на высоте двух метров над поверхностью Земли. Делают это для того, чтобы на показания термометра не влияла температура почвы и для защиты прибора от дождя и снега и от прямых солнечных лучей.
Для того, чтобы спрогнозировать погоду, температуру воздуха измеряют в течение суток. Это делают по той причине, что в течение дня температура воздуха не остаётся постоянной, а изменяется.
Как это происходит?
Утром всегда прохладно, потому что земная поверхность еще не прогрета солнечными лучами. После восхода Солнца солнечные лучи постепенно прогревают Землю, которая спустя некоторое время начинает отдавать своё тепло воздуху. Его температура постепенно начинает повышаться. В полдень солнечные лучи максимально прогревают земную поверхность. В это время воздух продолжает получать тепло от земной поверхности, но его максимальная температура наблюдается не в 12 часов дня, а только через два часа после полудня, так как полученное тепло Земля отдает воздуху с запозданием. Поэтому и максимальная температура наблюдается в 14 часов дня. После полудня Солнце в меньшем количестве нагревает земную поверхность, и температура воздуха начинает постепенно падать. Самая низкая температура отмечается перед рассветом.
Такой суточный ход температуры воздуха зависит от угла падения солнечных лучей. Чем этот угол больше, тем больше прогревается земная поверхность, а значит, и сильнее будет прогреваться воздух.
Но бывают и такие случаи, когда температура воздуха повышается ночью, а днём понижается. На правильный суточный ход температуры воздуха тогда влияют воздушные массы, приходящие с Атлантического или с Северного Ледовитого океана. Если на земную поверхность приходят воздушные массы с Атлантического океана, то они приносят потепление воздуха. Если же над земной поверхностью начинают господствовать воздушные массы с Северного Ледовитого океана, то, как правило, они приносят похолодания.
Для того, чтобы можно было сравнить температуру разных суток между собой, определяют среднюю суточную температуру воздуха. Для этого находят сумму температур, наблюдаемых в течение дня, и делят на количество её измерений. Если в течение дня наблюдались как положительные, так и отрицательные температуры воздуха, то для определения среднесуточной температуры необходимо определить сумму всех положительных температур, а затем сумму всех отрицательных температур. Из наибольшей суммы вычесть наименьшую. Полученную величину разделить на количество измерений температуры в течение дня, и у полученного частного поставить знак делимого.
Например, в течение суток зафиксированы следующие температуры воздуха. Тогда для определения среднесуточной температуры воздуха необходимо определить сумму положительных температур: +24 0 С. Сумму отрицательных температур: -8 0 С. Найти разницу между самым высоким и самым низким значением температуры: 16 0 С. Тогда среднесуточная температура воздуха равна +16 0 С разделить на 8 0 С, получим 2 0 С.
Изменение среднесуточных температур можно отобразить наглядно, построив график суточного хода температур воздуха. Для этого на координатной плоскости, на вертикальной оси откладывают температуру воздуха. Например, одна клетка – это 1 0 С. А на горизонтальной оси откладывают часы измерений температуры.
Например, 1,5 см будут отражать один срок наблюдений. При пересечении значений градусов и часов измерений ставят точки. Затем все точки соединяют плавной линией. Получился график суточного хода температур воздуха.
Но температура воздуха изменяется не только в течение суток. Значительные её изменения происходят и в течение года. Особенно это хорошо прослеживается на территории нашей страны.
Летом наблюдаются самые высокие температуры воздуха, потому что земная поверхность очень сильно прогревается днём, а ночью не успевает охладиться. Осенью и зимой температуры воздуха намного ниже, а весной они снова начинают повышаться. Причиной такого изменения температур в течение года является угол падения солнечных лучей. Чем более отвесно они падают, тем сильнее прогревается земная поверхность.
Например, у экватора в течение года наблюдаются высокие температуры воздуха, потому что здесь солнечные лучи падают на земную поверхность под углом 90 0 С. Но чем дальше от экватора, тем угол падения становится меньше, а, значит, и земная поверхность получает намного меньше тепла, чем на экваторе. В приполярных областях угол падения солнечных лучей составляет 23,5 0 С, поэтому здесь в течение года всегда очень холодно.
Для того, чтобы можно было сравнить температуры воздуха различных месяцев, определяют среднемесячную температуру воздуха. Для того, чтобы её вычислить, необходимо сложить среднесуточные температуры воздуха месяца и разделить полученное значение на количество дней в месяце.
Если сравнить значения среднемесячных температур воздуха, то получится, что самым тёплым месяцем в году является июль, а вот самым холодным – январь.
В южном полушарии наоборот, январь является самым тёплым месяцем, а июль – самым холодным.
А вот над акваторией океана самым тёплым месяцем является август, а самым холодным – февраль, потому что вода прогревается и охлаждается медленнее, чем суша.
Значения среднемесячных температур также можно показать наглядно, построив график годового хода температур.
Для этого на координатной плоскости, на вертикальной оси откладывают среднемесячные значения температур, а на горизонтальной – название месяцев.
Среднемесячные температуры воздуха в одном и том же месте не остаются постоянными, а меняются из года в год. Например, в один год среднемесячная температура июля составляла +18 0 С, потому что было очень тепло, а в другой год в это же время температура составила +14 0 С, потому что постоянно шли дожди.
Для того, чтобы можно было сравнить температуру за месяц в разных пунктах, определяют среднюю многолетнюю температуру воздуха месяца. Для этого определяют сумму средних месячных температур за несколько лет и делят на количество этих лет. Зная эту величину можно подсчитать среднюю годовую температуру определённого пункта на Земле.
Воздух прогревается от земной поверхности. Его температуру определяют при помощи термометра.
В течение суток температура постоянно изменяется: ее максимальные значения наблюдаются в 2 часа дня, а минимальные – перед рассветом.
Для того, чтобы можно было сравнить температуры разных суток, вычисляют среднесуточную температуру воздуха. Главной причиной изменения значений температур является изменение угла падения солнечных лучей: чем больше угол, тем больше прогревается земная поверхность, а значит, и воздух.
Для сравнения температур за месяц вычисляют среднемесячные температуры воздуха. По их значениям определяют годовой ход температур. Для того, чтобы можно было сравнить температуру воздуха в различных пунктах, определяют среднюю многолетнюю температуру воздуха месяца. Зная ее, можно вычислять среднюю годовую температуру пункта.