4.4. Добовий і річний хід температури у верхніх шарах води
Вода, маючи більшу теплоємність і меншу теплопровідність, ніж суша, повільніше нагрівається і повільніше віддає тепло.
Моменти максимумів температури водоймищ запізнюються в порівнянні із сушею. Максимум настає близько 15—16 годин, мінімум — через 2—3 години після сходу Сонця. Річний максимум температури на поверхні Океану в північній півкулі приходиться на серпень, мінімум — на лютий.
4.5. Тепловий режим нижнього шару атмосфери
Основним джерелом нагрівання нижніх шарів атмосфери є тепло діяльного шару Землі. У денні години, коли радіаційний баланс діяльного шару позитивний, частина тепла передається до повітря. Уночі внаслідок ефективного випромінювання діяльний шар стає холодніше повітря і охолоджує прилеглий шар атмосфери.
Передача тепла підстилаючою поверхнею атмосфері відбувається завдяки молекулярній теплопровідності, тепловій конвекції і турбулентному перемішуванню. Останні два процеси мають найбільше значення.
– теплова конвекція — перенесення об'ємів повітря по вертикалі, що виникає при нерівномірному нагріванні різних ділянок поверхні;
– турбулентне перемішування — вихровий хаотичний рух невеликих об'ємів повітря.
Зміни температури, які
проходять завдяки турбулентного
перемішування і теплової конвекції в
деякому об’ємі повітря в часі (
)
прийнято називати індивідуальними.
Нагрівання й охолодження повітря значною мірою залежить від властивостей діяльного шару Землі. Над поверхнею суші повітря вдень тепліше, а вночі холодніше, ніж над морем. Вплив підстилюючої поверхні на температуру повітря убуває з висотою.
Зміна температури на кожні 100 м висоти називається вертикальним градієнтом температури (ВГТ або γ). ВГТ змінюється в залежності від часу року, часу доби (у приземному шарі атмосфери) і від висоти. Для тропосфери ВГТ у середньому складає 0,6° на 100 м. Він вважається позитивним (γ>0), якщо температура з висотою падає, і негативним (γ<0), якщо вона підвищується.
В тропосфері спостерігаються такі шари повітря, у яких температура з висотою не знижується, а зростає. Підвищення температури з висотою називається інверсією. Якщо температура з висотою не змінюється (ізотермія), то ВГТ дорівнює 0 оС/100 м.
Нагрівання й охолодження повітря значною мірою залежить від властивостей діяльного шару Землі. Над поверхнею суші повітря вдень тепліше, а вночі холодніше, ніж над морем. Вплив підстилюючої поверхні на температуру повітря убуває з висотою.
4.6. Адіабатичні зміни температури повітря
У повітрі, що піднімається, температура змінюється внаслідок адіабатичного процесу, тобто без обміну теплом з навколишнім середовищем, за рахунок перетворення внутрішньої енергії газу в роботу і роботи у внутрішню енергію. Так як внутрішня енергія пропорційна абсолютній температурі газу, відбувається зміна температури.
При адіабатичному стискуванні в атмосфері відбувається зменшення об'єму повітря в наслідок збільшення тиску, внутрішня енергія повітря зростає і підвищується. Цей процес відбувається переважно при спадному русі повітря, тобто при опусканні його в більш низькі шари атмосфери (відбувається адіабатичне нагрівання).
Адіабатичне розширення в атмосфері відбувається переважно при висхідному русі повітря. При цьому збільшується об'єм повітря внаслідок зниження тиску – внутрішня енергія убуває, температура повітря падає, тобто відбувається адіабатичне охолодження.
Температура повітря, що не насичене водяною парою, при адіабатичному піднятті зменшується в середньому на 1 оС/100 м. Цей показник називають сухоадіабатичним градієнтом (γа).
Температура повітря, що насичене водяною парою, при піднятті адіабатично охолоджується повільніше, ніж “сухе” повітря.
Тепло, що надходить в атмосферу за рахунок конденсації вологи також має важливе значення для нагрівання приземного шару, а особливо більш високих шарів атмосфери, у яких утворюються хмари.
Насичене повітря, що піднімається, звичайно втрачає вологу в процесі випадання опадів і стає ненасиченим. При опусканні таке повітря нагрівається на 1° на 100 м. У результаті зниження температури при підйомі виявляється менше, ніж її підвищення при опусканні, і повітря що піднялося, а потім опустилося на той самий рівень при тому самому тиску, буде мати різну температуру — кінцева температура буде вище початкової. Такий процес називається псевдоадіабатичним.