13.Тепловой режим атмосферы, виды теплообмена Температура воздуха. Причины ее изменения. Адиабатические изменения температуры воздуха. Явление адвекции.

Распределение температуры воздуха в атмосфере и его непрерывные изменения называют тепловым режимом атмосферы. Он определяется теплообменом между атмосферным воздухом и окружающей средой (космическим пространством, соседними слоями воздуха и земной поверхностью).

Теплообмен осуществляется различными путями: радиационным, теплопроводности, в результате испарения и конденсации, при горизонтальном переносе тепла воздушными течениями. Изменение температуры воздуха может происходить также независимо от теплообмена — адиабатически.

Радиационный теплообмен осуществляется при собственном излучении из воздуха и поглощении воздухом радиации Солнца, земной поверхности и других атмосферных слоев. Непосредственное поглощение радиации в тропосфере мало, оно может вызвать повышение температуры воздуха всего на величину порядка 0,5 в день. Несколько большее значение имеет потеря тепла из воздуха путем длинноволнового излучения.

Но тепловой режим атмосферы определяется в основном теплообменом с земной поверхностью путем теплопроводности. Слой воздуха, непосредственно соприкасающийся с земной поверхностью, обменивается с нею теплом вследствие молекулярной теплопроводности. Внутри атмосферы, между отдельными слоями, вследствие перемешивания воздуха и его горизонтального перемещения происходит более эффективная передача тепла путем турбулентной теплопроводности. Перемешивание воздуха в процессе турбулентности способствует очень быстрой передаче тепла от одних слоев атмосферы в другие, особенно интенсивен обмен тепла по вертикали. Как правило, земная поверхность в среднем всегда теплее, чем воздух над ней, поэтому чаще всего тепло передается вверх, от земной поверхности к атмосфере, чем из атмосферы к земной поверхности. Конечно, в разное время дня и года и над разной земной поверхностью перенос тепла может происходить в разных направлениях. Но в итоге передача тепла от земной поверхности перевешивает.

Адиабатические изменения температуры воздуха связаны с изменением атмосферного давления без теплообмена с окружающей средой. Если некоторая масса воздуха адиабатически расширяется, то в ней происходит падение температуры и давления, при сжатии массы воздуха температура и давление в ней растут. В атмосфере расширение воздуха и связанное с ним падение давления происходят при восходящем движении воздуха, а сжатие воздуха, сопровождающееся повышением давления и температуры, происходит при опускании, т.е. при нисходящем движении воздуха. Поэтому, восходящий воздух адиабатически охлаждается, а нисходящий адиабатически нагревается. Установлено, что при адиабатическом подъеме сухого (ненасыщенного) воздуха температура на каждые 100 м подъема падает почти на один градус, а при адиабатическом опускании на 100 м температура растет на ту же величину. Эта величина 1⁰С/100м называется сухоадиабатическим градиентом. Следует помнить, что речь идет об изменении температуры с высотой в вертикально движущейся воздушной массе, а не о распределении температуры с высотой.

Температура в конкретном атмосферном столбе может распределяться различным образом. Вертикальный градиент температуры в нижних 10 км умеренных широт и в нижних 15 км в тропиков в среднем равен 0,6 ⁰С /100м. Если в определенном слое воздуха температура с высотой растет, то это явление носит название температурная инверсия, а слой называется инверсионным. При неизменности температуры в определенном слое воздуха, имеет место изотермия, а этот слой называется изотермическим. Оба эти явления очень важны для прогноза погоды и условий рассеивания выбросов промышленных предприятий в атмосфере над промышленными центрами.

Изменения температуры воздуха в конкретной географической точке могут происходить в результате смены воздушной массы в данном месте, т.е. прихода воздушной массы, имеющей другую температуру. Это явление называется адвекцией. Если в данное место приходит воздушная масса с более высокой температурой, говорят об адвекции тепла, с более низкой температурой — адвекции холода.