Средние суточные значения температуры воздуха, вычисленные по восьми срокам, публикуются как справочные материалы в первых частях метеорологических ежемесячников.
Более точное значение средней суточной температуры воздуха определяют по данным непрерывной записи изменений температуры самопишущим прибором или по данным ежечасных наблюдений.
Среднюю суточную температуру воздуха на определённые сутки года по многолетним данным (норму) определяют как среднее арифметическое значение из ряда значений средних суточных температур на данные сутки за период наблюдений. При этом при наличии в ряду одновременно со средними суточными температурами, определенными по данным восьмисрочных наблюдений, температур, определенных по данным четырёх- и трёхсрочных наблюдений, к последним вводят поправочные коэффициенты, обеспечивая тем самым однородность ряда.
Средняя месячная (годовая) температура наружного воздуха. Следует различать среднюю месячную (годовую) температуру наружного воздуха в конкретном месяце или году и среднее многолетнее значение месячной (годовой) температуры в данном пункте – норму (например, в мае в Хабаровске). Первую определяют как среднее арифметическое значение из средних суточных (месячных) температур конкретного месяца (года). Значения средних месячных температур воздуха публикуются во вторых частях соответствующих метеорологических ежемесячников, а значения средних годовых значений – в метеорологических ежегодниках.
Среднее многолетнее значение месячной (годовой) температуры в данном пункте (норму) определяют как среднее арифметическое значение из ряда значений средних месячных (годовых) температур в данном пункте за период наблюдений.
Средняя максимальная температура воздуха наиболее холодного месяца характеризует ночную наиболее холодную часть суток. Её значение рассчитано как средняя месячная величина из ежедневных максимальных значений температуры воздуха за период наблюдений.
Cредняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца. Значения этого показателя рассчитаны независимо от состояния облачности как разность между средней максимальной и средней минимальной температурами воздуха наиболее холодного месяца за период наблюдений.
5.29 Как определяются абсолютные минимум и максимум температуры?
Абсолютные минимальная и максимальная температуры воздуха представляют пределы (наименьшие и наибольшие значения), которых достигала температура воздуха в данном месте за период работы метеорологической станции.
Абсолютный максимум температуры — максимальная температура воздуха, зарегистрированная в данной точке, стране или на Земле в целом за всю историю метеорологических наблюдений. Так, для Москвы это значение составляет 38,2 °C (29 июля 2010), предыдущий рекорд (36,8 °C) был отмечен 7 августа 1920. Для земного шара 56,7 °C (Долина Смерти, США).
Абсолютный минимум – наименьшее (самое низкое) значение метеорологического элемента из всех наблюдавшихся за многолетний период в данном месте, области, стране, на полушарии или на всем земном шаре. Например, абсолютный минимум температуры воздуха у поверхности земли в Москве -41°, для северного полушария около -70° (Якутия), а для всего земного шара близок к -90° (Антарктида).
62
5.30 Что такое термик? Что относится к термосфере?
Термик (термический поток) — представляет собой массу поднимающегося воздуха, которая при этом может перемешиваться с окружающим воздухом. Планеристы назвали термиками потоки теплого воздуха от нагретого солнцем грунта, в которых они могли парить.
Структура термиков (тор) хорошо видна на экранах радиолокаторов, что подтверждает наличие в термике многоатомных газов (паров воды). В отличие от окружающего воздуха (диатермичного), термик интенсивно поглощает солнечное излучение. Поэтому термики часто возникают над пашней, испаряющей влагу.
Первоначально термик представляет собой компактный объем теплого (влажного) воздуха, но постепенно образуется тороидальный вихрь. Перед фронтом термика образуется турбулентное течение, и окружающий воздух смешивается с фронтом термика. Ядро термика представляет собой вращающийся тор, причем это вихревое кольцо все время перекатывается относительно окружающего воздуха. За время, пока термик поднимается на высоту, равную примерно полутора его диаметрам, он выворачивается наизнанку, то есть каждая его часть проходит через зону смешения и оказывается разбавленной. В верхней части термика вблизи его передней границы течение очень нестабильно. В то же время каждый горизонтальный слой воздуха, сквозь который проникает термик, огибает и вовлекается в него.
Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Температуравоздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулева теплота, выделяемая электрическими токамимагнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.
5.31. Как изменяется температура в различные поры года
Среднегодовые и среднемесячные значения температуры воздуха зависят от количества солнечной радиации, которую получает поверхность, и сезонных изменений циркуляции атмосферы. Изменения температуры воздуха в течение года почти совпадают с годовым поступлением солнечной радиации. Вследствие этого средние температуры всех месяцев меняются по широте, нарастая с севера на юг.
Осенью и весной нередко случаются заморозки — понижение температуры воздуха ночью ниже 0 °С, в то время как среднесуточные температуры держатся выше нуля. Заморозки чаще всего происходят в ясные тихие ночи, когда на данную территорию поступают достаточно холодные воздушные массы. При заморозках воздух значительно охлаждается у земной поверхности.
Весной, после коротких зимних дней, солнце начинает все выше подниматься над горизонтом и день ото дня все дольше задерживается в небе. Лето — самое теплое время года. Чем выше солнце над горизонтом, тем сильнее согревающий эффект его лучей.
63
Осенью дни снова становятся короче, многие деревья роняют листья, и чем ближе зима, тем погода прохладнее.
5.32 Что такое устойчивый воздух?
Изменение температуры воздуха с высотой в той или иной воздушной массе при определенных условиях может стать причиной неустойчивости этой массы. Мы уже знаем, что перемещение воздуха является результатом различия температуры соседних его порций. Если плотность некоторого объема воздуха меньше плотности окружающей среды, объем „всплывает" подобно куску пробки в воде. Такое состояние воздуха называется неустойчивым.
Если же плотность данного объема воздуха больше, чем плотность окружающей среды, объем опускается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. При этом ранее устойчивый воздух становится „безразличным", т. е. перестает подниматься, но и не опускается.
5.33 Какими показателями оценивается плотность воздуха?
Плотность воздуха — масса газа атмосферы Земли на единицу объема или удельная масса воздуха при естественных условиях. Величина плотности воздуха является функцией от высоты производимых измерений, от его температуры и влажности. Обычно стандартной величиной считается значение 1,225 кг⁄м3, которая соответствует плотности сухого воздуха при 15°С на уровне моря.
5.34 В какой форме можно представить уравнение состояния газов?
Уравнение, выражающее связь между переменными величинами (параметрами), определяющими физическое состояние газа. Для идеального газа — это уравнение Клапейрона — Менделеева:
или
где ρ — давление газа, υ — удельный объем, R — удельная газовая постоянная, R* — универсальная газовая постоянная, μ — молекулярный вес, ρ — плотность. Для реальных газов в уравнение вводятся некоторые поправочные члены. Напр., уравнение Ван-дер- Ваальса
где b — объем молекул газа и α/υ2 — силы сцепления, возникающие при сближении молекул. В метеорологии под У. С. Г. обычно имеется в виду уравнение состояния для идеального газа. Его с достаточной степенью точности применяют как к сухому, так и к влажному воздуху, оставляя в этом случае значение R для сухого воздуха, но вводя вместо Τ виртуальную температуру Τν.
64
5.35 В каких случаях применяется закон Бойля-Мариотта при оценке атмосферы?
Этот закон, открытый английским физиком Р. Бойлем (1627—1691)*, является одним из самых фундаментальных газовых законов, используемых исследователями при изучении реакции газов на изменение физических условий.
Закон Бойля—Мариотта гласит, что у заданной массы газа, находящегося при постоянной температуре, произведение давления на объем также есть постоянная величина. В алгебраической форме закон выглядит так:
PV= К.
Это уравнение обозначает, что если объем газа (V) уменьшается в несколько раз, то для поддержания постоянного значения К давление этого газа (Р) должно увеличиться во столько же раз. Другими словами, если поддерживается постоянная температура газа, то его объем обратно - пропорционален давлению.
5.36 Для каких целей в климатологии используются закон Шарля и Гей-Люссака?
Этот закон, связывающий объем газа с его температурой, независимо друг от друга открыли Ж. Шарль (1746—1823) и Ж. Гей-Люссак (1778—1850). Оба французских физика произвели одинаковые опыты для исследования поведения газов при разных условиях. Закон Шарля и Гей-Люссака гласит, что если объем газа остается постоянным, то при повышении температуры этого газа на один градус давление газа увеличится на 1/273 часть величины, которую газ имел при температуре 0°С.
Наоборот, если поддерживается постоянное давление газа, то увеличение его объема будет прямо пропорциональным возрастанию его температуры. При увеличении температуры на 1^С объем газа будет возрастать на 1/273 часть величины, которую он имел при температуре 0°С.
Соотношения между тремя характеристиками газа — объемом, давлением и температурой — имеют важное значение для метеорологии. Объем, давление и температура массы воздуха при перемещении ее из одной местности в другую могут изменяться. Это особенно заметно в том случае, когда масса воздуха поднимается или, наоборот, совершает' нисходящее движение из более высоких слоев атмосферы в направлении "к земной поверхности.
5.37 Чему равна удельная газовая постоянная?
Газовая постоянная (R) – одна из основных физических постоянных, входит в уравнение состояния 1 моля идеального газа: pV = RT, где р – давление, V – объем моля газа, Т – абсолютная температура. Газовая постоянная численно равна работе расширения 1 моля идеального газа под постоянным давлением при нагревании на 1 K. R = pV/T = 1.01•105•22.4•10-3/273[Па•м3/моль]/K =8.31(44) Dж/(моль•K)
5.38 Как изменяется плотность атмосферы с высотой?
Плотность – это масса в единицах объема не изменяется, а вычисляется с помощью специального уравнения состояния газов. Нужно знать давление и температуру. Сухой воздух(тяжелее), М=29; М(воды)=18. Влажный воздух легче, но не на много, поэтому он
65