Глобальные изменения климата. часть 1. происходит ли потепление и почему?

Водяной пар в атмосфере

Эту тему лучше прочитать вдумчиво, воображая происходящее

В атмосфере присутствует водяной пар (маленькие частички воды испарившиеся с поверхности водоемов и суши)

От чего зависит испарение:

1. Температура (чем выше температура, тем больше воды испариться, следовательно будет больше водяного пара в атмосфере)

2. Ветра (чем сильнее ветер, тем выше испарение)

3. Рельефа

Чем больше температура — тем больше абсолютная влажность (тем больше водяного пара)

Подсказка!

1. При равном значении температуры: растет относительная влажность и растет количество водяного пара

2. При равном значении водяного пара: растет температура, уменьшается относительная влажность.

3. При равном значении относительной влажности: растет количество водяного пара и растет температура.

Температура среды обитания человека

Некоторые народы живут в весьма экстремальных условиях и необычных местах, не совсем удобных для жизни. Например, одни их самых холодных населенных пунктов – поселок Оймякон и город Верхноянск в Якутии, Россия. Температура зимой тут в среднем составляет минус 45 градусов Цельсия.

Самый холодный более крупный город тоже находится в Сибири – Якутск с населением около 270 тысяч человек. Температура зимой там составляется также около минус 45 градусов, а вот летом может подниматься до 30 градусов!

Самая высокая среднегодовая температура была замечена в оставленном городе Даллол, Эфиопия. В 1960-х годах тут зафиксировали средний показатель температуры — 34 градуса Цельсия выше нуля. Среди крупных городов самым жарким считается город Бангкок, столица Таиланда, где средняя температура составляет в марте-мае также около 34 градусов.

Самая экстремально высокая температура, где работают люди, замечена в золотых шахтах Mponeng в Южной Африке. Температура на уровне около 3 километров под землей составляет плюс 65 градусов Цельсия. Предпринимаются меры для охлаждения шахт, например, используют лед или изолирующие покрытия для стен, чтобы шахтеры могли работать без перегревания.

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.

Погода

Погода не постоянна, у нас может быть сегодня ясная погода, а завтра начаться ураган.

Характеристики погоды:

1. Температура

2. Влажность

3. Атмосферное давление

4. Облачность

5. Осадки

6. Ветер

Очень часто бывает, что две воздушнее массы (холодная и теплая) сталкиваются или одна заходит на другую, линию где эти массы соединяются называют атмосферный фронт.

При прохождение атмосферного фронта погода резко меняется (так как меняются воздушные массы)

Теплый фронт — образуется когда теплый воздух движется в сторону холодного.

Как меняется погода: появляется облачность, выпадают осадки

Холодный фронт — образуется когда холодный воздух движется в сторону теплого.

Холодный воздух подтекает под теплый и выталкивает его наверх.

Как меняется погода: наступает похолодание, усиливается ветер.

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.

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:

• Экваториальный тип. Он характеризуется двумя слабовыраженными максимумами температурных значений — после весеннего и осеннего равноденствия, и двумя минимумами — после зимнего и летнего солнцестояния. Годовая амплитуда небольшая. Над океанами около градуса, над материками — до 10 °C.
• Тропический тип. На широтах, относящихся к нему, преобладает простой годовой ход. Крайние значения приходятся на время летнего и зимнего солнцестояний. Амплитуда над побережьями порядка 5°, а внутри материков достигает 1—20 °C. Для муссонных областей характерен максимум перед летними муссонами, с приходом которых температура снижается.
• Тип умеренного пояса. Максимально и минимально прогревается воздух в этих широтах примерно через месяц после солнцестояний. Для континентального климата характерны большие колебания в 25—40 °C, в Азии они могут доходить до 60 °C. Для морского составляют 10—15 °C. Включает в себя несколько подтипов — собственно умеренный, субтропический и субполярный.
• Полярный тип. В Северном полушарии максимум температуры приходится на июль, в Южном — на январь. Минимум наступает перед появлением Солнца после полярной ночи. Имеет большой диапазон амплитуды даже над океанической поверхностью.

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.

Существует ли самая высокая температура?

Абсолютный нуль – температура, ниже которой невозможно опуститься. А какая температура самая высокая из возможных? Наука пока точно ответить на этот вопрос не может.

Самой высокой температурой называют Планковскую температуру. Именно эта температура была во Вселенной в момент Большого взрыва, согласно представлениям современной науки. Эта температура равна 10^32 Кельвинов.

Для сравнения: если вы можете представить, эта температура в миллиарды раз больше самой высокой температуры, полученной искусственно человеком, о которой упоминалось ранее.

Согласно стандартной модели, Планковская температура пока остается самой высокой температурой из возможных. Если существует что-то еще более горячее, то привычные нам законы физики перестанут работать.

Есть предположения, что температура может подняться еще выше этого уровня, но что произойдет в таком случае, наука объяснить не может. В нашей модели реальности что-либо более горячее существовать не сможет. Может быть, реальность станет другой?

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:

• Угол падения солнечных лучей на землю.
• Направление ветра.
• Облачность.

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.

Здесь нужно сделать очень важное замечание. Все мы знаем, что солнце находится в зените в 12:00 дня, поэтому если рассматривать исключительно прогрев земной поверхности, то максимальная температура должна приходиться также на 12:00

Однако если исследовать суточный ход температуры воздуха, то становится понятным, что наиболее жаркое время — период с 14:00 до 15:00. Связано это с тем, что солнце пригревает не воздух, а поверхность земли, которая в свою очередь уже пробивает воздух. На это нужно время. Поэтому в любых географических изучение нужно понимать, что между прогреванием/охлаждением земной поверхности и прогреванием/охлаждением температуры воздуха должно пройти некоторое время. Также одним из примеров этого — наиболее прохладное время суток приходится на период с 5:00 до 6:00 утра. Летом это время рассвета, но несмотря на то, что солнце уже светит и прогревает земную поверхность, температура воздуха всё ещё прохладная.

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:

• С разными знаками. Это означает, что максимальная температура выше нуля, а минимальная температура ниже нуля. В этом случае отдельно суммируются плюсовые показатели температуры и отдельно суммируются минусовые показателе температуры по абсолютному значению. Затем от наибольшего числа отнимается меньше, и происходит деление на количество замеров.
• С одним знаком. В данном случае и максимальная и минимальная температура находится обоюдно либо выше нуля либо ниже нуля. В этом случае все показатели суточной температуры суммируются и делится на количество замеров.

По опыту известно, что на начальном этапе обучения географии, наибольшие проблемы вызывает определение среднесуточной температурой воздуха по показателям с разными знаками. Давайте рассмотрим пример. За сутки было произведено 8 изомеров и известны следующие их показатели: -2, +3, +6, +9, +7, +2, -3, -4. Нужно произвести следующие действия:

• Находим сумму всех температуру, которые выше нуля. В данном случае это 27 градусов (3 + 6 + 9 + 7 + 2).
• Находим сумму всех температур с отрицательным знаком, но по абсолютному значению. В данном случае это 9 градусов (2 + 3 + 4).
• От большего значения вычитаемое меньшее и делим на количество замеров. Следовательно 27 — 9 = 18 / 8 = 2,25. Значит среднесуточная температура воздуха по приведенным данным составляет +2,25 градусов.

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.

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:

• Экваториальный тип. Он характеризуется двумя слабовыраженными максимумами температурных значений — после весеннего и осеннего равноденствия, и двумя минимумами — после зимнего и летнего солнцестояния. Годовая амплитуда небольшая. Над океанами около градуса, над материками — до 10 °C.
• Тропический тип. На широтах, относящихся к нему, преобладает простой годовой ход. Крайние значения приходятся на время летнего и зимнего солнцестояний. Амплитуда над побережьями порядка 5°, а внутри материков достигает 1—20 °C. Для муссонных областей характерен максимум перед летними муссонами, с приходом которых температура снижается.
• Тип умеренного пояса. Максимально и минимально прогревается воздух в этих широтах примерно через месяц после солнцестояний. Для континентального климата характерны большие колебания в 25—40 °C, в Азии они могут доходить до 60 °C. Для морского составляют 10—15 °C. Включает в себя несколько подтипов — собственно умеренный, субтропический и субполярный.
• Полярный тип. В Северном полушарии максимум температуры приходится на июль, в Южном — на январь. Минимум наступает перед появлением Солнца после полярной ночи. Имеет большой диапазон амплитуды даже над океанической поверхностью.

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.

Строение атмосферы

Верхние её границы растворяются в космосе и четко не обозначены. Нижняя граница находится на уровне земли.

Самое важное о каждом слое:

1) Тропосфера

• Тропосфера — самый нижний слой атмосферы. Мы дышим воздухом тропосферы.

• Толщина над полюсами составляет 8-10 км, в умеренных широтах — 10-12 км, а над экватором — 16-18 км.

• В тропосфере сосредоточена большая масса воздуха атмосферы.

• Погода формируется в тропосфере

• Движения масс воздуха горизонтальные (ветер) и вертикальные (конвекция)

• Температура в тропосфере падает каждый 1000 м на 6 градусов

2) Стратосфера

• Стратосфера — слой атмосферы, расположенный над тропосферой на высоте от 8 до 50 км.

• Не образуются облака

• Наблюдаются устойчивые воздушные течения

• Температура начинает расти

• Здесь находится озоновый слой

В стратосфере на высоте 25 — 35 км находится озоноый слой

Озоновый слой поглощает ультрафиолетовые лучи, не пропуская их к Земле (озоновый слой является жизненно необходимым, большие дозы ультрафиолета являются губительными для живых организмов)

3) Мезосфера

• Слой расположен на высоте 50 — 80 км

• Температура снижается до — 90 градусов

4) Термосфера

• Слой расположен на высоте 80 — 800 км

• Температура резко растет

5) Экзосфера

• Расположена выше 800 км

• Постепенно переходит в космическое пространство

• Состоит из самых легких газов (водорода, гелия)

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:

1. В жарких климатических поясах, близких к экватору (нулевая широта), угол освещения имеет значение, приближающееся к 90°.
2. По мере отдаления от экватора по направлению к тропикам — уменьшается к 60°.
3. Для пояса умеренных широт характерен угол падения лучей в диапазоне от 60 до 30°.
4. В холодных поясах продолжается уменьшение его значения вплоть до 0° в самых высоких широтах Арктики и Антарктики.

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:

• удаление от поверхности земли;
• уменьшение угла падения солнечного света.

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.

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.

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.

Экстремальная температура в Солнечной системе

Температура среды в Солнечной системе отличается от той, к которой мы привыкли на Земле. Наша звезда Солнце невероятно горячая. В ее центре температура составляет около 15 миллионов Кельвинов, а поверхность Солнца имеет температуру всего около 5700 Кельвинов.

Температура в ядре нашей планеты составляет примерно столько же, сколько температура поверхности Солнца. Самая горячая планета Солнечной системы – Юпитер, температура ядра которого в 5 раз выше, чем температура поверхности Солнца.

Самая холодная температура в нашей системе зафиксирована на Луне: в некоторых кратерах в тени температура составляет всего 30 Кельвинов выше абсолютного нуля. Эта температура ниже, чем температура Плутона!

Нагревание воздуха и его температура

Источником тепла на планете считается энергия Солнца, которая поглощается землей, а та осуществляет нагревание воздуха.

Попав в воздушную оболочку, часть тепла поглощается ею, немного рассеивается, а другая отражается земной поверхностью и облаками.

Нагревание атмосферного воздуха происходит от поверхности планеты. Низкие облака уменьшают излучение Земли, они препятствуют ее остыванию и способствуют нагреванию воздуха. Безоблачное небо, наоборот, способствует сильному излучению, при котором происходит нагревание значительной массы воздуха. Температура воздуха определяется многими факторами, разберем основные.

На протяжении суток температура сильно колеблется, соответственно нагревание и охлаждение воздуха находятся в зависимости от угла падения солнечных лучей. Угол 90, предполагает значительное количество тепла, прибывающее на землю. Объясняется все это осевым вращением планеты. Вспомнить о нем можно в курсе 5 класса урок 3 «Земля во Вселенной».

Изменение температуры происходит также и по сезонам года, что является результатом вращения Земли вокруг Солнца.

Для характеристики климата некоторой местности важны средние месячные и годовые данные температуры воздуха за длительный период (30-50 лет). На метеостанциях измеряют температуру воздуха четыре раза в сутки: в 1 час, 7, 13 и 19. Показания термометра складывают и делят на четыре. Так получают среднюю суточную температуру.

Для получения средней месячной температуры складывают среднесуточные температуры и сумму делят на число дней в месяце.

Средняя годовая температура высчитывается путем нахождения суммы всех средних месячных температур и деления ее на 12.

Для характеристики сезонов особенно важны средние температуры января и июля, как самого холодного и самого теплого месяца в северном полушарии. Одним из существенных показателей является годовая амплитуда температуры воздуха, которая показывает разницу средней температуры двух месяцев. Давайте разберемся, как вычислить такую амплитуду температур. Для этого возьмем данные из предыдущей таблицы среднемесячных показателей Москвы в 2008 году. Холодным месяцем будет январь с показателем -10,3С, теплым – июль с 18,5С. Найдем разницу этих двух показателей.

18,5+(-10,3)= 8,2С

Таким образом, годовая амплитуда температур Москвы в 2008 году составила 8,2С.

Разница между высокой и низкой температурой суток дает суточную амплитуду.

Летом, в ясную погоду, суточная амплитуда бывает наибольшая, в пасмурную — наоборот. В местах, лишенных сплошного растительного покрова, суточная амплитуда температур больше, потому что почва без растительности лучше прогревается, но также быстро остывает.

Графическое изображение распределения тепла на Земле осуществляется изотермами температур. Изотермы – это линии, соединяющие места со схожей температурой за конкретный промежуток времени.

Например, на климатической карте Австралии показаны январские и июльские изотермы. Черным цветом обозначена январская изотерма, и составляет она в центре материка +30С, а ближе к побережью +20С. Июльские изотермы обозначены красным цветом и на юго-востоке составляют +10С, а на севере — +20С.