Изменение температуры воздуха с высотой

Изменение температуры воздуха с высотой

Распределение температуры в атмосфере по вертикали поло­жено в основу разделения атмосферы на пять основных слоев (см. раздел 1.3). Для сельскохозяйственной метеорологии наибольший интерес представляют закономерности изменения температуры в тропосфере, особенно в ее приземном слое.

Вертикальный градиент температуры

Изменение температуры воздуха на 100 м высоты называется вертикальным градиентом температуры (ВГТ

ВГТ зависит от ряда факторов: времени года (зимой он мень­ше, летом больше), времени суток (ночью меньше, днем больше), расположения воздушных масс (если на каких-либо высотах над холодным слоем воздуха располагается слой более теплого воз­духа, то ВГТ меняет знак на обратный). Среднее значение ВГТ в тропосфере составляет около 0,б°С/100 м.

В приземном слое атмосферы ВГТ зависит от времени суток, погоды и от характера подстилающей поверхности. Днем ВГТ почти всегда положителен, особенно летом над сушей, но при ясной погоде он в десятки раз больше, чем при пасмурной. В яс­ный полдень летом температура воздуха у поверхности почвы может на 10 °С и более превышать температуру на высоте 2 м. Вследствие этого ВГТ в данном двухметровом слое в пересчете на 100 м составляет более 500°С/100 м. Ветер уменьшает ВГТ, по­скольку при перемешивании воздуха его температура на разных высотах выравнивается. Уменьшают ВГТ облачность и осадки. При влажной почве резко снижается ВГТ в приземном слое атмо­сферы. Над оголенной почвой (паровое поле) ВГТ больше, чем над развитым посевом или лугом. Зимой над снежным покровом ВГТ в приземном слое атмосферы невелик и нередко отрицателен.

С высотой влияние подстилающей поверхности и погоды на ВГТ ослабевает и ВГТ уменьшается по сравнению с его значения-

ми в приземном слое воздуха. Выше 500 м затухает влияние су­точного хода температуры воздуха. На высотах от 1,5 до 5—6км ВГТ находится в пределах 0,5—0,6° С/100 м. На высоте 6—9км ВГТ возрастает и составляет 0,65—0,75° С/100 м. В верхнем слое тропосферы ВГТ снова уменьшается до 0,5—0,2° С/100 м.

Данные о ВГТ в различных слоях атмосферы используют при составлении прогнозов погоды, при метеорологическом обслужи­вании реактивных самолетов и при выводе спутников на орбиту, а также при определении условий выброса и распространения промышленных отходов в атмосфере. Отрицательный ВГТ в при­земном слое воздуха ночью весной и осенью указывает на возмож­ность заморозка.

Рекомендуемые материалы

4.3.2. Распределение температуры воздуха по вертикали

Распределение температуры в атмосфере с высотой называют стратификацией атмосферы. От стратификации атмосферы зави­сит ее устойчивость, т. е. возможность перемещения отдельных объемов воздуха в вертикальном направлении. Такие перемеще­ния больших объемов воздуха происходят почти без обмена теп­лом с окружающей средой, т. е. адиабатически. При этом изме­няется давление и температура перемещающегося объема возду­ха. Если объем воздуха движется вверх, то он переходит в слои с меньшим давлением и расширяется, в результате чего его тем­пература понижается. При опускании воздуха происходит обрат­ный процесс.

Изменение температуры воздуха, ненасыщенного паром (см. раздел 5.1), составляет 0,98° С при адиабатическом перемещении по вертикали на 100 м (практически 1,0°С/100 м). Когда ВГТ< 1,0° С/100 м, то поднимающийся под влиянием внешнего им­пульса объем воздуха при охлаждении на 1°С на высоте 100 м будет холоднее окружающего воздуха и как более плотный нач­нет опускаться в исходное положение. Такое состояние атмосферы характеризует устойчивое равновесие.

При ВГТ =.1,0° С/100 м температура поднимающегося объема воздуха на всех высотах будет равна температуре окружающего воздуха. Поэтому объем воздуха, искусственно поднятый на неко­торую высоту и затем предоставленный самому себе, не будет Далее ни подниматься, ни опускаться. Такое состояние атмосферы называют безразличным.

Если ВГТ> 1,0° С/100 м, то поднимающийся объем воздуха, охлаждаясь на каждые 100 м только на 1,0° С, на всех высотах оказывается теплее окружающей среды, и потому возникшее вер­тикальное движение продолжается. В атмосфере создается неус­тойчивое равновесие. Такое состояние возникает при сильном на­гревании подстилающей поверхности, когда ВГТ растет с высотой. Это способствует дальнейшему развитию конвекции, которая рас-84

Глава 4

пространяется примерно до той высоты, на которой температура поднимающегося воздуха становится равной температуре окружа­ющей среды. При большой неустойчивости возникают мощные ку-чево-дождевые облака, из которых выпадают опасные для посе­вов ливни и град.

В умеренных широтах северного полушария температура у верхней границы тропосферы, т. е. на высоте около 10—12 км, в течение всего года составляет около —50° С. На высоте же 5 км она в июле изменяется от —4° С (на 40° с. ш.) до —12° С (на 60° с. ш.), а в январе на этих же широтах и той же высоте она составляет —20 и —34° С соответственно (табл. 20). В еще более низком (пограничном) слое тропосферы температура еще больше различается в зависимости от географической широты, времени года и характера подстилающей поверхности.

Таблица 20

Среднее распределение температуры воздуха (° С) по высоте в тропосфере в январе и июле над 40 и 60° с.ш.

Температурный режим воздуха

85

Люди также интересуются этой лекцией: 2 Правовое и нормативное регулирования.

Для сельского хозяйства важнейшее значение имеет темпера­турный режим нижней части приземного слоя атмосферы, при­мерно до высоты 2 м, где находится большинство культурных рас­тений и обитают сельскохо зяйственные животные. I этом слое вертикальные гра диенты почти всех метеоре логических величин очен^; велики по сравнению с дру гими слоями. Как уже ука зывалось, ВГТ в приземное слое атмосферы обычно в< много раз превышает ВП в остальной тропосфере В ясные тихие дни, когд< турбулентное перемешива

23 °С

Рис. 18. Распределение температуры в при­земном    слое воздуха и в пахотном    слое почвы днем (1) и ночью (2).

ние       ослаблено,   разность температур воздуха    у    по-

верхности почвы и на высоте 2 м может превышать 10° С. В яс­ные тихие ночи температура воздуха до определенной высоты воз­растает (инверсия) и ВГТ становится отрицательным.

Следовательно, имеются два типа распределения температуры по вертикали в приземном слое атмосферы. Тип, .при котором тем­пература поверхности почвы наибольшая, а от поверхности поки­дается как вверх, так и вниз, называют инсоляционным. Он на­блюдается днем, когда поверхность почвы нагревается прямой солнечной радиацией. Обратное распределение температуры назы­вают радиационным типом, или типом излучения (рис. 18). Этот тип наблюдается обычно ночью, когда поверхность охлаждается в результате эффективного излучения и от нее охлаждаются при­легающие слои воздуха.