Колебания температуры воздуха

 

Температура воздуха изменяется вслед за изменением температуры земной поверхности. В метеорологической будке амплитуда суточных колебаний температуры воздуха примерно на одну треть меньше, чем на поверхности почвы.

График суточного хода температуры воздуха имеет вид правильной кривой только при ясной и тихой погоде. В обычных условиях он искажается под воздействием облачности и адвекции. Кроме того, на суточный ход температуры оказывают влияние ее непериодические изменения. По этой причине в климатологии используются средние многолетние графики суточного хода температуры.

Суточная амплитуда температуры воздуха зависит от амплитуды температуры поверхности почвы, которая тесно связана с состоянием облачности. Кроме того, суточная амплитуда температуры воздуха изменяется по сезонам и в зависимости от широты местности. Зимой она меньше, чем летом. С увеличением широты местности она убывает, т.к. убывает и полуденная высота Солнца. На широте 20–30º суточная амплитуда составляет 12ºС, а на широте 60º уменьшается до 6ºС, на широте 70º суточная амплитуда колебаний температуры воздуха равна 3ºС.

В степных и пустынных местностях суточная амплитуда составляет 15–20ºС, иногда достигая и 30ºС. Под густым растительным покровом она снижается. В регионах, граничащих с морем, амплитуда колебаний температуры меньше, чем в континентальных, удаленных от морских побережий. На положительных формах рельефа он больше, чем на равнинных, а на отрицательных меньше.

Над поверхностью моря суточные амплитуды температуры невелики, но они больше, чем амплитуды водной поверхности. Последние снижаются под влиянием адвекции воздушных масс, а также вследствие непосредственного поглощения солнечной радиации нижним слоем воздуха днем и инфракрасным излучением ночью.

Суточные колебания температуры воздуха передаются в более высокие слои атмосферы в основном путем турбулентной теплопроводности. Ввиду большой подвижности воздуха суточные колебания в нем распространяются на значительно больший слой, чем в воде.

На высоте 3 м амплитуда суточного хода температуры составляет 50% от амплитуды у земной поверхности, а запаздывание экстремумов составляет 1,5–2 ч. На высоте 1000 м амплитуда уменьшается до 1–2ºС, а на высоте 5000 м падает до 0,5ºС, при этом дневной максимум смещается на вечер.

Колебания суточной температуры в верхней тропосфере и стратосфере определяются процессами поглощения и излучения солнечной радиации непосредственно воздухом, а не влиянием земной поверхности.

В умеренных широтах обычный ход температуры в значительной мере искажается главным образом под влиянием переноса воздушных масс из других районов. Сильные похолодания, связаны с вторжением холодных воздушных масс из Арктики или Антарктики.

В Европе похолодания связаны с проникновением холодных воздушных масс с Востока, а в восточной Европе – с европейской части России. Холодные воздушные массы с севера проникают в бассейн Средиземного моря и достигают северной Африки. В значительной мере продвижение этих масс задерживают горные системы, расположенные в широтном направлении, особенно Альпы и Кавказ.

В Азии холодный воздух свободно проникает до южных границ СНГ, там их продвижение задерживают Памир, Алтай, Гималаи и Тибет. В юго-восточной Азии холодный воздух не встречает на своем пути значительных препятствий.

В Северной Америке отсутствуют горные хребты широтного направления, поэтому холодные массы воздуха из Арктики могут распространяться до Флориды и Мексиканского залива.

Над океанами холодный воздух может распространяться до тропических широт. Несмотря на то, что воздух в своем движении над более теплой водой прогревается, понижения температуры в этих районах носят ощутимый характер.

Вторжения морского воздуха из Атлантики в Европу вызывает потепления зимой и похолодания летом. По мере продвижения на Восток свойства атлантического воздуха изменяются, однако, его влияние прослеживается вплоть до Среднесибирского плоскогорья и Средней Азии.

Тропический воздух вторгается в Европу и зимой и летом из Северной Африки и низких широт Атлантики. Летом воздушные массы с тропическими характеристиками формируются в южной части самой Европы, а также проникают туда из Казахстана и Средней Азии. В азиатскую часть России тропические массы воздуха вторгаются из Монголии, Китая и южных республик СНГ.

В каждый район Земли воздушные массы различного происхождения поступают с различными, характерными для них температурами. В каждой точке местности, на которую эти воздушные массы поступили, формируется свой температурный режим. Характерная температура для каждого типа воздушных масс изменяется по сезонам и месяцам. В одни и те же сроки температура одних и тех же воздушных масс имеет определенные различия, поэтому можно определить только пределы колебания температуры и ее среднее значение.

Например, зимой морской воздух из Атлантики часто приносит на территорию Москвы оттепели, однако, с течением времени воздух выхолаживается и становится континентальным. Летом этот воздух наоборот, нагревается.

Характеристикой колебаний температуры воздуха в определенной точке служит межсуточное изменение температуры. При отсутствии непериодических изменений средняя суточная температура плавно изменяется от суток к суткам. В случае же смены воздушных масс эти изменения могут достигать значительных величин.

Абсолютные значения (модули) межсуточных изменений, осредненные за многолетний период, наряду со средней многолетней амплитудой суточного хода температуры являются одной из климатических характеристик местности. Межсуточная изменчивость температуры возрастает при значительных адвективных процессах на данной территории.

Межсуточная изменчивость температуры мала в тропиках и возрастает по мере увеличения широты местности. В морских воздушных массах изменчивость температуры меньше, чем в континентальных. Особенно велика она в Западной Сибири, на Печоре и во внутренних частях Северной Америки.

В европейской части России межсуточная изменчивость температуры в среднем за год составляет 2,5º, в южной Европе – 1,5ºС, в западной Европе – 2ºС, Зимой она повсюду больше, чем летом. В зимний период в Западной Сибири и Северной Америке межсуточная изменчивость температуры достигает 5–6ºС. По всей тропосфере она возрастает с высотой, На уровне тропопаузы в Европе изменчивость равна 4ºС, а в Северной Америке возрастает до 6,5ºС. Такая неравномерность суточной изменчивости температуры возникает как следствие больших адвективных течений в верхних слоях тропосферы.

Заморозки являются следствием совместного воздействия суточного хода температуры и ее непериодических изменений. Заморозками называются понижения температуры воздуха до 0ºС и ниже в период, когда средние суточные температуры держатся выше 0ºС, что имеет место осенью и весной.

Следует отметить, что температура воздуха, измеренная в метеорологической будке, при этом может быть и положительной. Наблюдается и такая ситуация, когда температура самого нижнего слоя воздуха остается положительной, но температура самой почвы и растений опускается ниже нуля за счет эффективного излучения. Такое явление называется заморозком на почве.

Заморозки связаны с адвекцией холодных арктических или полярных масс воздуха. В ясные и тихие ночи, когда эффективное излучение особенно велико, а воздух не уносится ветром и выхолаживается, заморозки происходят особенно часто. Заморозки чаще наблюдаются в низинах, где воздух застаивается, а также при наступлении антициклона. Значительное охлаждение воздуха вблизи почвы ведет к образованию приземной инверсии.