Как изменяется температура воздуха с высотой?

Температура воздуха изменяется с высотой в зависимости от различных факторов, таких как атмосферное давление, солнечная радиация и географическое положение. В этой статье мы рассмотрим, какие процессы влияют на изменение температуры воздуха с высотой, и как эти изменения влияют на климат и погоду.

Содержание

Температурный градиент

Температурный градиент — это изменение температуры при изменении высоты. Он играет важную роль в атмосферных науках и погоде, так как помогает понять изменение температуры воздуха при подъеме или спуске в атмосфере. Температурный градиент может быть различным в разных частях атмосферы и в разные времена года.

Температурный градиент изменяется из-за различной теплопроводности и солнечного излучения на разных высотах. Грубо говоря, с увеличением высоты атмосферы, температура воздуха сначала уменьшается, а затем, в стратосфере, начинает увеличиваться.

В зависимости от условий адиабатический температурный градиент может быть влажным или сухим. Влажный температурный градиент характеризуется более медленным уменьшением температуры с высотой из-за конденсации водяного пара, а сухой температурный градиент обусловлен более быстрым уменьшением без учета конденсации.

В таблице ниже показаны типичные значения градиента температуры в различных частях атмосферы:

Высотный диапазон	Температурный градиент
Поверхность — 1км	6.5°C/км
1км — 11км	-56.5°C/км
11км — 20км	1°C/км

Температурный градиент играет важную роль в понимании изменения температуры воздуха с высотой. Он варьируется в зависимости от условий в атмосфере и играет ключевую роль в погодных явлениях.

Факторы влияния

Изменение температуры воздуха с высотой зависит от нескольких факторов. Рассмотрим основные из них:

Давление

С увеличением высоты давление уменьшается, что оказывает прямое влияние на изменение температуры. По физическому закону, при расширении воздуха его температура снижается, поэтому с увеличением высоты воздух становится реже, давление уменьшается, и температура снижается.
Уровень освещенности и солнечная радиация

С повышением высоты уровень солнечной радиации и освещенности также изменяется. Солнечная радиация нагревает поверхность Земли, которая в свою очередь передает тепло воздуху. С увеличением высоты интенсивность солнечной радиации уменьшается, что также влияет на изменение температуры.
Географическая широта

Географическая широта также оказывает влияние на изменение температуры воздуха с высотой. На экваторе температура воздуха будет меняться иначе, чем в полюсных регионах из-за особенностей солнечной радиации.
Атмосферные массы

В верхних слоях атмосферы преобладают холодные воздушные массы, которые также влияют на изменение температуры. Поэтому чем выше мы поднимаемся, тем прохладнее становится воздух.
Альбедо поверхности

Покрытие земной поверхности (снег, лед, вода, лес и т.д.) влияет на то, сколько солнечной радиации будет поглощаться, а сколько отражаться. Например, снежные покровы имеют высокий альбедо и тем самым способствуют более сильному отражению солнечной радиации.

Изучение всех этих факторов позволяет понять, как изменяется температура воздуха с высотой и какие процессы происходят в атмосфере.

Вертикальные зоны

В атмосфере Земли можно выделить несколько вертикальных зон, различающихся по температурным характеристикам. Эти зоны играют важную роль в формировании климата и погоды на планете. Изучение вертикальных зон помогает понять изменения температуры воздуха с высотой и их влияние на жизнь на Земле.

Основными вертикальными зонами в атмосфере являются теплые и холодные зоны. Теплые зоны обычно располагаются ближе к поверхности Земли, а холодные зоны – выше. Это связано с особенностями солнечной радиации, поглощаемой атмосферой. Как известно, солнечный свет и тепло неравномерно распределяются по поверхности земного шара из-за его сферической формы и наклона оси вращения. Из-за этого теплые зоны образуются у земной поверхности, где солнечные лучи падают под прямым углом, а холодные – в области полюсов, где они падают под косым углом.

Тепловое распределение в атмосфере также зависит от конвекции – передачи тепла воздухом. Под действием солнечного нагревания нижние слои атмосферы нагреваются быстрее и становятся теплее, что вызывает подъем теплого воздуха. Этот процесс приводит к формированию теплых вертикальных зон, в то время как в более высоких слоях атмосферы температура начинает убывать, образуя холодные зоны.

Вертикальные зоны в атмосфере определяются солнечной радиацией, конвекцией и изменением температуры с высотой. Изучение этих зон позволяет понять законы изменения температуры воздуха в атмосфере и их влияние на климат и погоду на Земле.

Практическое значение

Знание о том, как изменяется температура воздуха с высотой, имеет большое практическое значение во многих областях. Ниже приведены несколько сфер, в которых данное знание наиболее важно:

Авиация: Для пилотов и авиационных инженеров важно понимать изменение температуры воздуха при подъеме на различные высоты. Это влияет на работу двигателей, выбор маршрутов и высоту полета.
Метеорология: Знание вертикального распределения температуры помогает метеорологам предсказывать погодные условия и формировать климатические модели. Это важно для прогнозирования температуры на земле, предотвращения стихийных бедствий и оценки климатических изменений.
География и экология: Влияние вертикального изменения температуры на экосистемы, ландшафты и распределение растений и животных является ключевым аспектом исследований в географии и экологии.
Энергетика: Ветры, облака и осадки образуются в результате конвекции, которая зависит от вертикальной температурной структуры атмосферы. Знание о вертикальном изменении температуры воздуха важно для планирования и эксплуатации ветро- и солнечных электростанций.
Наземные транспортные средства: Предсказание изменения температуры воздуха на различных высотах полезно для дорожных служб и водителей, особенно при движении через горные перевалы, где температура может существенно изменяться.