Як нагрівається атмосферне повітря

§23. Як нагрівається атмосферне повітря

Сонце світить не для кількох дерев і квітів, а для великої радості світу.

Генрі Ворд Бічер, американський публіцист

• Прочитайте вислів Генрі Бічера. Що ви знаєте про значення Сонця для всього живого на Землі?
• Пригадайте, чи рівномірно Сонце нагріває земну поверхню. Яким приладом вимірюють температуру повітря?
• Як змінюється температура повітря впродовж доби, року?

Як розподіляється сонячна енергія в атмосфері. 

Головним джерелом енергії для всіх процесів, які відбуваються на поверхні Землі, є Сонце. До поверхні нашої планети доходить лише незначна частина сонячної енергії.

Розглянемо шляхи сонячного проміння в атмосфері.

За малюнком 1 з’ясуйте, яка частина енергії Сонця доходить до Землі й поглинається нею, тобто витрачається на її нагрівання.

Частина сонячних променів поглинається, розсіюється у тропосфері й відбивається назад у космічний простір, а частина витрачається на перетворення кисню на озон.

Температура нижніх шарів атмосферного повітря залежить від температури поверхні, над якою воно перебуває. Сонячне проміння, проходячи крізь прозоре повітря, майже не нагріває його. Натомість нагрівається земна поверхня, і вже від неї прогрівається повітря (мал. 2).

Користуючись малюнком 2, розкажіть у парі одне одному, як відбувається нагрівання повітря.

Дослідіть, що тепліше в сонячний день – віконне скло чи підвіконня. Свою думку обґрунтуйте.

Від чого залежить температура нагрівання підстильної поверхні. 

Температура нагрівання поверхні залежить від кута падіння сонячних променів. Що більший кут падіння променів, то вища температура нагрівання підстильної поверхні. І навпаки, там, де кут падіння сонячних променів невеликий, поверхня нагрівається менше (мал. 3).

Користуючись малюнком 3, припустіть, які показники температури повітря, вказані нижче, відповідають буквам А, В, С.

1. +26 °С.
2. +17 °С.
3. +12 °С.

Поверхню Землі (ґрунт, вода, сніг, лід, рослинність), яка взаємодіє з атмосферою, обмінюючись із нею теплом і вологою, називають підстильною поверхнею.

Щоб переконатися в залежності температури поверхні від кута падіння сонячних променів, проведіть дослід у групі.

Вам знадобиться ліхтарик.

Спрямуйте промінь ліхтарика на рівну поверхню під прямим кутом. Зверніть увагу на освітлену ділянку. Обведіть її крейдою. Змініть кут падіння світла та знову обведіть освітлену ділянку. З’ясуйте, у якому випадку поверхня освітлюється краще. Зробіть висновок.

Величина нагрівання залежить від здатності підстильної поверхні відбивати та поглинати сонячну енергію. Темна поверхня нагрівається швидше, а світла – повільніше, бо світлі кольори відбивають частину сонячного проміння, не поглинаючи теплової енергії, яку воно несе.

Поясніть, у якому з пунктів, показаних на малюнку 4, буде вища температура. Свою відповідь обґрунтуйте.

Як змінюється температура повітря впродовж доби. 

У полудень кут падіння сонячних променів збільшується, і поверхня прогрівається сильніше. Сонячні промені в атмосфері вранці й увечері через малий кут падіння долають у 35 разів довшу відстань, ніж у полудень, що зумовлює їхнє розсіювання й поглинання атмосферою. Отже, протягом доби температура значно змінюється. Найнижча температура спостерігається вранці перед сходом Сонця, а найвища – після полудня (мал. 5).

Як вимірюють температуру повітря. 

Для вимірювання температури повітря термометри розміщують на метеорологічних станціях у спеціальних будках, захищених від прямих сонячних променів. Тут проводять спостереження за температурою повітря не менше ніж тричі на добу. Щоб порівняти температуру різних діб, визначають середньодобову температуру. Вона є середнім арифметичним числом показників температури протягом доби.

Так само вираховують середньомісячну та середньорічну температури. На основі спостережень за температурою складають графіки температур.

Різниця між найвищими й найнижчими показниками температур протягом певного періоду часу називається амплітудою коливань температур.

Визначають добову, місячну та річну амплітуди. Добова амплітуда температур на Землі неоднакова. Великі добові коливання температури в тропіках пояснюють значною прозорістю атмосфери.

Як прозорість атмосфери впливає на температуру повітря? Наведіть приклади.

На полюсах у полярний день температура впродовж доби майже не змінюється. Незначною є також амплітуда над океанами та на екваторі. Подумайте чому.

Практикум: Визначення середньодобової і середньомісячної температур

1. Розгляньте графік зміни температури повітря впродовж доби (мал. 6). З’ясуйте:

• а) о котрій годині доби температура досягла мінімуму;
• б) о котрій годині доби температура була найвищою;
• в) яка амплітуда температур;
• г) яка середньодобова температура.

2. Шестикласники київської школи спостерігали за середньодобовою температурою повітря в місті впродовж квітня і дані записували в таблицю. Проаналізуйте дані таблиці й визначте, яка була середня температура повітря в місті Києві у квітні 2022 року.

Дні місяця	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Температура, °С	10	5	0	2	1	3	4	6	4	6
Дні місяця	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Температура, °С	4	4	4	5	6	3	3	4	5	8
Дні місяця	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Температура, °С	10	8	10	18	17	21	16	17	17	14

3. На графіку (мал. 7) зображено середньомісячну температуру повітря в місті Києві у 2022 році. Розгляньте графік річного ходу температури і дайте відповіді на запитання.

• A. Який місяць був найтепліший у році?
• Б. Який місяць був найхолодніший?
• B. Яка річна амплітуда температур?

Географічні рекорди.

Температурний максимум на Землі був зареєстрований у м. Тріполі (північ Африки) — +58 °С. Найнижчу температуру -89,6 °С зареєстровано на науковій станції «Купол Фудзі» в Антарктиді. У нашій країні температурний максимум +42 °С спостерігався на метеостанції Луганська, а мінімум -43 °С – в Українських Карпатах.

Максимальну температуру повітря було зафіксовано в Ірані в пустелі Деште-Лут. Стовпчик термометра тут піднявся до +71 °С.

Як змінюється температура з висотою. 

Рельєф місцевості також впливає на температуру повітря, оскільки південні схили гір краще прогріваються, ніж північні. Водна поверхня нагрівається повільніше, ніж щільний ґрунт, але повільніше й охолоджується. Крім того, на температуру впливають вітри, переміщення повітряних мас, прозорість атмосфери, хмарність, опади, висота над рівнем моря, наявність водойм тощо.

Оскільки атмосфера нагрівається за рахунок енергії, яку поглинула підстильна поверхня, то найкраще нагрівається її нижній шар. З висотою температура знижується в середньому на 6 °С при збільшенні висоти на 1 км. На межі між тропосферою і стратосферою температура змінюється від -83 до -53 °С.

У нижній частині стратосфери температура з висотою вже не знижується. Вона залишається майже постійною, а вище 25 км починає знову зростати, досягаючи максимального значення 0 °С на межі стратосфери і мезосфери (близько 55 км).

Визначте температуру повітря на вершині гори висотою 4200 м, якщо біля її підніжжя, яке розташоване на висоті 500 м над рівнем моря, температура становить + 25 °С.

Температура – найважливіший екологічний чинник, на який реагують усі живі істоти. Вона впливає на життєдіяльність людей. При температурі повітря понад 30 °С працездатність людини починає падати. За таких умов потрібно випивати не менше ніж 0,5 л води на годину, приблизно одну чашку кожні 20 хвилин.

Коротко про головне

• Температура нагрівання поверхні Землі залежить від кута падіння сонячних променів.
• На основі спостережень за температурою складають графік ходу температур за добу, місяць, рік.
• Різницю між найвищими й найнижчими показниками температур протягом певного періоду часу називають амплітудою коливань температур.
• З висотою температура знижується в середньому на 6 °С при збільшенні висоти на 1 км.

Перевіряємо себе

1. Поясніть, від чого залежить температура атмосферного повітря Землі.
2. Що таке середньодобова, середньомісячна, середньорічна температури? Як їх визначають?
3. З якою метою проводяться спостереження за температурою?
4. Що називають підстильною поверхнею? Як її властивості впливають на нагрівання атмосферного повітря?
5. Поясніть, чому температура повітря знижується з висотою.
6. Оцініть свою роботу на уроці.

• Назвіть три моменти, які у вас вийшли добре, і запропонуйте одну дію, яка надалі покращить вашу роботу.

Що ви знаєте про «озонові діри» в атмосфері? З’ясуйте, чому вони виникають. Як вони впливають на здоров’я людини? Скористайтеся інтернет-ресурсами та відео.

Зміст