Как посчитать среднюю суточную температуру
Определение температуры воздуха, температурный режим, среднегодовое и среднесуточное значения
Климат — почти неизменный и повторяющийся ежегодно режим погоды. В свою очередь, погода в каждой конкретной точке земного шара определяется разными параметрами. Один из них — температура воздуха. За ее изменениями постоянно наблюдают метеорологи на специальных станциях, собирая информацию для последующего составления прогнозов погоды.
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:
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:
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.
Кроме того, вид поверхности играет важную роль в формировании и перемещении воздушных масс. Температура воздуха изменяется неодинаково над водной поверхностью и над сушей.
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.
Средние значения и амплитуда температур
Одна из характеристик климата географической точки — среднесуточная температура. Ее можно определить как среднее арифметическое от замеров, сделанных 4 раза за сутки:
Среднегодовая температура является средним арифметическим от суммы температур всех месяцев года. Соответственно, среднемесячная определяется по сумме ежедневных данных за месяц, разделенной на число дней в месяце.
Температурные колебания в каком-либо регионе характеризуются амплитудой температуры, т. е. разницей между самым высоким и самым низким значением, зафиксированным за определенный промежуток времени. Обычно говорят о суточной, месячной или годичной амплитуде.
В России самые большие амплитуды имеют суточные температурные колебания, происходящие в ясную погоду весной и летом.
Амплитуда колебаний зависит от многих факторов. Прежде всего — это температурные изменения на подстилающей поверхности, чем шире их диапазон, тем больше амплитуда температуры воздуха. Она зависит и от облачности: в ясную погоду колебания сильнее, чем в пасмурную. Сезонные показатели длительного воздействия также отличаются — зимой они меньше, чем летом. С увеличением широты амплитуда температуры воздушных масс идет на убыль, поскольку убывает высота, на которую поднимается солнце к полудню.
Суточная амплитуда неодинакова на разных формах рельефа земной поверхности. На склонах и вершинах холмов и гор она меньше, чем на равнинных территориях. Это объясняется тем, что у выпуклых рельефных форм площадь соприкосновения воздуха и подстилающей поверхности меньше, чем у плоских. Кроме того, на них воздушные массы быстро сменяются на новые.
В оврагах и лощинах форма рельефа вогнутая. Здесь происходит более сильный нагрев воздуха от поверхности и застаивание его в дневные часы. Ночью большие массы холодного воздуха стекают по стенкам вниз. Поэтому в таких местах наблюдается повышенная амплитуда температуры. Но в очень узких ущельях, где приток солнечной радиации небольшой, этот показатель даже меньше, чем в широких долинах.
На материковой широте 20—30° суточная амплитуда, взятая в среднем за год, составляет около двенадцати градусов Цельсия. На широте 60° — примерно 6 °C, а на широте 70° — всего 3 °C.
Имеет значение и почвенный покров: в местности, где он густой и обширный, суточный разброс температур небольшой, а в сухом климате пустынь, полупустынь и степей может достигать 30 °C. Расположение климатической зоны вблизи морей и океанов уменьшает амплитуду.
Суточный ход на суше
Изменения температуры воздуха происходят вместе с изменением температуры подстилающей поверхности с задержкой примерно 15 минут. В течение суток самые низкие показания у термометра наблюдаются в 4−6 часов утра. Так происходит потому, что воздушные массы, нагретые за дневные часы, в ночные постепенно остывают.
Пик процесса понижения приходится как раз на время перед восходом Солнца. С раннего утра солнечные лучи начинают постепенно нагревать воздух, успевший остыть за ночь. Днем солнце достигает зенита, согревая не только воздушные массы, но и поверхность земли. Самое большое значение термометр показывает в 14−16 часов.
К этому времени атмосфера начинает получать тепло и от солнечной энергии, и от нагретой подстилающей поверхности, а температурный показатель достигает своего максимального значения. Потом начинается постепенное остывание и земли, и воздуха. Правильные наблюдения за суточным ходом температуры желательно проводить при ясной погоде.
Закономерности суточного хода лучше прослеживаются в средних значениях при большом числе наблюдений. В виде графиков они представляют собой плавные кривые, сходные с синусоидами. В самых высоких широтах солнце не заходит или не восходит неделями, там регулярного суточного хода температуры нет.
Особенности теплообмена над водными поверхностями
Суточные амплитуды над поверхностью морей и океанов больше значений на самой поверхности. Их диапазон колебаний небольшой — в пределах десятых долей градуса. В нижних слоях атмосферы над океанами колебания достигают 1−1,5 °C, над внутренними морями — до 5 °C. Это происходит потому, что днем солнечная радиация поглощается водяным паром в самых нижних слоях воздуха, а ночью от них исходит длинноволновое тепловое излучение.
Отличия условий прогревания воды и суши обусловлены тем, что теплоемкость твердой поверхности в два раза меньше, чем у водной. Одинаковое количество тепла нагревает сушу в два раза быстрее воды. При охлаждении наблюдается обратный процесс. Кроме того, тепло над водными поверхностями расходуется на испарение воды и на прогревание водных масс на значительную глубину. При этом происходит перемешивание воды в вертикальном направлении.
Все это причины того, что в океанах накапливается намного больше тепла, чем на материках. Вода удерживает его долгое время и расходует равномерней суши. Можно утверждать, что температура воздуха над океанами повышается и понижается значительно медленней, чем на суше.
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:
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.
Урок географии по теме: «Температура воздуха»
Разделы: География
I. Приветствие учащихся
Учитель. Какую оболочку Земли мы начали изучать?
Ответ. Атмосферу.
Учитель. Что такое атмосфера?
Ответ. Газообразная или воздушная оболочка Земли.
Учитель. Какими качествами или показателями мы можем охарактеризовать воздух? (По ходу ответов учащихся учитель заполняет на доске схему).
На доске нарисована лестница из нескольких ступеней, на каждую ступень учитель помещает лист с написанной на нем проблемой. И проговаривает проблему.
Учитель. Сегодня мы с вами изучим только одну из характеристик – температуру воздуха. И за время урока поднимемся по лестнице знаний, решая следующие проблемы:
Учитель. Также научимся определять суточную амплитуду температуры воздуха и среднесуточную температуру воздуха.
II. Запись темы урока в тетрадь
Учитель. Итак, решаем первую проблему.
Наблюдая за температурой и проводя ее измерения, люди заметили, что в течение дня температура воздуха меняется. Утром довольно холодно. К полудню воздух прогревается лучше, самая высокая температура воздуха после полудня. К вечеру становится прохладнее. Холоднее всего бывает перед восходом Солнца. Почему в течение дня температура воздуха меняется?
Заслушиваются мнения учащихся.
III. Демонстрация опыта
Учитель. Как вы думаете, под какими лучами фонаря будет теплее и почему?
А теперь давайте проследим, как движется солнце по небосклону в течение дня.
Учитель прикрепляет на доску три изображения Солнца в разном положении над горизонтом в течение дня. И демонстрирует изменение угла падения солнечных лучей в зависимости от времени суток.
Учитель. Сделайте, пожалуйста, вывод. От чего же зависит изменение температуры воздуха?
Ответ: температура воздуха в течение дня изменяется в результате изменения высоты Солнца над горизонтом и угла падения солнечных лучей.
Учитель. Мы успешно преодолели первую ступеньку знаний, давайте теперь решим вторую проблему. Но при одинаковом нагревании Земли поверхность океана и суши нагревается по разному. Днем температура воздуха над океаном холоднее, чем над сушей, а ночью наоборот теплее. Почему?
IV. Объяснение учителя
Учитель. Воздух прозрачен, он пропускает через себя солнечные лучи и не нагревается. Лучи ударяются о непрозрачную земную поверхность и нагревают ее, а уж от земной поверхности нагревается воздух. С одинаковой ли скоростью будет нагреваться вода и суша?
Вода нагревается медленно и остывает медленно.
Учитель. Сделайте вывод по данной проблеме.
Ответ: днем над поверхностью воды воздух будет прохладнее, а ночью теплее, чем над сушей.
Учитель. Температуру воздуха измеряют с помощью термометра (демонстрация термометра). Почему термометр нельзя устанавливать на солнце?
Термометр установленный на солнцепеке будет показывать, на сколько градусов нагрелся сам прибор, а не температура воздуха. Поэтому термометр устанавливают в тени. Наиболее точные температурные данные получают на метеорологических станциях, температуру наблюдают на высоте два метра от земной поверхности в специальной будке.
Давайте посмотрим, что представляет собой будка для измерения температуры воздуха на рисунке 68, стр.107 учебника. В неё легко проникает воздух, а солнечные лучи не попадают.
Учитель. Итак, проблемы нами решены, но у меня возник вопрос. В прогнозе погоды по телевидению или радио нам называют только одно значение (цифру) температуры воздуха. Мы уже знаем, что температура в течение дня меняется, так какое же нам температурное значение называют (утреннее, дневное, вечернее или какое-то другое)?
Чтобы разобраться во всех хитростях подсчетов температуры воздуха метеорологами рассмотрим термометр и научимся высчитывать суточную амплитуду температуры воздуха и среднесуточную температуру воздуха.
Демонстрация прикрепленного к доске самодельного термометра для измерения температуры воздуха.
Учитель. Шкала термометра разбита делениями. Посередине стоит значение ноль. Выше 0 0 расположены деления с положительной температурой, а ниже 0 0 с отрицательной, поэтому положительную температуру воздуха называют высокой, а отрицательную – низкой.
Разница между самой высокой и низкой температурой воздуха называется суточной амплитудой температуры воздуха.
Запись определения понятия суточная амплитуда температуры воздуха в тетрадь.
Учитель. Давайте научимся определять суточную амплитуду температуры воздуха по следующим показаниям термометра:
Время
Алгоритм определения суточной амплитуды температуры воздуха
Запись решения учащимися в тетрадь.
+1 0 С – (–8 0 С) = 9 0 С.
V. Работа в группах
Каждая группа учащихся получает задание определить суточную амплитуду температуры воздуха по предложенным температурным показателям.
Температура воздуха
Температура воздуха
Температура воздуха
Температура воздуха
Учитель. Чтобы сравнить температуру воздуха в разные дни или объявить её населению (какой-либо одной цифрой), необходимо высчитать среднесуточную температуру воздуха.
Алгоритм определения среднесуточной температуры воздуха
Время
Запись решения учащимися в тетрадь
– 8 0 С + (– 7 0 С) + (– 4 0 С) = – 19 0 С.
0 + 1 0 С = + 1 0 С.
– 19 0 С + 1 0 С = – 18 0 С.
– 18 0 С : 5 = – 3,6 0 С.
Учитель. Округлим наши подсчеты и получим в ответе: среднесуточная температура воздуха равна – 4 0 С.
Пользуясь имеющимися у вас температурными показателями, определите среднесуточную температуру воздуха.
Учитель. А теперь пришло время проверить, чему вы научились за урок и выполнить контрольное задание.
VI. Закрепление полученных знаний
Каждая группа получает лист с вопросами теста, отвечая на который разгадывает зашифрованное слово.
Вопросы
А) 3м.
Б) 2м.
В) 5м.
Р) теплее;
С) холоднее;
Т) такая же, как и над сушей.
А) – 47 0 С;
Б) – 2 0 С;
В) + 15 0 С.
13ч. +4 0 С.
19ч. + 8 0 С.
Суточная амплитуда температуры воздуха равна:
А) 11 0 С.
Б) 4 0 С.
В) 5 0 С.
Г) 7 0 С.
7ч. +3 0 С.
13ч. +4 0 С.
19ч. + 8 0 С.
О) + 5 0 С.
П) + 15 0 С.
Р) + 3 0 С
Ответы
Результаты ответов каждой группы (листы с ответами) учитель вывешивает на доску.
VII. Выставление оценок
Температура воздуха. География
Средние температуры
Знаете, как рассчитываются средние величины? Это вы на уроках математики должны были изучать. Чтобы рассчитать среднее арифметическое нескольких чисел, нужно эти числа сложить и разделить сумму на их количество. Вспомнили? Прекрасно. А теперь вернёмся к географии.
Если сложить результаты всех измерений температуры за сутки и разделить на количество этих измерений, то получим среднесуточную температуру. Среднесуточные температуры позволяют сравнивать температурные условия за разные дни. Пойдём дальше. Если сложить все среднесуточные температуры за месяц и разделить полученную сумму на количество дней в месяце, получим среднемесячную температуру. Среднемесячные температуры дают представление о ходе температуры в течение года (рис. 113).
А если сложить среднемесячные температуры за разные годы для какого-то определённого месяца (например, января) и разделить полученную сумму на количество лет, получим среднюю многолетнюю температуру для этого месяца. В данном случае для января. Ну а уж если мы сложим средние многолетние температуры за все месяцы года, а потом сумму разделим на 12, то мы получим. Угадайте, что? Среднюю годовую температуру для того места, где проводились наблюдения за температурой. После всех этих математических рассуждений становится ясен путь определения средней годовой температуры приземного слоя воздуха для всей Земли, правда?
Повторим и запомним: на основе метеорологических наблюдений можно рассчитывать среднесуточную, среднемесячную, среднюю многолетнюю за какой-нибудь месяц и среднегодовую температуру.
1. Солнечные лучи свободно проходят сквозь прозрачную атмосферу и нагревают поверхность Земли. Чем выше мы поднимаемся над этой нагретой поверхностью, тем ниже становится температура воздуха. При подъёме на 1 км температура воздуха в тропосфере понижается на 6 °С.
2. Количество тепла, получаемое земной поверхностью, постепенно убывает в направлении от экватора к полюсам из-за изменения угла падения солнечных лучей.
3. Разность между самой высокой и самой низкой температурой воздуха за какой-либо промежуток времени называется амплитудой температур.
Амплитуда температур, средние температуры
1. По какому закону меняется температура с высотой? 2. Какая существует связь между температурой воздуха и географической широтой места? 3. Как и почему меняется температура в течение суток? 4. Что такое амплитуда температур? 5. Как рассчитать среднесуточную температуру воздуха? А среднемесячную?
А теперь более сложные вопросы
1. Почему температура воздуха с высотой уменьшается? 2. Какова температура воздуха на высоте 3 км, если у поверхности Земли она составляет +20 °С? 3. Почему самая высокая в течение суток температура наблюдается через 2-3 часа после полудня? 4. А почему самый холодный час в сутках — предрассветный? 5. Как вы думаете, какой месяц года отличается минимальными средними температурами? Почему? 6. Определите годовую амплитуду температур с помощью графика на рис. 113.
1. Самое холодное время в течение суток:
а) раннее утро;
б) середина дня;
в) поздний вечер;
г) ночь.
2. В тропосфере температура с увеличением высоты:
а) растёт на 3°С на каждые 100 м;
б) уменьшается на 6 °С на каждые 1000 м;
в) растёт на 6 °С на каждые 1000 м;
г) уменьшается.
3. Если в течение суток самая высокая температура составляла +24 °С, а самая низкая +10 °С, то суточная амплитуда температур составила:
Как рассчитывается среднесуточная температура воздуха?
Однажды мой сын-почемучка спросил: «Почему дядя в телевизоре сказал, что среднесуточная температура сегодня равна 16 градусам, если наш термометр показывает 20° С?». Вот так пришлось и самой разбираться в вопросе, и ребенку объяснять.
Как вычислить среднесуточную температуру воздуха
Я думаю, что температуру окружающего воздуха измерял каждый человек. В бытовых условиях измерения проводятся раз-два в сутки. На метеорологических станциях это делается каждые 3 часа. Таким образом, ученые получают 8 показателей и рассчитывают их среднее арифметическое, то есть суммируют все значения и делят полученную сумму на количество показателей.
Как правильно проводить измерения температуры воздуха
Мой ответ не удовлетворил любознательного ребенка и дальше последовал вопрос: «А как правильно измерить температуру воздуха?».
Как оказалось, метеорологи условились проводить измерения в специальной будке, но с обязательным соблюдением следующих условий:
«Мам, зачем им будка?» — не унимается сын.
Тут все просто. Если термометр расположить близко к земле, то он будет показывать температуру почвы, а не воздуха. Если на прибор будут попадать лучи солнца, то он покажет температуру нагретого спирта или ртути. Деревянный материал будки экологичный и максимально обеспечит воздухообмен внутри нее.
Зачем нужно проводить измерения температуры воздуха
Настало время взять инициативу в свои руки и я спросила у ребенка: «Как ты думаешь, зачем нужно измерять среднесуточную температуру воздуха?». «Чтобы узнать климат и погоду!» — радостно воскликнуло дитя.
Говоря о погоде или климате местности, человек прежде всего имеет в виду температуру окружающего воздуха. Наряду с ней, важными характеристиками являются давление и влажность воздуха. Но составление прогноза погоды и климат, мы обсудим в следующий раз.