Суточный ход температуры воздуха

При отсутствии горизонтального переноса (адвекции) тепла и холода, а также трансформации воздуха (см. ниже) суточ­ный ход температуры воздуха зависит от следующих фак­торов: притока солнечной радиации, эффективного излучения, испарения влаги, турбулентного теплообмена подстилающей по­верхности с атмосферой и теплообмена в почве. Так как в раз­личных географических условиях все эти факторы действуют раз­лично, то и суточный ход температуры в разных частях зем­ного шара неодинаков. Он различен на разных широтах, над водной поверхностью и сушей, над влажной и сухой почвой, он зависит от облачного покрова, степени прозрачности воздуха и т. п. С восходом солнца приток солнечной радиации усиливается. По мере увеличения притока прямой и рассеянной радиации поверхность суши нагревается; нагревание продолжается до тех пор, пока не устанавливается равновесие между притоком тепла и теплоотдачей. От подстилающей поверхности вследствие тур­булентного переноса тепла нагреваются сначала нижние, а за­тем и выше лежащие слои воздуха. Ночью в результате излу­чения температура почвы понижается, но это понижение не­сколько ослабевает в связи с турбулентным переносом тепла от воздуха к почве. Так как воздух нагревается и охлаждается от подстилающей поверхности, то наибольшая разность между максимальной и минимальной температурами наблюдается вблизи поверхности земли. С высотой суточная амплитуда температуры уменьшается. По данным С. А. Сапожниковой, на станции Арысь (Средняя Азия) на высоте 5 см днем при ясной погоде температура до­стигала 38,1° выше нуля, а на высоте 1,5 м — всего лишь 35,2° при средней скорости ветра 2,9 м/сек. Ночью, наоборот, на вы­соте 5 см температура понизилась до 15,3°, между тем как на высоте 1,5 м при средней скорости ветра, равной 1,6 м/сек, она составляла 16,3°. На первой высоте суточная амплитуда достигала 22,8°, а на второй — лишь 18,9°. В приземном слое воздуха при небольших скоростях ветра вследствие ослабления турбулентного перемешивания ампли­туда температуры больше, чем при больших скоростях ветра, когда вследствие усиления турбулентного перемешивания вели­чина амплитуды уменьшается. Большое число влияющих на суточный ход температуры факторов, которые меняются во времени и пространстве, очень затрудняет расчет суточного хода температуры. Однако уже имеется ряд методов, позволяющих рассчитать суточный ход температуры, правда лишь на ближайшие сутки. Так, М. Е. Шве­цу удалось учесть влияние облачности и расхода тепла на ис­парение и построить графики для определения суточного хода температуры, которые нашли применение в оперативных орга­нах службы погоды СССР. Способы определения ночного минимума температуры, осно­ванные на несколько иных принципах, предложены Д. Л. Лайхтманом, М. Е. Берляндом и А. С. Зверевым. Эти способы расчета дают достаточно высокую оправдываемость и применяются при прогнозах туманов и ночных заморозков. Средняя суточная амплитуда температуры воздуха над су­шей в экваториальной и тропической зонах Земли достигает 12—15°. По мере передвижения на север (в средних широтах северного полушария) суточная амплитуда уменьшается. Так, например, в южных районах СССР при ясном небе летом сред­няя суточная амплитуда температуры равна 16—19°, в средней полосе 13—15°, в северных районах 8—10°. Зимой суточная ам­плитуда при тех же условиях заметно меньше. В частности, в южных районах СССР она равна 10—12°. Над влажной или покрытой растительностью почвой суточ­ная амплитуда меньше, чем над оголенной и сухой почвой. Еще в большей степени суточная амплитуда температуры зави­сит от облачности. При полном покрытии неба облаками, осо­бенно при ветреной погоде, суточная амплитуда невелика. Умеренный и сильный ветер перемешивает воздух, уменьшая тем самым и прогревание и охлаждение его. При пасмурном небе суточная амплитуда температуры летом в южных районах СССР составляет 10—12°, в средней полосе 8—9° и на севере 4—6°. В табл. 14 приводятся разности величин суточной ампли­туды температуры при ясном и пасмурном небе по данным Д. А. Педь и 3. Л. Туркетти. Из таблицы следует, что на юге СССР (Кушка) в течение года они больше (8—13°), чем в дру­гих районах, и мало меняются от месяца к месяцу. На севере страны (Игарка) эти разности несколько меньше (2—7°). На всех других станциях разности величин амплитуды в тече­ние года занимают промежуточное положение между разностями на указанных выше южной и северной станциях. При этом в умеренных широтах в летний период они несколько больше, чем в зимний. Особо выделяется район Каспийского моря (Красноводск), в котором почти в течение всего года разности со­ставляют 2—4°.

При ясном небе максимальные суточные амплитуды темпе­ратуры достигают значительных величин. В табл. 15 для сравнения приведены средние и максимальные значения суточной амплитуды для ряда пунктов при ясном небе.

Как видно из табл. 15, в районах с резко континентальным климатом максимальные величины суточной амплитуды дости­гают 29—30° (Байрам-Али, Оймякон), а на береговых стан­циях обычно не превышают 10—12° (Владивосток, Канин-Нос, Махачкала). В Центральной Арктике и Антарктике суточная амплитуда в течение года, за исключением периода равноденствия, почти отсутствует в связи с тем, что летом солнце вовсе не заходит за горизонт, а зимой не восходит. Суточная амплитуда темпе­ратуры воздуха над водной поверхностью обычно не превы­шает 2—3°, так как температура поверхности вод морей и океа­нов в течение суток подвергается весьма небольшим измене­ниям. Небольшая суточная амплитуда температуры воздуха над водными бассейнами объясняется тем, что изменения темпера­туры поверхностных вод благодаря турбулентному перемешива­нию передаются в ниже лежащие слои воды. По некоторым данным, суточные изменения температуры в водоемах прони­кают до глубин 15—20 м. Глубина проникновения суточных изменений температуры в почве гораздо меньше и составляет 0,5-1,0 м. В почве и воде годовые колебания температуры распростра­няются по-разному. В морях и океанах они проникают до 60— 200 и даже 300 м, а на суше — до 15—20 м. Например, в рай­оне Калининграда амплитуда годовых колебаний температуры в море и на суше следующая: на поверхности моря и суши амплитуда составляет соответственно 19,0 и 20,3°, на глубине 5 м — 18,6 и 3,9°, на глубине 15 м — 7,5 и 0,1°; наконец, на глу­бине 23 м годовые колебания температуры в море составляют 6,5°, а на суше на этой же глубине температура не испытывает никаких изменений. На рис. 17 приведены кривые суточного хода температуры в ряде пунктов в августе при ясной погоде. Как видно на рисунке, большая амплитуда наблюдается в Ереване и Душанбе, где дневное прогревание и ночное охлаждение происходят наи­более интенсивно в связи с расположением этих городов в кот­ловине, в окружении гор. Меньшая амплитуда имеет место в Сочи, находящемся на берегу южного моря, и в Таллине, расположенном на берегу Финского залива.

Суточный ход температуры воздуха в Ереване, Сочи, Таллине и Душанбе при ясной погоде летом