Особенности годового хода приземной температуры воздуха в разных частях Земли по данным ОА Гидрометцентра РФ (стр. 2 из 15)

В лесу максимальные и минимальные температуры воздуха наблюдаются над кронами деревьев или, если листва редкая, несколько ниже крон. Поэтому наибольшие амплитуды также отмечаются над кронами, а выше и ниже они уменьшаются. Из многочисленных наблюдений за температурой воздуха в лесу, под кронами деревьев и в открытом поле установлено, что в среднем температура в лесу ниже, чем в поле. Повышая ночные минимумы и понижая дневные максимумы, лес сглаживает суточные колебания температуры. Амплитуды суточного хода температуры воздуха в лесу примерно на 2°С меньше, чем в поле.

Тепловой режим города. Города оказывают значительное влияние на температуру воздуха. В летнее время жилые здания, различные городские сооружения, дорожные покрытия и др., нагреваясь, отдают свое тепло воздуху. Поэтому температура воздуха в городе оказывается выше, чем в его окрестностях. Особенно велико это различие в вечерние часы, когда здания и сооружения, сильно нагревшиеся днем, постепенно отдают свое тепло воздуху. Кроме того, в городе почти отсутствуют участки открытой почвы и сравнительно малы площади растительного покрова, поэтому здесь меньше затраты тепла на испарение. Это также способствует повышению температуры воздуха в городе [5].

Зимой в городах вследствие пониженной прозрачности воздуха меньше эффективное излучение. Поэтому температура воздуха в городе зимой тоже несколько выше, чем в окрестностях. Наблюдениями установлено [11], что среднегодовые температуры воздуха в городах на 0,5-1,0 °С выше, чем в окрестностях. Чем крупнее города, тем больше эта разность.

Определено [4], что под влиянием антропогенных выбросов водяного пара и загрязнения атмосферы другими газообразными и твердыми примесями, изменения теплофизических и оптических (радиационных) свойств земной поверхности произошли существенные изменения в мезоклиматическом режиме крупных городов и промышленных центров.

По данным ежедневных (за 8 сроков) метеорологических наблюдений в городе (Санкт - Петербург, Кемерово, Уфа, Н. Новгород, Архангельск, Екатеринбург и др.) и в нескольких пунктах, удаленных от него на несколько десятков километров, определены и проанализированы разности температур воздуха, давлений водяного пара и относительной влажности, в формировании которых (разностей) основную роль играют мезомасштабные процессы и не сказывается влияние процессов синоптического и более крупного масштабов. Определены не только средние значения и квадратические отклонения, но и построены для различных сезонов года и времени суток функции распределения разностей этих метеовеличин, которые использованы для оценки вероятности превышения температуры, давления водяного пара и относительной влажности в городе по сравнению с его окрестностями (сельской местностью).

С целью выявления роли различных факторов в формировании поля температуры («острова тепла») выполнен расчет коэффициентов корреляции между разностью температур (город - окрестности) и концентрацией различных загрязняющих (парниковых) веществ в городе, а также между разностью температур и разностью давлений водяного пара.

Рассчитаны также коэффициенты корреляции между изменениями во времени температуры воздуха в городе и приращениями давления водяного пара за те же интервалы времени.

Анализ для различных сезонов года и времени суток корреляционных связей, равно как и функций распределения температуры и влажности воздуха позволили заключить: во все сезоны года определяющую роль в повышении (по сравнению с окрестностями) температуры в городе (формирования «острова тепла») играет поглощение инфракрасной радиации антропогенным водяным паром, влияние других парниковых газов и аэрозоля примерно на порядок меньше; в дневные часы летом и частично весной сильно уменьшенная (вплоть до знака) разность температур между городом и окрестностями также формируется в основном под влиянием поглощения радиации водяным паром, однако в изменении давления водяного пара существенную роль играет различие в скоростях испарения (последняя в дневные часы летом в окрестностях больше, чем в городе).

1.2. Годовой ход температуры воздуха

Все воздушные массы зимой холоднее, а летом теплее, поэтому температура воздуха в каждом отдельном месте меняется в годовом ходе: средние месячные температуры в зимние месяцы ниже, в летние - выше. Вычислив для какого-либо места средние месячные температуры по многолетнему ряду наблюдений, увидим, что они плавно меняются от одного месяца к другому, повышаясь от января или февраля к июлю или августу и затем понижаясь.

Годовой ход температуры воздуха определяется, прежде всего, годовым ходом температуры деятельной поверхности. Амплитуда годового хода представляет собой разность среднемесячных температур самого теплого и самого холодного месяцев.

В северном полушарии на континентах максимальная среднемесячная температура воздуха наблюдается в июле, минимальная - в январе. На океанах и побережьях материков экстремальные температуры наступают несколько позднее: максимум - в августе, минимум - в феврале-марте. На суше амплитуды годового хода температуры воздуха значительно больше, чем над водной поверхностью. Даже над сравнительно небольшими материковыми массивами Южного полушария они превышают 15°С, а под широтой 60° на материке Азии (в Якутии) они достигают 60°С [3].

Не только моря, но и большие озера уменьшают годовую амплитуду температуры воздуха и смягчают климат. Посредине озера Байкал годовая амплитуда температуры воздуха 30-31°С, на его берегах около 36°С, а под той же широтой на р. Енисей 42°С. Аналогичное влияние на температуру воздуха наблюдается на озерах Иссык-Куль, Ладожском, Севан и других [9].

Годовая амплитуда температуры воздуха растет, с географической широтой. На экваторе приток солнечной радиации меняется в течение года очень мало. По направлению к полюсу различия в поступлении солнечной радиации между зимой и летом возрастают, а вместе с ними возрастают и годовые амплитуды температуры воздуха. Над океаном вдали от берегов широтное изменение годовой амплитуды невелико. Если бы Земля была сплошь покрыта океаном, свободным ото льда, то годовая амплитуда температуры воздуха менялась бы от нуля на экваторе до 5 - 6° С на полюсе. В действительности над южной частью Тихого океана вдали от материков годовая амплитуда между 20 и 60° ю. ш. увеличивается приблизительно с 3 до 5° С. Над более узкой северной частью Тихого океана, где больше влияние соседних материков, амплитуда между 20 и 60° с. ш. растет уже с 3 до 15° С.

Большое влияние оказывают на годовой ход температуры воздуха погодные условия: туман, дождь и главным образом облачность. Отсутствие облачности зимой приводит к понижению средней температуры самого холодного месяца, а летом - к повышению средней температуры самого теплого месяца.

Малые амплитуды наблюдаются и во многих областях над сушей и даже вдали от береговой линии, если в эти области часто приходят воздушные массы с моря (Западная Европа). Повышенные амплитуды наблюдаются и над океаном, если в эти районы часто попадают воздушные массы с материка, например в западных частях океанов Северного полушария. Следовательно, величина годовой амплитуды температуры зависит не просто от характера подстилающей поверхности или от близости данного места к береговой линии, а от повторяемости в данном месте воздушных масс морского и континентального происхождения, т. е. от условий общей циркуляции атмосферы [2].

С высотой годовая амплитуда температуры убывает. В горах внетропического пояса температура убывает в среднем на 2° С на каждый километр высоты, в свободной атмосфере больше. На рис. 1 видно, что над океаном к югу от Японии годовая амплитуда даже в пределах нижних 100 м. убывает вдвое. Во внетропических широтах значительный годовой ход температуры остается даже в верхней тропосфере и стратосфере. Он определяется сезонным изменением условий поглощения и отдачи радиации не только земной поверхностью, но и воздухом [10].

Рис. 1 Годовой ход температуры воздуха над океаном к югу Японии непосредственно над водой (1) и на высоте 100 м. (2)

Годовой ход температуры воздуха в разных географических зонах разнообразен. По величине амплитуды и по времени наступления экстремальных температур выделяют четыре типа годового хода температуры воздуха.

1. Экваториальный тип. В экваториальной зоне в году наблюдаются два максимума температуры - после весеннего и осеннего равноденствия, когда солнце над экватором в полдень находится в зените, и два минимума - после зимнего и летнего солнцестояния, когда солнце находится на наименьшей высоте. Амплитуды годового хода здесь малы, что объясняется малым изменением притока тепла в течение года. Над океанами амплитуды составляют около 1 °С, а над континентами 5-10 °С.