Особенности годового хода приземной температуры воздуха в разных частях Земли по данным ОА Гидрометцентра РФ
результате описанных процессов в некотором объеме воздуха, принято называть
индивидуальными. Они характеризуют изменение теплового состояния
определенного количества воздуха. Однако температура в определенном месте
может изменяться также в результате перемещения воздуха в горизонтальном
направлении, т. е. при адвекции. При адвекции тепла в данное место
поступает воздух, имеющий более высокую температуру, чем воздух,
находившийся здесь раньше, а при адвекции холода - воздух, имеющий более
низкую температуру. Адвекция тепла (или холода) является важным фактором
местного изменения температуры не только в тропосфере, но и в стратосфере
[1].
Характер деятельной поверхности оказывает большое влияние на процессы
нагревания и охлаждения прилегающего к ней слоя атмосферы. Тепловые
воздействия суши и водной поверхности на атмосферу неодинаковы: деятельная
поверхность суши отдает воздуху значительно большую часть получаемого ею
лучистого тепла (35-50%), чем поверхность водоемов, которая большую часть
получаемого тепла отдает более глубоким слоям. Много тепла на водоемах
затрачивается также на испарение воды, и лишь незначительная его часть
расходуется на нагревание воздуха. Поэтому в периоды нагревания суши воздух
на ней оказывается теплее, чем над водной поверхностью. Когда же деятельная
поверхность охлаждается путем излучения, то суша, не накопившая достаточно
запаса тепла, сравнительно быстро охлаждается и охлаждает прилегающие слои
воздуха.
Моря, океаны и большие озера в теплое время года накапливают в своей
толще значительное количество тепла. В зимнее время они отдают его воздуху.
Поэтому воздух над водными поверхностями зимой теплее, чем над сушей.
Поверхности материков в свою очередь являются неоднородными. Леса,
болота, степи, поля отдают воздуху неодинаковые количества тепла. Кроме
того, почвы различных видов (чернозем, песок, торф) также оказывают
неодинаковое термическое влияние на воздух [7].
Растительный покров оказывает существенное влияние на температуру
воздуха. Поверхность густого растительного покрова поглощает почти всю
приходящую к ней радиацию и практически является деятельной поверхностью.
Прилегающий к ней воздух днем прогревается, а по направлению вверх и вниз
от этой поверхности температура убывает. Ночью над поверхностью
растительного покрова в результате ее излучения воздух оказывается наиболее
холодным. В редком растительном покрове охлажденный воздух несколько
опускается до уровня с более густой листвой. В этом случае деятельной
поверхностью является не внешняя поверхность растительности, а несколько
более низкий уровень. Днем воздух над растительным покровом нагревается, а
ночью охлаждается меньше, чем над оголенной почвой. Это объясняется большой
теплоемкостью растительного покрова, а также тем, что часть лучистой
энергии, поступающей на растительный покров, расходуется в нем на различные
физические и биологические процессы главным образом на испарение.
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
