Temperatura aerului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Temperatura aerului pe glob în 2002 (medii lunare).

În fizica și meteorologia atmosferică , temperatura aerului este temperatura care caracterizează atmosfera planetelor gazoase.

Când vine vorba de determinarea temperaturii unei mase de aer care invadează atmosfera pământului și spațiul nostru de locuit, impresiile noastre senzoriale, chiar dacă corecte, se dovedesc a fi cu totul insuficiente și inadecvate; în meteorologie, noțiunea de căldură și frig este așadar formulată în termeni complet diferiți, adică într-o manieră pur cantitativă conform practicii științifice .

Sondele radio verticale efectuate prin atmosferă permit să se cunoască temperatura și conținutul de aer la diferite altitudini altimetrice . Prin calcularea diferitelor particule de referință (în mod convențional 1000 bs), meteorologii pot ști ce fel de mase de aer sunt.

Descriere

Variația temperaturii aerului cu altitudinea .

Experiența și nenumăratele măsurători efectuate cu cele mai variate mijloace de explorare arată că temperatura aerului scade odată cu altitudinea . De fapt, atmosfera este încălzită în principal de jos, prin radiații termice terestre, adică prin transferul de căldură de la sol încălzit anterior de radiația incidentă, mai degrabă decât de sus, adică prin absorbția directă a acesteia;

Absorbția radiației infraroșii emise de Pământ de către atmosferă privește, din motive evidente de propagare spațială, mai întâi straturile apropiate de pământ și apoi cele ulterioare mai îndepărtate și este, de asemenea, mai mare cu atât este mai mare densitatea aerului, care este funcția inversă a cotei; Prin urmare, este rezonabil să ne așteptăm la o scădere pe măsură ce ne îndepărtăm de sursa de căldură. Transferul vertical de căldură de la sol la atmosferă și scăderea temperaturii odată cu altitudinea sunt, de asemenea, rezultatul mișcărilor convective atunci când aerul devine turbulent în prezența unei încălziri puternice a solului: mase de aer fierbinte, care au devenit mai puțin dense și, prin urmare, mai multă lumină pe unitate de volum față de zona înconjurătoare, crește în altitudine și, atingând o presiune mai mică, se extinde adiabatic cu răcirea consecventă.

Cu calculele făcute și măsurători directe, gradientul termic vertical , adică

scăderea temperaturii pe unitate de înălțime are o valoare medie de 0,65 ° C / 100m în condiții de stabilitate atmosferică ; poate crește mult în prezența regimurilor de aer turbulent sau în prezența unei încălziri puternice a solului (în deșerturi , se ating rate de până la 20 ° C / 100m); poate fi redusă la zero (temperatura rămâne constantă) și în acest caz atmosfera se numește izotermă sau homotermală ; chiar inversare (temperatura crește odată cu altitudinea) în cazul inversării termice ; acest lucru se produce în straturile superioare ale atmosferei, datorită absorbției diferite a radiației solare, dar poate apărea și în troposfera inferioară și la sol, din nou datorită unei absorbții anormale a radiației datorită acțiunii combinate a vaporilor de apă , absența vântului, a prafului, a cerului senin.

Factori care influențează

Pe lângă altitudine, temperatura aerului depinde și de alți parametri, printre care se remarcă intensitatea radiației solare primite , o funcție la rândul ei a înclinației razelor solare cu suprafața pământului conform legii lui Lambert .

În general, factorii care afectează temperatura aerului sunt:

  • latitudine, adică distanța unui punct de pe pământ de la ecuator: pe măsură ce crește, înclinația razelor crește și intensitatea radiației absorbite scade.
  • anotimpurile : în emisfera nordică vara radiațiile sunt mai intense cu cât razele sunt mai perpendiculare și invers iarna radiațiile sunt mai puține.
  • ora din zi: radiația crește în timpul dimineții până când atinge vârful în orele centrale și apoi revine la scădere și resetare imediat după apusul soarelui și pe tot parcursul nopții.
  • expunerea și înclinația terenului față de razele soarelui: în regiunile temperate ale emisferei noastre, de fapt, locurile expuse spre sud, de exemplu versanții montani, se bucură de o perioadă mai lungă de insolație în timp ce în emisfera sudică există contrariul. Mai mult, încălzirea pantelor este mai mare cu cât se apropie de perpendicular cu razele ( legea lui Lambert ).

Intensitatea radiației solare absorbite de sol se atenuează și, prin urmare, următorii factori au un efect asupra temperaturii aerului:

  • Acoperirea cu nori a cerului datorită puterii reflexive ridicate a norilor : cu cât acoperirea norilor este mai mare, cu atât intensitatea radiației este mai mică; de asemenea, limitează semnificativ iradierea nocturnă, adică emisia de căldură către spațiu de către Pământ: în prezența unui cer înnorat, temperatura suferă, prin urmare, o excursie termică zilnică mai mică.
  • Praful atmosferic, care este setul de particule solide foarte mici, produse reziduale din arderea hidrocarburilor sau eliberate de erupțiile vulcanice. Aceste particule obstrucționează radiația solară prin absorbția și răspândirea acesteia și în cantități mari (adesea în urma unor erupții vulcanice puternice) pot afecta întregul echilibru energetic al Pământului pentru a duce la schimbări climatice la scară largă. De fapt, anul 1816 este amintit ca anul fără vară datorită cantității enorme de praf vulcanic emis direct în atmosferă după erupția vulcanului Tambora din Filipine.
  • Vapori de apă datorită căldurii specifice ridicate (cantitatea de căldură necesară pentru creșterea temperaturii unui gram de substanță cu un grad), datorită puterii de reflecție ridicate în sus și a absorbției din partea de jos a radiației solare și a radiațiilor termice terestre.
  • Stratul de zăpadă care reflectă în cea mai mare parte radiațiile datorate efectului albedo și îndepărtează căldura din mediul înconjurător cu topirea gheții ( căldura de fuziune = aproximativ 80 cal pe gram de apă); de fapt, zonele acoperite de zăpadă au temperaturi care depășesc cu greu 0 ° C și se răcesc mai intens și mai repede în timpul nopții decât zonele neacoperite de zăpadă.
  • Vegetația care absoarbe cantități considerabile de căldură pentru funcțiile sale vitale și emite cantități considerabile de vapori de apă cu transpirație ( ciclu fotosintetic ); teritoriile acoperite de vegetație suferă variații de temperatură mai mici decât zonele fără ea.

Ar trebui subliniată și încălzirea diferită a suprafețelor terestre și marine, fenomen care stă la baza climatului maritim și continental . Datorită unei călduri specifice scăzute și unei penetrări mai scăzute a radiației, terenul se încălzește și se răcește mult mai intens și mai rapid decât suprafața mării, care are în schimb o căldură specifică ridicată (de aproximativ 2,5 ori mai mare decât cea a rocilor, doar amoniacul are o căldură) și care distribuie căldura pe o masă mai mare datorită transparenței mai mari a radiațiilor și a curenților marini.

Vântul afectează și temperatura aerului, deoarece favorizează recircularea aerului, contracarând creșterea sau scăderea temperaturii. De asemenea, facilitează dispersia căldurii corpului oferindu-ne o senzație de frig mai intens sau căldură mai puțin sufocantă; în aceste condiții, unul este, prin urmare, expus la o temperatură practic mai mică decât cea reală măsurată de termometru, atât de mult încât uneori este necesară o nouă măsurare a temperaturii, căreia i se dă numele de temperatura de răcire a vântului egală cu temperatura reală scăzută cu o anumită cantitate proporțională la viteza vântului.

În cele din urmă, trebuie să luăm în considerare influențele pe care le au așa-numitele gaze cu efect de seră asupra temperaturii, sau mai general asupra întregului echilibru termic al Pământului, care, prin împiedicarea radiației terestre, dar nu și a radiației solare, determină o creștere a mediei globale temperatura cu efecte care fac obiectul studiului și dezbaterii în rândul climatologilor din toată lumea și care fac parte din fenomenul complex cunoscut în mod obișnuit ca efect de seră .

Influențele temperaturii

Temperatura afectează:

  • asupra densității aerului și deci și asupra presiunii atmosferice . De fapt, masele de aer la diferite temperaturi au, de asemenea, diferite densități și presiune atmosferică, deoarece aerul mai cald este mai puțin dens și, prin urmare, mai rarificat decât aerul rece, care este în schimb mai dens și, prin urmare, mai comprimat. Această diversitate a celor două mase de aer generează un gradient baric (diferența de presiune) care reprezintă „motorul” deplasărilor maselor de aer: vânturi;
  • pe umiditatea relativă a aerului: cu cât aerul este mai cald, cu atât este mai mică umiditatea relativă dacă umiditatea absolută rămâne constantă și invers; Cu toate acestea, temperaturile mai ridicate favorizează acumularea în aer a unor cantități mai mari de vapori de apă, adică cresc umiditatea absolută prin evaporare și evotranspirație din solul și vegetația umede.
  • pe starea de precipitații (solide sau lichide) adică ploaie sau zăpadă , rouă sau îngheț .

Temperatura reală și temperatura percepută

Calculator manual al efectului de vânt

În domeniul meteorologiei și în unele discipline legate de medicină (precum fiziologia ) este definită așa-numita temperatură percepută , adică senzația de „fierbinte” sau „rece” care se simte; se datorează nu numai temperaturii aerului, ci și altor condiții de mediu, cum ar fi umiditatea și vântul. De exemplu, umiditatea din aer poate crește senzația de căldură, în timp ce vântul poate crește senzația de frig.

Motivul pentru care umiditatea din aer poate crește senzația de căldură este că un conținut mai mare de vapori de apă din aer face mai puțin ușoară evaporarea apei conținute în transpirație , un proces fundamental pentru corpul uman pentru a elibera excesul de căldură. Explicația acestui fenomen este inerentă definirii temperaturii bulbului umed .

În schimb, motivul pentru care vântul poate crește disconfortul legat de frig este acela că crește viteza cu care corpul pierde căldură.

Pentru a măsura disconfortul asociat condițiilor de mediu fierbinți și umede, se folosește în mod obișnuit așa-numitul indice de căldură , dezvoltat în 1978 de George Winterling pe baza studiilor efectuate de Robert G. Steadman și adoptat în anul următor de către National Weather Service din Statele Unite. [1] . Indicele de căldură se limitează la luarea în considerare a factorului corectiv exercitat doar de umiditatea relativă asupra temperaturii aerului și, prin urmare, nu poate fi considerat un indicator absolut al temperaturii percepute de corpul uman, deoarece acesta din urmă este sensibil la alți factori, precum masa corporală a individului , îmbrăcămintea, activitatea fizică, vâscozitatea sângelui, expunerea la radiații solare , viteza vântului.

Mai puțin frecvent, se face trimitere la indicele humidex , dezvoltat în Canada în 1965 și perfecționat în 1979 de JM Masterton și FA Richardson de la Serviciul meteorologic canadian. La fel ca indicele de căldură Winterling, humidex își propune, de asemenea, să măsoare temperatura percepută prin aplicarea unui factor corectiv legat de umiditatea relativă a temperaturii aerului. Indicele humidex poate fi obținut folosind următoarea formulă:

unde H este temperatura aparentă ( humidex ) exprimată în ° C, T este temperatura reală a aerului în ° C și e este presiunea parțială a vaporilor a aerului exprimată în hPa . Valoarea lui e poate fi măsurată cu instrumente speciale sau calculată empiric începând de la umiditatea relativă RH :

Prin urmare, temperatura aparentă H este o funcție a temperaturii reale și a umidității relative [2] . La aceeași temperatură a aerului și umiditate relativă, valoarea humidex tinde să fie mai mare decât valoarea indicelui de căldură Winterling.

Există și alți indici pentru măsurarea condițiilor climatice calde și umede, cum ar fi indicii de disconfort THOM , care însă nu oferă o evaluare a temperaturii aparente.

Pe de altă parte, pentru a măsura disconfortul legat de condițiile de mediu ale vântului și frigului, se utilizează frecvent indicele de răcire a vântului (numit și „indicele de răcire”), care calculează temperatura percepută luând în considerare și viteza vântului. Indicele frigului eolian a fost folosit pentru prima dată în 1936 de Paul A. Siple, cercetător în Antarctica. Au fost propuse mai multe formule pentru acest index; formula corespunzătoare graficului de temperatură echivalentă cu noua răcire a vântului (introdusă în 2001 de National Weather Service - NWS - SUA ) este următoarea:

unde W este temperatura aparentă a răcirii vântului (în ° C), T este temperatura reală a aerului la 10 m înălțime (în ° C), V este viteza vântului (în km / h ). Formula indicată este valabilă numai pentru viteze ale vântului mai mari sau egale cu 1,3 metri pe secundă (4,68 km / h) și pentru temperaturi reale sub 10 ° C. [3]

Temperatura în cazuri extreme poate fi dăunătoare și poate provoca dureri, în special temperaturile peste 45-50 ° C pot provoca dureri fizice. [4] [5]

Există, de asemenea, o curbă sau un indice Scharlau , care vă permite să analizați modul în care temperatura reală este percepută pe baza umidității, precum și a indicelui de căldură (Steadman, 1979). [6]

Tendinţă

Performanța zilnică a temperaturii aerului la sol pentru un anumit loc și în condiții de cer senin prezintă o creștere rapidă imediat după răsăritul soarelui , o creștere continuă până când radiația solară de intrare depășește reemisia de pe Pământ în spațiu , atingând din acest motiv vârful nu neapărat în perioada de insolare maximă care este în jurul prânzului local, ci în primele ore ale după-amiezii; de aceea o tendință de scădere până când radiația termică ( infraroșu ) emisă de Pământ depășește radiația solară primită, adică până la noul răsărit, când se atinge temperatura minimă.

Rata de scădere în condiții standard, adică cer senin și fără vânt, este de obicei maximă la apus și scade mai mult sau mai puțin lent, dar progresiv până la noul răsărit de soare cu răcirea solului în deplină conformitate cu legea lui Stefan. Boltzmann care dorește o o iradiere mai mare a unui corp cu cât este mai fierbinte și invers. Imaginea se schimbă dacă intervin factori deranjanti precum tulbure , umiditate , vânt etc.: primul este capabil să scadă, să oprească sau chiar să inverseze rata de scădere pe timp de noapte, producând uneori chiar o mică creștere a temperaturii, în timp ce în timpul zilei are practic efectul opus de oprire sau scădere a radiației solare primite și, prin urmare, limitarea creșterii temperaturii; al doilea interferează în general cu scăderea nocturnă a temperaturii atunci când este aproape de punctul de rouă , în plus condițiile de aer mai uscat favorizează scăderea temperaturii în comparație cu aerul umed; în cele din urmă, vântul are capacitatea de a amesteca aerul contracarând astfel atât creșterea, cât și scăderea temperaturii.

Prin urmare, este posibil să se determine pentru o anumită locație media zilnică dintre temperatura maximă și temperatura minimă, excursia zilnică de temperatură care este diferența dintre temperatura maximă și cea minimă înregistrată pe parcursul a 24 de ore, excursia medie anuală a temperaturii care este diferența dintre temperatura medie a lunilor cele mai fierbinți și cele mai reci (în general iulie și ianuarie) este legată în principal de anotimpuri, de apropierea de mare și de altitudinea la care scade, deși într-o măsură mai mică.

În condiții atmosferice optime (cer senin și fără chiar un nor , lipsa precipitațiilor atmosferice, vânt calm) există intervalul maxim de temperatură : cea mai mare temperatură este atinsă în timpul zilei din cauza radiației solare și în timpul nopții datorită dispersiei căldurii: aceasta explică de ce, mai ales la sfârșitul toamnei și la începutul primăverii , înghețul se poate forma chiar și la temperaturi peste 0 ° C. În timpul unei zile însorite, solul este mai cald decât atmosfera, deoarece acumulează mai multă căldură decât atmosfera și revine mai puțin; noaptea în schimb, de obicei, este opusul: testul se poate face vara pe plajă prin „arderea” punându-ți picioarele pe nisip. Un teren prea fierbinte în caz de soare foarte cald și aer rece la mare altitudine poate provoca formarea grindinei favorizată de antrenarea aerului uscat.

Cu toate acestea, se poate întâmpla ca temperatura să scadă chiar și în plină zi - acest lucru se întâmplă dacă bate un vânt rece și / sau ca urmare a unei acoperiri de nor - sau să crească chiar și în mijlocul nopții - acest lucru se întâmplă în schimb dacă un bate vântul aerului. Fenomenele care determină scăderea temperaturii sunt furtuni, tornade , explozii , grindină și ploaie amestecate cu zăpadă. Ploaia poate crește și reduce temperatura atmosferei, în funcție de alte circumstanțe externe.

Setul de valori pe care temperatura le asumă în spațiul atmosferic reprezintă intervalul scalar al temperaturii. Pentru reprezentarea sa se folosesc hârtii speciale pe care liniile numite izoterme unesc toate punctele având aceeași temperatură. Pentru studiul temperaturii aerului într-un teritoriu dat, hărțile izoamplitudinale sunt mult mai utile, în care liniile numite izodiafori unesc toate punctele cu aceeași excursie anuală, lunară sau zilnică.

Încălzire globală

Temperatura atmosferică medie este principalul parametru de referință pentru schimbările climatice din timpul istoriei climatice a Pământului; în special, măsurătorile moderne indică o creștere medie a temperaturii globale a atmosferei terestre de aproximativ 1,2 ° C în ultimii 150 de ani, ceea ce reprezintă datele experimentale pe care se sprijină fenomenul încălzirii globale actuale.

Notă

  1. ^ Calculatorul indexului de căldură al Serviciului Național Meteorologic din SUA : Copie arhivată , la hpc.ncep.noaa.gov . Adus la 23 august 2011 (arhivat din original la 12 august 2011) . .
  2. ^ Tabelele care arată diferite valori ale temperaturii aparente humidex , corespunzătoare diferitelor condiții de temperatură reală și umiditate relativă, sunt disponibile pe Nimbus Web FAQ - întrebări și răspunsuri despre vreme, climă și ghețari
  3. ^ Tabelele care prezintă diferite valori ale temperaturii aparente a răcirii vântului , corespunzătoare diferitelor condiții de temperatură reală și viteza vântului, sunt disponibile pe Nimbus Web FAQ - întrebări și răspunsuri despre vreme, climă și ghețari
  4. ^ Fiziopatologia durerii acute , pe projectosalute.com .
  5. ^ Temperatură , pe treccani.it .
  6. ^ Căldură toridă, căldură sufocantă și temperatură percepută: să fim limpezi

Elemente conexe

Alte proiecte

Meteorologie Portal de meteorologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de meteorologie