Процессы нагревания и охлаждения воздуха. Факторы, влияющие на нагревание и охлаждение воздуха

Тепловым режимом атмосферы называют характер распределе­ния и изменения температуры в атмосфере. Тепловой режим атмо­сферы определяется главным образом ее теплообменом с окружающей средой, т.е. с деятельной поверхностью и космическим про­странством.

За исключением верхних слоев, атмосфера поглощает солнеч­ную энергию сравнительно слабо. В частности, непосредственно солнечными лучами тропосфера нагревается незначительно. Основ­ным источником нагревания нижних слоев атмосферы является тепло, получаемое ими от деятельной поверхности. В дневные часы, когда приход радиации преобладает над излучением, деятельная поверхность нагревается; становится теплее воздуха, и тепло пере­дается от нее воздуху. Ночью деятельная поверхность теряет тепло путем излучения и становится холоднее воздуха. В этом случае воздух отдает тепло почве, в результате чего сам он охлаждается. Перенос тепла между деятельной поверхностью и атмосферой, а также в самой атмосфере может осуществляться с помощью сле­дующих процессов.

1. Молекулярная теплопроводность. Воздух, соприкасающийся деятельной поверхностью, обменивается с ней теплом посредством молекулярной теплопроводности. Однако вследствие того, что коэф­фициент молекулярной теплопроводности неподвижного воздуха сравнительно мал, этот вид теплообмена тоже весьма мал по сравнению с другими видами.

2. Турбулентное перемешивание. Атмосферный воздух находится в постоянном движении. Движение отдельных его небольших пор­ций, объемов, вихрей имеет неупорядоченный, хаотический харак­тер. Такое движение называется турбулентным перемешиванием или, короче, турбулентностью. Турбулентность оказывает большое влияние на многие атмосферные процессы, в том числе на теплообмен. В результате турбулентного перемешивания атмосферы возникает интенсивный перенос тепла из более теплых ее слоев в менее теплые. Теплообмен между земной поверхностью и атмосферой посредством турбулентного перемешивания происходит значительно интенсивнее, чем теплообмен за счет молекулярной теплопроводности воздуха. Так, летом в полуденное время над сушей турбулентный поток тепла при одинаковом градиенте тем­пературы примерно в 10000 раз больше молекулярного. В от­дельных же случаях он может отличаться от молекулярного еще больше.

3. Тепловая конвекция. Тепловой конвекцией называется упоря­доченный перенос отдельных объемов воздуха в вертикальном на­правлении, возникающий в результате сильного нагрева нижнего слоя атмосферы. Теплые порции воздуха как более легкие подни­маются, а их место занимают холодные, которые затем тоже нагреваются и поднимаются. Тепловая конвекция первоначально возникает как движение отдельных небольших струй объемов, вих­рей, которые постепенно сливаются, образуя мощный восходящий поток, сопровождаемый компенсирующими его нисходящими дви­жениями в соседних районах. Вместе с перемешивающимися пор­циями воздуха происходит перенос тепла от более нагретых слоев атмосферы к менее нагретым.

Над сушей тепловая конвекция возникает в результате неравно­мерного нагревания разных участков деятельной поверхности почвы. Над морем она тоже возникает в случае, когда водная по­верхность теплее прилежащих слоев атмосферы. На водоемах такое положение часто имеет место в холодное время года и в ночные часы. Конвективный перенос тепла при благоприятных условиях может охватывать по вертикали всю толщу тропосферы.

4. Радиационная теплопроводность. Некоторую роль в передаче тепла от почвы к атмосфере играет излучение деятельной поверх­ностью длинноволновой радиации, поглощаемой нижними слоями атмосферы. Последние, нагреваясь, таким же способом последова­тельно передают тепло вышележащим слоям. В период охлаждения поверхности радиационный поток тепла направлен от вышележа­щих слоев атмосферы вниз. Над сушей этот поток проявляется главным образом в ночные часы, когда турбулентность резко ос­лаблена, а тепловая конвекция отсутствует.

5. Испарение влаги с деятельной поверхности и последующая конденсация (сублимация) водяного пара в атмосфере. При кон­денсации (сублимации) выделяется теплота, которая идет на на­гревание окружающего воздуха.

Из пяти перечисленных процессов обмена теплом между дея­тельной поверхностью и атмосферой превалирующая роль принад­лежит турбулентному перемешиванию и тепловой конвекции. Изменения температуры, происходящие в 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].

Другие статьи по теме

Описание Ямало-Ненецкого Автономного Округа, его экономика, культура, история и география На крайнем севере Западно-Сибирской равнины расположен Ямало-Ненецкий автономный округ (“Ямало-Ненецкий округ”), который по праву является гордостью и надеждой России, богатый разнообразными природными ресурсами, родина малочисленных нар .

Тихвин Ти́хвин — город (с 1773 года) в России. Административный центр Тихвинского муниципального района Ленинградской области и Тихвинского городского поселения. С 4 ноября 2010 года городу было присвоено звание города воинской славы, в горо .