Температура воздуха понижается с высотой потому что земля поглощает и отражает солнечное излучение, и чем выше находится воздух, тем меньше остается тепла после прохождения солнечных лучей сквозь атмосферу.

Температура воздуха – один из основных параметров атмосферы Земли, который изменяется с высотой. Наблюдая за изменениями температуры, мы можем заметить, что с каждым восходящим метром температура постепенно понижается. Но почему это происходит?

Главная причина понижения температуры с высотой связана с тем, что атмосфера Земли нагревается от поверхности планеты. Когда солнечные лучи попадают на поверхность Земли, она нагревается и передает часть своего тепла воздуху. Однако, по мере восхождения, уровень нагрева уменьшается, а вот потери тепла увеличиваются.

На каждый километр выше поверхности Земли средняя температура понижается примерно на 6 градусов Цельсия. Этот процесс называется стратификацией атмосферы. Здесь ключевую роль играет наличие озона, который в верхних слоях атмосферы поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца. Поглощая энергию света, озон воздействует на окружающую атмосферу, причем воздух снижается в температуре, стремясь сохранить равновесие.

Температура воздуха меняется с высотой

Почему температура воздуха понижается с высотой?

Большинство атмосферных газов поглощают солнечное излучение и преобразуют его в тепловую энергию. В результате этого поглощения, поверхность земли нагревается. Тепло от поверхности передается молекулам воздуха процессом конвекции, и воздух начинает подниматься по горячим воздушным потокам.

По мере подъема воздуха нагретый воздух расширяется, а давление падает. Падение давления ведет к остыванию воздуха. Так называемое «адиабатическое охлаждение» происходит в результате расширения воздуха и является основной причиной понижения температуры в тропосфере с высотой.

Лапласова адиабата

Закон Лапласа говорит о том, что при адиабатическом процессе (т.е. процессе без теплообмена) теплоемкость газа увеличивается с повышением температуры. Таким образом, при адиабатическом подъеме воздуха, в котором нет обмена теплом с окружающей средой, его температура будет понижаться с высотой.

Кроме того, в тропосфере происходит также явление под названием «инверсия». Инверсия — это слой атмосферы, в котором температура возрастает с высотой. Но такие обратные температурные градиенты крайне редки и относятся к исключению.

Атмосфера

Температура воздуха является одним из важнейших параметров атмосферы. Она изменяется с высотой, а этот феномен называется температурным градиентом.

Согласно стандартной атмосфере, температура воздуха понижается на 6,5 °C на каждые 1000 метров подъема. Это значит, что на высоте 1000 метров температура будет на 6,5 °C ниже, чем на поверхности Земли.

Причина такого понижения температуры связана с изменением плотности воздуха с высотой. В верхних слоях атмосферы давление становится ниже, что приводит к расширению и охлаждению воздуха. Кроме того, на более высоких высотах солнечная радиация поглощается менее эффективно, что также способствует понижению температуры.

Понижение температуры с высотой имеет важные последствия для атмосферных явлений. Например, это помогает создавать условия для образования облачности и осадков. Кроме того, понижение температуры с высотой влияет на распространение звуковых волн и определенные процессы химических реакций в атмосфере.

Тепловое равновесие

Теплота в атмосфере передается преимущественно за счет конвекции, теплопроводности и излучения. Благодаря этим процессам, тепло передается от нагретой поверхности Земли к холодному воздуху. По мере возрастания высоты происходит уменьшение давления и плотности воздуха, что ведет к расширению и охлаждению воздушных масс.

Кроме того, внутри верхних слоев атмосферы возникают различные термодинамические процессы, такие как адиабатическое охлаждение и нагревание. В результате этих процессов, воздух при подъеме остывает, а при опускании — нагревается. Таким образом, изменение температуры с высотой является результатом сложного взаимодействия между тепловыми процессами в атмосфере.

Стремление атмосферы к тепловому равновесию объясняет также появление термических инверсий — обратных температурных градиентов, при которых температура возрастает с высотой. Они возникают, например, в результате взаимодействия воздушных масс различной плотности или под действием определенных метеорологических условий.

Таким образом, тепловое равновесие является одной из основных причин понижения температуры воздуха с высотой и оказывает значительное влияние на метеорологические процессы в атмосфере.

Термоинверсия

Термоинверсия обычно возникает в стабильных атмосферных условиях, когда горизонтальные потоки воздуха разделены слоями с разными температурами. Типичным примером является ситуация, когда холодный воздух остается неподвижным в нижней части атмосферы, а теплый воздух перемещается выше.

Основной механизм термоинверсии – это инверсия теплообмена. Когда атмосфера становится стабильной, отсутствуют вертикальные движения воздуха, которые обычно перемешивают высокие и низкие слои. В результате, тепло, высвобождаемое поверхностью Земли, не перемешивается вертикально, и холодный воздух остается у поверхности, а теплый воздух – выше.

Термоинверсия является распространенным явлением в горных областях, долинах и городах, где наличие многочисленных источников тепла, таких как промышленные предприятия и автомобильные дороги, может приводить к образованию инверсионных слоев.

Изучение термоинверсии и ее последствий играет важную роль в понимании различных метеорологических феноменов и климатических условий. Это также позволяет разрабатывать меры по улучшению качества воздуха и предупреждению опасных метеорологических явлений.

Градиент атмосферного давления

Это происходит из-за двух основных факторов. Во-первых, с ростом высоты, количество воздуха над данным уровнем становится меньше. Когда поднимаемся вверх, все больше воздуха остается позади на более низких уровнях атмосферы, и его вес и давление уменьшаются. Во-вторых, с ростом высоты, уменьшается сила гравитационного притяжения, и воздух оказывает меньшее давление на меньшие поверхности.

Градиент атмосферного давления можно представить в виде таблицы, где каждому уровню высоты соответствует определенное значение давления. В таблице можно отслеживать изменения давления в зависимости от высоты и видеть, как оно уменьшается по мере подъема вверх в атмосфере.

В таблице видно, что с ростом высоты давление значительно уменьшается. Это означает, что воздух становится менее плотным, и, как следствие, его температура понижается. Более точно, мы можем говорить о снижении удельной теплоемкости воздуха. С увеличением высоты воздух растягивается и охлаждается из-за снижения давления.

Таким образом, градиент атмосферного давления играет важную роль в определении изменений температуры воздуха с высотой. Это явление можно наблюдать, когда поднимаемся в горы или летаем на самолете. Понимание этого процесса помогает нам объяснить, почему на разных высотах в среднем воздух имеет разную температуру.

Закон Гай-Люссака

Один из основных законов, объясняющих понижение температуры воздуха с увеличением высоты, называется Законом Гай-Люссака. Этот закон был сформулирован французским физиком Жозефом Гай-Люссаком в начале XIX века и продемонстрировал соотношение между объемом и температурой газа.

Согласно Закону Гай-Люссака, при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его температуре. Иными словами, если увеличить температуру газа, его объем также увеличится, а если снизить температуру, объем газа уменьшится.

При подъеме в атмосфере происходит редукция, то есть уменьшение давления. Из-за этого газ, окружающий нас на поверхности Земли, расширяется и становится менее плотным с возрастанием высоты. При этом газ теряет тепло, так как попадает в области с более низкими температурами. В результате температура воздуха понижается с высотой по Закону Гай-Люссака.

Высотные пояса

Одной из причин понижения температуры с высотой является рассеивание солнечной радиации. Как известно, Солнце нагревает Землю и ее атмосферу, но высотные слои атмосферы получают гораздо меньше солнечной энергии, чем над поверхностью. Поэтому, по мере восхождения в атмосфере солнечное излучение становится все менее интенсивным, что приводит к охлаждению воздуха.

Еще одной причиной понижения температуры с высотой является уменьшение давления. Воздух в атмосфере оказывает давление на нижние слои, а с ростом высоты давление убывает. С уменьшением давления происходит расширение воздуха, в результате которого он охлаждается.

Температурные характеристики воздушных масс на разных высотах и в различных высотных поясах имеют огромное значение для метеорологических прогнозов, климатических исследований и погодных условий в разных регионах Земли.

Высокие горы и плоскогорья

Один из главных факторов, определяющих понижение температуры с высотой, связан с горными районами, включая высокие горы и плоскогорья.

Подъем в горы означает, что воздух восходит вместе с поверхностью земли. При этом атмосферное давление снижается, а объем воздуха расширяется. У расширяющегося воздуха места для передачи и отвода тепла значительно больше, что приводит к его быстрому охлаждению и, следовательно, снижению температуры.

В итоге, в горах и на плоскогорьях температура воздуха постепенно понижается с увеличением высоты. Это объясняет холодный климат хребтов гор и высокогорных плато. В горах и плоскогорьях многое зависит также от местных условий и влияния других факторов, таких как расположение и экспозиция относительно солнца, влажность и наличие ветра.