Сонячні промені в атмосфері. Ви знаєте, що джерелами енергії всіх процесів, які відбуваються на поверхні Землі, є Сонце та надра нашої планети. Сонце — головне джерело. До верхньої межі атмосфери доходить майже одна двохмільярдна частка енергії, що випромінюється Сонцем. Однак навіть така мала частка сонячної енергії повністю не досягає поверхні Землі.

Частина сонячних променів поглинається, розсіюється в тропосфері й відбивається назад у космічний простір, а частина доходить до Землі й поглинається нею, витрачається на її нагрівання.

Нагрівання атмосферного повітря. Температура нижніх шарів атмосферного повітря залежить від температури поверхні, над якою воно перебуває. Сонячне проміння, проходячи крізь прозоре повітря, майже не нагріває його, навпаки, через хмари й уміст домішок воно розсіюється, утрачаючи частину енергії. Натомість, як ми вже зазначали, нагрівається земна поверхня, і вже від неї прогрівається повітря.

Температура нагрівання поверхні залежить від кута падіння сонячних променів.

На нашій планеті поверхня нагрівається за такою самою схемою. Уранці й увечері Сонце освітлює земну поверхню під гострим кутом, і тому сонячні промені ніби ковзають по земній поверхні, майже не нагріваючи її. У полудень кут падіння сонячних променів збільшується, і поверхня прогрівається сильніше. Крім того, сонячні промені в атмосфері вранці й увечері через малий кут падіння долають у 35 разів довшу відстань, ніж у полудень, що зумовлює їх розсіювання й поглинання атмосферою.

Отже, протягом доби температура значно змінюється. Найнижча температура спостерігається вранці перед сходом Сонця, а найвища — після полудня.

Кут падіння сонячних променів залежить і від географічної широти місцевості. Найсильніше прогрівається територія на екваторі, оскільки кут падіння сонячних променів протягом року наближається до 90°, а до полюсів він зменшується, тому ці райони є найхолоднішими.

Колір і склад земної поверхні (учені називають її підстилаючою поверхнею) теж значною мірою виливають на її нагрівання. Темна поверхня нагрівається швидше, а світла — повільніше, бо світлі кольори відбивають частину сонячного проміння, не поглинаючи теплової енергії, яку воно несе (мал. 75).

Мал. 75. Залежність нагрівання підстилаючої поверхні від кута падіння сонячних променів

Рельєф місцевості також впливає на температуру повітря, оскільки південні схили гір краще прогріваються, ніж північні.

Водна поверхня нагрівається повільніше, ніж щільний ґрунт, але повільніше й охолоджується. Крім того, на температуру впливають вітри, переміщення повітряних мас, прозорість атмосфери, хмарність, опади, висота над рівнем моря, наявність водойм тощо. Через це розподіл тепла на земній поверхні дуже нерівномірний навіть на близько розташованих одна від одної ділянках.

Через те, що атмосфера нагрівається в основному за рахунок енергії, поглиненої підстилаючою поверхнею, температура повітря знижується з підняттям угору. У тропосфері вона знижується в середньому на 6° при збільшенні висоти на 1 км.

Розподіл тепла на поверхні Землі. Як вам уже відомо, кількість сонячної енергії, що потрапляє на земну поверхню, залежить від кута падіння сонячних променів. Наша планета, здійснюючи оберт довкола Сонця протягом року, почергово повертається до нього то Південною, то Північною півкулею. Це пояснюється тим, що земна вісь нахилена під кутом 66° 33' до своєї орбіти й сонячні промені по-різному освітлюють різні ділянки Землі. Найбільш освітленою в літній період (червень-серпень) є Північна півкуля, а в зимовий (грудень-лютий) — Південна. На кліматичній карті місця з однаковою температурою з’єднують лінії — ізотерми. їх наносять на карту двома кольорами: найхолоднішого місяця — січня — чорним, а найтеплішого — липня — червоним.

Тропіки та полярні кола. 22 червня Сонце перебуває в зеніті над паралеллю 23° 30' пн. ш. Ця паралель дістала назву Північний тропік. У Північній півкулі в цей час спостерігається найдовший день, який називається днем літнього сонцестояння. На північ від паралелі 66° 33' улітку панує полярний день, тобто Сонце взагалі не заходить за горизонт від 40 діб біля полярного кола до 189 діб — на полюсі.

Паралель 66° 33’ пн. ш. отримала назву Північне полярне коло. У цей час на південь від паралелі 66° 33' пд. ш., тобто за Південним полярним колом, спостерігається полярна ніч.

Після дня літнього сонцестояння Сонце продовжує рух на орбіті. День зменшується. Нарешті настає 23 вересня, коли тривалість дня й ночі однакова. Цей день називають днем осіннього рівнодення. Сонце перебуває в зеніті над екватором. У Північній півкулі — осінь, у Південній — весна.

• Опишіть самостійно рух Землі навколо Сонця та його наслідки, починаючи з дня зимового сонцестояння.

Теплові пояси. Теплові пояси — смуги з певними температурами повітря, які різняться між собою кількістю тепла, що надходить від Сонця. їх межі визначають лінії тропіків і полярних кіл. Ми з’ясували, що Сонце може перебувати протягом року в зеніті, на території, обмеженій Північним і Південним тропіками. Ця територія найкраще прогрівається й тому дістала назву жаркий тепловий пояс. Річні амплітуди температур тут невеликі, а на екваторі майже взагалі не відбувається зміна пір року.

Території між тропіками та полярними колами в Південній і Північній півкулях називаються південним і північним помірними тепловими поясами. Тут спостерігається чітка зміна нір року, і залежно від них змінюється тривалість дня й ночі. Різниці між літніми та зимовими температурами досягають десятків градусів. Улітку Сонце стоїть високо над горизонтом, але кут падіння сонячних променів не досягає 90°.

Між полюсами й полярними колами визначають північний і південний холодні пояси. У межах цих поясів холодно навіть улітку, а взимку лютують великі морози та вітри. Випадає мало опадів. Річні амплітуди коливань температур порівняно невеликі. Відбувається зміна полярних дня та ночі.

Отже, визначають п’ять теплових поясів: один жаркий, два помірних і два холодних (мал. 76).

Для чого вимірюють температуру повітря. Температуру повітря вимірюють термометром (мал. 77), який розміщують на метеорологічних станціях у спеціальних будівлях, захищених від прямих сонячних променів. Тут проводять спостереження за температурою повітря не менше як тричі на добу. Щоб порівняти температуру різних діб, визначають середньодобову температуру. Вона є середнім арифметичним числом показників температури протягом доби. Так само вираховують середньомісячну та середньорічну температури. На основі спостережень за температурою складають графіки температур (мал. 78).

Мал. 76. Розподіл сонячного тепла на Землі

Мал. 77. Термометр

Мал. 78: а) графік ходу добових температур; б) графік ходу річних температур

Різниця між найвищими й найнижчими показниками температур протягом певного періоду часу називається амплітудою коливань температур. Визначають добову, місячну та річну амплітуди.

Добова амплітуда температур на Землі неоднакова. Великі добові коливання температури в тропіках пояснюються значною прозорістю атмосфери. На полюсах у полярний день температура впродовж доби майже не змінюється. Сонце знаходиться на небосхилі протягом доби. Незначною є також амплітуда над океанами та на екваторі.

• Поясніть, чому.

Спостереження за температурою повітря має велике значення для дослідження змін клімату. На кліматичній карті позначається інформація про температурний режим території (ізотерма) та максимальні й мінімальні температури в окремих місцях.

Практична робота 5

Розв’язування задач на зміну температури повітря й атмосферного тиску з висотою, вологості

1. Визначте температуру повітря на вершині г. Говерла, якщо біля її підніжжя (абсолютна висота 800 м) вона становить 18 °С.

2. Визначте приблизну висоту гори, якщо біля її підніжжя температура повітря становила +16 °С, а на вершині 8 °С. Як називаються такі гори (низькі, середні, високі)? Наведіть приклади й позначте їх на контурній карті.

Практична робота 6

Складання графіка зміни температури повітря, діаграм хмарності й опадів, рози вітрів, їх аналіз

Побудуйте графік зміни температури повітря за місяць, використовуючи дані календаря погоди (за вибором).

ПОВТОРИМО ГОЛОВНЕ

• Температура нагрівання поверхні Землі залежить від кута падіння сонячних променів.
• Тропіки — це паралелі 23° 30' північної та південної широт, над якими раз на рік Сонце перебуває в зеніті.
• Полярні кола — це паралелі 66° 33' північної та південної широт, за якими відбуваються явища полярного дня та полярної ночі.
• Теплові пояси — смуги з певними температурами повітря, які різняться між собою кількістю тепла, що надходить від Сонця, межі яких визначають лінії тропіків і помірних кіл.
• Тропіки та полярні кола є межами теплових поясів Землі — жаркого, двох помірних і двох холодних.
• На основі спостережень за температурою складають графік ходу температур за добу, місяць, рік.
• Різниця між найвищими й найнижчими показниками температур протягом певного періоду часу називається амплітудою коливань температур.
• Ізотерми — лінії на карті, що з’єднують місця з однаковою температурою.

Ключові терміни і поняття

Середньомісячна й середньорічна температури, амплітуда коливань, ізотерми.

Запитання та завдання

• 1. Від чого залежить нагрівання поверхні Землі?
• 2. Поясніть, від чого залежить температура атмосферного повітря Землі.
• 3. Що таке середньодобова, середньомісячна, середньорічна температури? Як їх визначають?
• 4. Що таке амплітуда коливань температур?
• 5. З якою метою проводять спостереження за температурою?
• 6. Що називають підстилаючою поверхнею? Як властивості підстилаючої поверхні впливають на нагрівання атмосферного повітря?
• 7. Поясніть, чому температура повітря знижується з висотою.
• 8. Що називають тропіками? За якою ознакою їх визначають?
• 9. Що таке полярні кола? Які явища відбуваються за полярними колами?
• 10. Сонце перебуває в зеніті над Південним тропіком. Яка пора року в цей час у Північній півкулі, а яка — у Південній?

Установіть за картами атласу, у яких теплових поясах розміщені острови Гренландія й Мадагаскар.

Проведіть дослід. Спрямуйте промінь ліхтарика на рівну поверхню під прямим кутом. Зверніть увагу на освітлену ділянку, а потім змініть кут падіння світла й зауважте, у якому випадку поверхня освітлюється краще. Ви побачите, що чим більше кут падіння променя ліхтарика наближається до 90°, тим сильніше освітлюватиметься ділянка; чим гостріший кут падіння променя, тим більша площа освітлення й розмитіша світлова пляма.

СКАРБНИЧКА ДОСЛІДНИКА

На кордоні між тропосферою та стратосферою температура змінюється від -83 до -53 °С.

У нижній частині стратосфери зменшення температури повітря з висотою припиняється, і вона залишається приблизно постійною, а вище 25 км температура починає знову зростати, досягаючи максимального значення близько 0 °C на кордоні стратосфери та мезосфери (приблизно 55 км).

Найнижча температура на Землі — -89,2 °C (Антарктида). Найвища температура на Землі — +58 °C (м. Триполі (Лівія, Африка)).