Тепловой режим почвы, водоемов и атмосферы
Цель – знакомство с особенностями теплового режима почвы, водоемов и атмосферы; формирование умений работать с климатической картой и анализировать графики температур воздуха.
Оборудование и материалы: физическая карта мира, контурная карта мира.
Вопросы для предварительной подготовки:
1) Тепловой баланс земной поверхности.
2) Особенности теплового режима почвы (суточный и годовой ход температуры поверхности почвы, распространение температурных колебаний в глубину почвы, законы Фурье).
3) Влияние растительного и снежного покровов на температуру почвы.
4) Особенности теплового режима водоемов (распространение температурных колебаний в воде, суточный и годовой ход температуры поверхности водоемов).
5) Температура воздуха. Суточный ход температуры воздуха и его изменения с высотой.
6) Годовая амплитуда температуры воздуха. Типы годового хода температуры воздуха.
7) Географическое распределение температуры, влияние суши и моря, орографии и морских течений. Температуры широтных кругов, аномалии температуры. Температура полушарий и Земли в целом.
8) Стратификация воздушных масс, стратификация атмосферы, ее роль в развитии вертикальных движений.
Термины и понятия: тепловой режим, теплоемкость, теплообмен, молекулярная теплопроводность, тубрулентная теплопроводность, термическая конвекция, температура воздуха у земной поверхности, термометр, максимальный термометр, минимальный термометр, термограф, среднесуточная, среднемесячная и среднегодовая температура, амплитуда температур, индекс континентальности, инверсия, тепловые пояса, температурный градиент, деятельный слой, слои постоянной суточной и годовой температуры, заморозки, карты изотерм.
Задание 3.1. Теплопроводность и температуропроводность почвы
Объёмная теплоёмкость суходола 0,48кал/см3×градус, а осушенного болота 0,56 кал/см3×градус, коэффициенты теплопроводности соответственно равны 0,0012 и 0,0025 кал/см×с×градус. Определить коэффициент температуропроводности каждой почвы. Какова причина различий теплопроводности увлажненной почвы от сухой?
Задание 3.2. Распространение тепла вглубь почвы и воды
3.2.1. Определить величину потока тепла вглубь почвы за 1 минуту, если известно, что температура на поверхности почвы 28,0º, а на глубине 20 см составляет 17,0º, λ равен 0,0037 кал/см×с×градус.
3.2.2. Почва, имеющая температуру поверхностного слоя 0,4º, покрыта свежевыпавшим снегом толщиной 60 см. Определить потерю тепла с 1 см2 почвы через слой снега в течение 1 часа, если температура снега -12,6º, λ снега 0,0003 кал/см×с×градус.
3.2.3. По данным, представленным в табл. 3.2, постройте график изменения годового хода температуры почвы на разных глубинах, рассчитайте годовую амплитуду температур на каждой глубине. Уточните, как изменяется амплитуда годовых температур с увеличением глубины? Чем это обусловлено?
Пояснение: по вертикальной оси необходимо отложить величины температуры в градусах, а по горизонтальной – единицы времени (месяцы), все кривые строятся на одном графике, разным цветом.
Таблица 3.2
Среднемесячная температура поверхности почвы и почвы на различных глубинах на метеостанции «Красноярск Опытное поле» 1964г.
| Глубина, м | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | Δt |
| 0,0 | –12 | –22 | –12 | –5 | –2 | –6 | –13 | ? | |||||
| 0,2 | –1,3 | –6,2 | –4,5 | –2,2 | 5,4 | 11,7 | 17,4 | 17,1 | 10,8 | 3,4 | 0,0 | –2,2 | ? |
| 0,4 | –0,6 | –4,7 | –3,8 | – | 3,5 | 9,4 | 14,8 | 15,7 | 10,6 | 4,2 | 0,8 | 1,4 | ? |
| 0,8 | 0,2 | –1,8 | –2,5 | –1,8 | 0,8 | 5,6 | 10,6 | 12,8 | 10,5 | 6,0 | 2,4 | 0,2 | ? |
| 1,6 | 1,8 | 0,9 | 0,0 | –0,4 | –0,2 | 1,3 | 6,0 | 9,0 | 9,2 | 7,0 | 4,2 | 2,5 | ? |
| 3,2 | 3,3 | 2,7 | 2,0 | 1,4 | 1,1 | 1,1 | 2,0 | 4,4 | 5,8 | 6,0 | 5,2 | 4,3 | ? |
3.2.4. Амплитуда годового хода температуры на одинаковых глубинах на суше и в море в районе одного населенного пункта составила:
| Глубина, м | Амплитуда годовых температур, °С | |
| суша | море | |
| 20,3 | 19,0 | |
| 3,9 | 18,6 | |
| 1,7 | 14,5 | |
| 0,1 | 7,5 |
Проанализируйте данные, и уточните, как распространяется тепло в глубину почвы и воды. Какая среда прогревается на большую глубину? по какой причине? Как прогреваются верхние слои? Когда происходит наибольшая теплоотдача в атмосферу у почвы? у воды?
Задание 3.3. Суточный ход температур
Проанализируйте графики на рис. 3.5. Объясните: 1) как соотносятся величины температуры почвы и температуры воздуха в суточном ходе при условиях устойчивой ясной погоды; 2) когда наблюдается минимальная и максимальная температура на поверхности почвы; и в воздухе у земной поверхности? 3) как происходит нагревание воздуха у земной поверхности? 4) зависит ли величина суточной амплитуды температуры воздуха от амплитуды температуры поверхности почвы?
Рис. 3.5. Средний суточный ход температуры на поверхности почвы (1) и в воздухе на высоте 2 м (2) летом и зимой [83].
Таблица 3.3
Ход температур различного типа
| Экваториальный тип хода температуры воздуха | |||||||||||||
| I | П | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | XII | Год | Δ t |
| Джакарта (Ява, 6,2° ю. ш., 106,8° в. д.) | |||||||||||||
| 25,8 | 25,8 | 26,2 | 26,7 | 26,8 | 26,5 | 26,3 | 26,5 | 26,8 | 26,8 | 26,5 | 26,1 | 26,4 | 1,0 |
| Тропический тип хода температуры воздуха | |||||||||||||
| Гонолулу (Гавайские острова, 21,3° с. ш., 157,9° з. д.) | |||||||||||||
| +22 | +22 | +22 | +23 | +24 | +25 | +25 | +26 | +26 | +25 | +24 | +23 | +24 | 4,0 |
| Умеренный тип хода температуры воздуха | |||||||||||||
| Багдад (Ирак, 33,3° с. ш., 44,4° в. д.) | |||||||||||||
| +9 | +12 | +16 | +22 | +28 | +32 | +35 | +35 | +32 | +25 | +18 | +11 | +23 | |
| Лондон (51,5° с. ш., 0,0° в. д.) | |||||||||||||
| +5 | +5 | +6 | +8 | +12 | +15 | +17 | +16 | +14 | +10 | +6 | +5 | +10 | |
| Москва (55,8° с. ш., 37,6° в. д.) | |||||||||||||
| –10 | –10 | –5 | +4 | +12 | +15 | +18 | +16 | +10 | +4 | –2 | –8 | +4 | |
| Кызыл (51,4° с. ш., 94,3° в. д.) | |||||||||||||
| –29 | –25 | –11 | +4 | +12 | +17 | +20 | +17 | +10 | +1 | –13 | –25 | –2 | |
| Архангельск (64,6° с. ш., 40,5° в. д.) | |||||||||||||
| –12 | –12 | –8 | –1 | +6 | +12 | +15 | +13 | +8 | +1 | –5 | –10 | ||
| Верхоянск (67,5° с. ш., 133,4° в. д.) | |||||||||||||
| –50 | –44 | –30 | –13 | +2 | +13 | +15 | +11 | +2 | –15 | –37 | –46 | –16 | |
| Полярный тип хода температуры воздуха | |||||||||||||
| Грин-Харбор (Шпицберген, 78,0° с. ш., 14,2° в. д.) | |||||||||||||
| –16 | –18 | –20 | –14 | –5 | +2 | +5 | +5 | –6 | –11 | –14 | –8 | ||
| Восток (Антарктида, 72,1°ю. ш., 96,6° в. д.) | |||||||||||||
| –34 | –44 | –55 | –63 | –63 | –67 | –67 | –71 | –67 | –59 | –44 | –32 | –55 |
Задание 3.4. Типы годового хода температуры воздуха. По данным табл. 3.3 постройте графики распределения годового хода температуры воздуха для разных типов климата. Горизонтальная ось – месяц года, вертикальная – температура, кривые для разных типов чертятся различными цветами. Выделите на каждой кривой минимумы и максимумы температур, подпишите годовую амплитуду температур, среднегодовую.
3.4.1. Чем обусловлены малые амплитуды температуры воздуха в экваториальных и тропических широтах?
3.4.2. Почему в пунктах, расположенных примерно на одной широте (Лондон, Кызыл), существенно различаются величина годовой амплитуды и значения температур воздуха.
3.4.3. Чем отличается полярный тип хода температуры воздуха северного полушария от южного? В каком месяце там наблюдаются min и в каком max температуры? Почему на южном полюсе нет положительных температур воздуха?
Задание 3.5. Абсолютный минимум и максимум температур
3.5.1. На контурной карте мира отметьте районы с минимальной температурой: 1) якутский полюс холода (Верхоянск (67,5° с. ш., 133,4° в. д.) и Оймякон (63,2 с. ш., 143,1 в. д.), где средние температуры января достигают -48°С, а абсолютный минимум –70°С; 2) Гренландия, где средние температуры января достигают –55°С, а абсолютный минимум –70°С; 3) станция Восток (72,1° ю.ш., 96,6 в.д., высота 3420 м) – полюс холода всего Земного шара с абсолютным минимум –89°С.
3.5.2.На контурной карте мира отметьте абсолютные максимумы температуры: 1) в Северной Африке до +58° (Ливийская пустыня, 32,4° с.ш., 13,0° в.д.); 2) в Долине Смерти до +57° (в Калифорнии в глубокой межгорной впадине, 36,5° с.ш., 117,5° з.д.); 3) в Туркмении +50°.
3.5.3. Чем обусловлено возникновение экстремумов (крайних значений) температур у земной поверхности в указанных районах? Какой полюс холода является постоянным, а какой – только зимним? В каком месяце здесь наименьшая температура?
Задание 3.6. Проанализируйте по рис. 3.6 и 3.7 ход июльских и январских изотерм. Объясните общегеографические закономерности в распределении температур воздуха по поверхности земного шара.
3.6.1. Рассмотрите ход изотерм на материках и океанах в умеренных и высоких широтах и объясните, почему в январе на океанах изотермы отклоняются к северу, а на материках – к югу.
Рис. 3.6. Распределение средней месячной температуры воздуха на уровне моря в январе (ºС) [83].
Рис. 3.7. Распределение средней месячной температуры воздуха на уровне моря в июле (ºС) [83].
3.6.2. Сравните ход изотерм в южном и северном полушариях, на примере изотерм +16 и +8ºС июля в северном полушарии и января в южном, сформулируйте вывод: одинаковы ли температуры лета на одних широтах в северном и южном полушариях? Объясните причину.
3.6.3.Где отмечается самая высокая средняя температура июля? В каком полушарии находится «термический экватор», и чем это объясняется?
Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 3162;