Teplota vzduchu
Veškeré informace o prvku teplota vzduchu jako základním meteorologickém prvku i klimatickém ukazateli a o jejím chodu s výškou shrnuje tato stránka. Od obecných informací o průchodu paprsků k povrchu Země, přes teplo a tepelnou energii a její zdroje, až po chod samotné teploty vzduchu během dne i roku. Tyto a další informace se dočtete právě zde.
Témata stránky: Sluneční energie, dělení přijatého slunečního záření, skleníkové plyny, teplo a způsoby jeho šíření, teplota vzduchu a její změny, vertikální chod teploty vzduchu (teplota ve výšce), denní a roční chod teploty vzduchu.
Anglické názvy: Air temperature (teplota vzduchu), sunshine (sluneční záření), direct sunlight (přímé sluneční záření), ultraviolet sunlight (ultrafialové záření), infrared sunlight (infračervené záření), visible sunlight (viditelné záření), heat (teplo), greenhouse gas (skleníkový plyn), water vapor (vodní pára), methane (metan), carbon dioxide (oxid uhličitý), scattering (rozptyl), absorption (absorpce), reflectivity (odrazivost, pozn. albedo), temperature scale (teplotní stupnice), isothermia (izotermie), temperature inversion (teplotní inverze), stable thermal stratification (stabilní teplotní zvrstvení) – conditionaly (podmíněně, pozn. stabilní) unstable thermal stratification (nestabilní teplotní zvrstvení, též instabilní, viz počeštěně stratifikace), indifferent thermal stratification (indiferentní teplotní zvrstvení).
Výukový materiál k tomuto tématu: METEOROLOGIE 11
OBSAH STRÁNKY
- Teplo na Zemi obecně
- Šíření tepla a jeho druhy
- Chod tepla na Zemi, jeho spotřeba a vyzařování
- Pojem albedo
- Pojem teplota vzduchu
- Charakteristiky prvku teplota vzduchu
- Denní a roční chod teploty vzduchu v ČR
- Druhy teplotní stratifikace atmosféry
TEPLO A TEPLOTA VZDUCHU
Na Zemi se vyskytuje několik druhů záření. Nejkratší vlnové délky má gama záření (0.124nm), rentgenové (0.1 až 10nm). Ultrafialové záření má již o něco delší vlnové délky (10 až 400nm), světlo jako viditelné záření (400 až 460nm) a již podstatně delší vlnové délky má záření infračervené (760nm až 1mm). Nejdelší vlnové délky má mikrovlnné záření (až 10cm) a radiové vlny (až tisíce kilometrů).
Slunce jako zdroj významné energie vyzařuje různá spektra radiace. Sluneční záření postupuje velkou vzdáleností k Zemi v podobě rovnoběžných paprsků a to se dělí na různé druhy.
- Přímé sluneční záření – před vstupem paprsků do atmosféry naší planety, následně je záření rozptýleno (v důsledku toho obloha září a je barevná)
- Ultrafialové záření – prochází atmosférou a je částečně vstřebáno ozonem
- Viditelné záření – má podíl z celkové radiace 48%
- Infračervené záření – má podíl z celkové radiace 45%
Pohlcování zejména infračerveného záření vede ke vzniku skleníkového efektu, který je vyvolán skleníkovými plyny. Tyto pohlcují sluneční energii a následně tuto vyzařují v tepelné části spektra. Nejúčinnějšími skleníkovými plyny v atmosféře jsou:
- Vodní pára
- Metan
- Oxid uhličitý
První jmenovaný plyn je běžnou součástí atmosféry a bez ní by nebyl možný ani život na Zemi. Další dva plyny se vyskytují v atmosféře běžně, avšak jsou do ní vypouštěny i antropogenní, tedy lidskou činností a jejich koncentrace roste.
Chod tepla na Zemi
Z vesmíru přichází 100% slunečního záření, to se po vstupu do zemské atmosféry různě spotřebovává nebo odráží a to:
- Rozptylem od atmosféry (6%)
- Absorbováno vodou, prachem a ozonem (16%)
- Absorbováno oblaky (3%)
- Odraženo oblaky (20%)
- Odraženo od povrchu Země (4%)
Záření, které se rozptyluje atmosférou zpět (6%), odráží oblaky (20%) a odráží povrchem (4%) plus záření:
- Zčásti vyzařování povrchu (6%)
- Vlivem emise vody a oxidu uhličitého (38%)
- Z vyzařování oblaky (26%)
se vrací zpět do vesmíru. Pohlceno či jinak spotřebováno je tedy 16% (voda, prach a ozon), 15% voda a oxid uhličitý, 7% tok tepla z povrchu, 23% latentní teplo.
Albedo nebo-li odrazivost
V současné době je více záření přijato do atmosféry Země než odevzdáno zpět do vesmíru, proto dochází ke globálnímu oteplování planety, což je připisováno též významnějšímu růstu koncentrace skleníkových plynů v atmosféře, zejména oxidu uhličitého. Energie záření povrch Země ohřívá a tento získanou tepelnou energii též vyzařuje. Část záření je odraženo zpět do vesmíru a míra této odrazivosti se nazývá albedo. Nejvyšší odrazivost mají bílé plochy, tedy zasněžené oblasti a oblasti pokryté ledem a také oblasti s výskytem oblaků.
Albedo silně závisí na úhlu dopadu paprsků. Čím je tento úhel nižší, tím je odrazivost vyšší. Při odražení záření nepřijme povrch dané záření a tedy ani teplo z něho, na které se při nízkém albedu záření přemění (proto je vyšší teplota v létě v oblasti obilných polí než nad lesy).
Druhy šíření tepla
Existují tři způsoby, jak je možné přenést tepelnou energii:
- Radiace
- Kondukce
- Konvekce
Radiačním způsobem přenosu prochází záření od Slunce k povrchu zemskému. Energie se šíří pomocí elektromagnetických vln. Zde se uplatňuje Planckův zákon, podle něhož je množství energie vyzářeno za jednotku času jednotkovou plochou při určité vlnové délce a teplotě.
Kondukčním způsobem, který lze nazvat též vedením, jde o šíření tepla jako souboru molekul, kdy tato část energie nekoná práci. Teplo se šíří určitou rychlostí a v určitém čase. Je zde potřebné hmotné prostředí jako nosič tepla.
Konvekčním způsobem se šíří teplo prouděním, z čehož plyne, že se může vyskytnout pouze v plynném nebo tekutém prostředí. V atmosféře se konvekci říká též termika a jde o stoupavé proudy teplejšího vzduchu a klesavé proudy studenějšího vzduchu. Obdobně se tento proces přenosu tepla objevuje ve vodním prostředí. O konvekci je řeč na patřičné stránce, která rozebírá teorii bouřek a termiky podobněji. Viz též Konvekce.
Turbulentní proudění je chaotické proudění vzduchových částic, kdy jsou přenášeny velké masy vzduchu. Tento typ proudění se vyskytuje od několikamilimetrové výšky nad povrchem a do výšky je tak teplo tímto prouděním přenášeno velmi významně. Při tomto druhu proudění se jednotlivé vzduchové částice kříží, dráhy částic se mění a jsou různě zakřiveny. Podrobněji viz stránka Turbulence.
Teplota vzduchu
Energetický stav hmoty, v tomto případě vzduchové hmoty. Teplota vzduchu se mění v důsledku ohřívání zemského povrchu, od něhož se ohřívá následně vzduch v okolí. V meteorologii jde o základní prvek, který se měří teploměrem a to standardně ve výšce 2m nad povrchem. Hodnoty teploty se u nás udávají ve stupních Celsia (°C) dle Celsiovy teplotní stupnice. Ve Světě (zejména v Americe) je známá též Fahrenheitova stupnice (°F), jejíž hodnoty jsou oproti Celsiově stupnici o poznání vyšší. Teplotu vzduchu můžeme měřit i v 5cm nad povrchem, v tomto případě jde o přízemní teplotu vzduchu, nikoli ovšem o teplotu povrchu (tato se měří přímo na povrchu). Teplotu můžeme měřit i v půdních vrstvách (jde o teplotu půdy) a také je tak na vybraných meteorologických stanicích činěno. Teplota v půdě se měří ve vrstvách 5, 10, 15, 20, 50 a 100 cm pod povrchem.
Stupnice teploty
Celsiova stupnice, která je používána ve Světě častěji, má takzvaný bod mrazu či tání (0°C) a bod vypařování či kondenzace (100°C). Voda se ovšem může i při záporných teplotách vyskytovat v kapalné formě (přechlazená voda). Kapalná forma vody se může vyskytovat i při významně záporných teplotách vzduchu (většinou do -12°C, ale prokázán byl její výskyt až při -42°C. Fahrenheitova stupnice má jiné body a používá se z hlediska Evropy například ve Velké Británii.
Přepočet mezi stupnicemi: °C = 0.56 (F-32), °F = 1.8°C+32.
Adiabatická změna teploty vzduchu
Jde o změnu teploty vzduchové částice, kdy nedojde mezi ní a okolím k výměně tepla. Při stlačení vzduchové částice se tato otepluje a naopak. Nenasycený vzduch se ochlazuje při svém výstupu o 1°C za každých 100m výšky. Nasycený vzduch se vlivem kondenzace ochlazuje pomaleji, s určitou mírou zjednodušení a zaokrouhlení se tento ochlazuje o 0.6°C za každých 100m výšky. Hovoříme o nasyceně-adiabatickém vertikálním gradientu teploty a v prvním případě o suchoadiabatickém. Teplejší vzduch má též nižší hustotu (měrnou hmotnost).