Temperatura powietrza.Skale ...

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
1
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
Temperatura jest definiowana jako miara stanu energetycznego (cieplnego) danego ciała,
przedstawiona w umownej skali termometrycznej. Określa ona stopień nagrzania danego
ciała. Głównym źródłem promieniowania dla Ziemi jest Słońce. Temperatura powietrza w
troposferze, a szczególnie w jej dolnej części, jest wynikiem wymiany ciepła z podłożem.
Rys historyczny skal termometrycznych
Idea termometru sięga czasów Filona z Bizancjum, jednak za konstruktora pierwszego
termometru uważa się Galileusza. Przyrząd miał postać bańki szklanej, połączonej z długą
rurką, zanurzoną w naczyniu wypełnionym zabarwioną cieczą; nie posiadał podziałki. W
wyniku tych eksperymentów został opracowany przyrząd znany dziś jako termometr
Galileusza.
Pierwszy termometr z zasklepioną rurką, zaopatrzoną w podziałkę został skonstruowany
przez członków Florenckiej Akademii Nauk około 1650r. Kreskom nie
przyporządkowano żadnych wartości liczbowych, a rurka była ukształtowana spiralnie.
Aby możliwe było porównanie wartości temperatur, potrzebne były pewne punkty
odniesienia:
o
Robert Hooke (1644) zaproponował, by za standardowy punkt zerowy uznać
temperaturę topnienia lodu.
o
Fabri z Lejdy (1669) wysunął propozycję, by za stałe punkty termometryczne przyjąć
temperaturę śniegu i temperaturę najwyższego upału w lecie.
o
Carlo Renaldini (ok. 1693) wybrał punkt wrzenia wody jako drugi punkt odniesienia
(jako pierwszy – temperatura topnienia lodu) i podzielił ten przedział na 12 części.
o
W tym samy roku E. Halley przeprowadził pierwsze próby zastosowania rtęci jako
cieczy termometrycznej (wcześniej używano alkoholu).
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
2
A. B.
Rysunek 1. A. Zasada działania termoskopu Galileusza (źródło:
Skale termometryczne
skala Reaumura
– opracował ją Rene Antoine de Reaumur w 1730r.
o
Skala 80-stopniowa, gdzie
0 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu), zaś
80 to temperatura wrzenia wody
.
o
Skala ta była stosowana we Francji i w koloniach francuskich w XVIII i XIX wieku,
obecnie nie jest już stosowana.
skala Fahrenheita
– opracował ją Daniel Gabriel Fahrenheit w 1710r.
o
Skala 180-stopniowa, gdzie
0 to temperatura zamarzania mieszaniny lodu i salmiaku
(chlorku amonu); temperatura 32 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu);
ok. 97,9 F (36,6 C) to temperatura ludzkiego ciała, natomiast 212 to temperatura
wrzenia wody.
o
Fahrenheit jest też konstruktorem termometru rtęciowego (1714), a skala Fahrenheita
jest używana do dzisiaj w krajach anglosaskich.
skala Celsjusza
– opracowana przez Andrzeja Celsjusza w 1736r.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
3
o
Skala 100-stopniowa, gdzie
0 to temperatura zamarzania wody (topnienia lodu), zaś
100 to temperatura wrzenia wody przy ciśnieniu normalnym, czyli 1013 hPa (760
mm Hg).
o
Jest to powszechnie stosowana skala temperatury na świecie, zatwierdzona przez
WMO i SI, stosowana w meteorologii.
skala Kelwina
– opracowana przez Williama Thompsona Kelwina w 1848r., tzw.
bezwzględna skala temperatury.
o
Skala, gdzie
0 C jest to temperatura przy której zanika wszelki ruch cząsteczek
elementarnych (– 273,16 C), tzw. temperatura zera bezwzględnego; 273,16 to
temperatura zamarzania wody (topnienia lodu), zaś 373,16 to temperatura wrzenia
wody.
o
Jest to skala stosowana głównie w naukach ścisłych (np. fizyka), zaś jeden stopień tej
skali równy jest jednemu stopniowi w skali Celsjusza.
Przeliczanie skal termometrycznych
Przeliczanie wartości z jednej skali na inną jest możliwe dzięki zastosowaniu poniższych
wzorów.
Wzory na przeliczanie temperatury w różnych skalach:
t
o
C = tK – 273
o
tK = t
o
C + 273
t
o
C = 5/9 (t
o
F – 32)
t
o
F = 9/5 t
o
C + 32
t
o
C = t
o
R 5/4
t
o
R = t
o
C 4/5
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
4
Przyrządem służącym do pomiaru temperatury jest
termometr.
Termometry można
podzielić na:
-
cieczowe
– pomiar temperatury odbywa się na zasadzie rozszerzalności cieplnej
cieczy,
-
deformacyjne
– w których pomiar temperatury oparty jest na liniowym odkształceniu
ciał stałych w wyniku zmian temperatury (np bimetal),
-
oporowe
– mierzące temperaturę za pomocą przewodników i połprzewodników oraz
ich związku z temperaturą,
-
termoelektryczne
– w których temperaturę mierzy się za pomocą siły
elektromotorycznej powstałej na granicy dwóch różnych metali.
Inwersja temperatury
– wzrost temperatury wraz z wysokością.
Anomalia termiczna
-
w meteorologii to odchylenie temperatury od średniej czasowej lub
przestrzennej. Ta różnica (odchylenie) może być obliczona dla konkretnego punktu, regionu,
a nawet globu. Nie ma określonego przedziału czasu, względem którego liczy się anomalie,
może to być wiele lat, jak w przypadku zjawisk klimatycznych, lub kilka godzin, dni czy
kilka miesięcy. Anomalie mogą być liczone na powierzchni ziemi lub w atmosferze, czy w
głębi oceanu. Pojęcie anomalia termiczna jest tożsame z pojęciem anomalia temperatury.
Przykładem anomalii temperaturowych na skali 2-3 lat jest zjawisko oscylacji południowej i
związana z nim anomalia temperatury oceanu.
Charakterystyki klimatologiczne temperatury powietrza
Temperatura jest jednym z podstawowych i najdłużej mierzonych elementów
klimatologicznych. Systematyczne pomiary temperatury powietrza prowadzone są od XVIII
wieku.
Charakterystyki klimatologiczne
temperatura średnia dobowa
(od roku 1996) wyliczana jest ze wzoru:
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
5
t
t
max
.
t
min
.
t
07
/
08
t
19
/
20
4
Wcześniej temperatura średnia dobowa wyliczana była ze wzoru:
t
t
01
02
t
07
/
08
13
/
14
t
19
/
20
4
temperatura średnia dobowa rzeczywista
wyliczana jest z 24 wartości cogodzinnych na
podstawie termogramu
temperatura średnia miesięczna
obliczana jest z danych terminowych, dobowych i
ekstremalnych
temperatury średnie roczne
oblicza się ze średnich temperatur miesięcznych
temperatury średnie wieloletnie
z danego miesiąca otrzymuje się na podstawie średnich z
tego samego miesiąca z kolejnych lat
Oblicza się również średnie pentadowe (5 dni), dekadowe (10 dni), a także średnie dla
określonej pory roku (3 miesiące) oraz średnie dla półrocza.
Temperatury ekstremalne - wartości skrajne z pojedynczej doby to
temperatura
maksymalna
i
minimalna
.
Zakres wahań (
amplituda
) – jest to różnica między wartością najwyższą i najniższą.
o
amplituda dobowa
– różnica między temperatura maksymalną i minimalna
o
amplitudy średnie
– różnice między średnimi maksymalnymi i minimalnymi
(miesięcznymi, rocznymi, z pojedynczych lat i z wielolecia)
o
amplitudy absolutne
– różnice między absolutnym maksimum i minimum
o
amplitudy roczne
– różnica między temperaturą średnią w miesiącu najcieplejszym i
najchłodniejszym
Dni charakterystyczne
to dni z określonymi temperaturami:
o
Dni przymrozkowe
t. min < 0 C
o
Dni mroźne
t. max < 0 C
o
Dni bardzo mroźne
t. min < – 10 C
o
Dni bardzo mroźne
t. max < – 10 C
o
Dni gorące
t. max > 25 C
Według niektórych autorów za dni bardzo mroźne uznawane są dni z temperaturą
maksymalną mniejszą od -10 C.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
/
t
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]