analize si observatii asupra temperaturii aerului.doc
TRANSCRIPT
Analize şi observaţii
asupra temperaturii
aerului
Cuprins
Argument ........................................................................pag 4
Capitolul I Procesele de încălzire şi răcire a aerului...........pag 5
Capitolul II Repartiţia geografică a temperaturii aerului.....pag 7
Capitolul III Variaţia temperaturii aerului.........................pag 8
Capitolul IV Instrumente pentru determinarea temperaturii
aerului..............................................................................pag 11
Capitolul V Termometre pentru determinarea temperaturii aerului
.......................................................................................pag 13
Capitolul VI Regimul termic al aerului...........................pag 18
Concluzii........................................................................pag 20
Bibliografie ...................................................................pag 21
2
ArgumentArgumentMeteorologia este disciplina care se ocupă de studiul fenomenelor
atmosferice, având ca obiect în special procesele climatice, precipitaţiile,
temperatura, curenţii de aer, descărcările electrice şi prognoza lor.
Denumirea de meteorologie provine de la cuvântul de origine greacă,,
meteoron” adică ceea ce se petrece în aer şi ,, logos” ştiinţă, vorbire.
Multă vreme, preocupările meteorologiei au fost confundate cu ale
astronomiei. Tratatele de meteorologie au avut, în trecutul nu prae
îndepărtat, ca teme şi problemele meteoriţilor, ,,meteoare” , de origine
extraterestră. Istoria confirmă aceste preocupări. De la Aristotel ( -384 ) şi
până la Kämtz (1835) se găsesc tratate în comun problemele astronomiei cu
cele specifice meteorologiei.
Noţiunea de timp sau vreme este rezultatul interacţiunii unui mare
număr de factori : presiune, temperatură, starea de umiditate a aerului,
direcţia şi întensitatea vântului, gradul de acoperire al cerului etc. Valorile
pecare le au aceste mărimi la un moment dat şi într-un anumit loc
determină noţiunea de timp sau vreme. Ele se numesc elemente
meteorologice.
În prezenta lucrare am abordat temperatura aerului ca element
meteorologic, prezentând procesle de răcire şi încălzire a aerului, repartiţia
geografică a temperaturii aerului, instrumentele şi metodele de măsurare a
temperaturii aerului.
Pământul, considerat ca un corp ceresc, primeşte, în mod continuu,
energie radiantă de la Soare. În acelaşi timp, el cedează, prin radiaţie,
căldură spaţiilor înterplanetare. Temperatura aerului are o importanţă
deosebită asupra regimului majorităţii proceselor din atmosferă.
3
Temperatura aerului prezintă variaţii în timp şi în spaţiu care influenţează
dispersia şi transportul poluanţilor în atmosferă.
Temperatura aerului reprezintă cel mai important factor climatic cu
acţiune patogenă deoarece valoarea şi variabilitatea sa determină reacţii
fiziologice care stimulează, sau dimpotrivă, limitează capacitatea de efort a
organismului uman şi în plus, oferă condiţii propice pentru dezvoltarea
agenţilor patogeni.
Capitolul I
Procesele de încălzire şi răcire a aerului
TEMPERATURA AERULUI este mărimea care caracterizează starea
de încălzire şi răcire a atmosferei, în imediata apropiere a suprafetei
terestre.
4
Radiaţiile solare atunci când traversează atmosfera încălzesc prea
puţin aerul atmosferic. Recepţionate însă de scoarţa terestră, ele sunt
transformate în căldură şi iradiate în parte spre atmosferă.
Ziua, când insolaţia este mai mare decât radiaţia terestră, suprafaţa
solului se încălzeşte, căldura degajată determinând încălzirea straturilor de
aer aflate deasupra acestuia.
În cursul nopţii, dimpotrivă, radiaţia intensă determină răcirea
suprafeţei solului, şi prin aceasta, şi a straturilor de aer din apropiere.
Principalele procese prin intermediul cărora aerul se poate încălzi sau
răci sunt următoarele:
convecţia termică;
radiaţia;
turbulenţa;
advecţia.
Convec ţia termică. Unul din principalii factori care determină
încălzirea straturilor de aer de jos în sus este convecţia termică.
Prin convecţie se înţelege transportul unor volume de aer pe verticală,
antrenate într-o mişcare ascendentă. Mişcarea acestor volume de aer este
de cele mai multe ori dezordonată, prezentându-se sub forma unor mici
turbioane verticale.
Convecţia termică poate să se prezinte şi sub forma unor deplasări pe
verticală, mai ordonate, în care caz sunt antrenate mase de aer mai mari şi
a căror viteză de urcare poate să atingă uneori 10 m/s sau chiar mai mult.
Deasupra uscatului, convecţia termică este condiţionată de caracterul
scoarţei terestre şi de intensitatea insolaţiei. Deasupra întinderilor de apă,
convecţia termică este posibilă numai atunci când temperatura suprafeţei
de apă este mai mare decât a straturilor de aer situate deasupra. Acest
lucru este posibil noaptea şi în perioada rece a anului.
Radiaţia sau eliberarea căldurii acumulate de suprafaţa solului
contribuie mai puţin în procesele de încălzire ale aerului, însă devine
5
deosebit de importantă în procesele de răcire ale aerului mai ales noaptea.
Acest lucru se explică prin aceea că noaptea insolaţia lipseşte, iar
fenomenele de turbulenţă sunt mult mai reduse decât ziua.
Turbulenţa reprezintă o mişcare dezordonată a particulelor de aer, sub
forma unor mici turbioane, care se deplasează deasupra unor suprafeţe
accidentate ca relief, deci cu multe denivelări şi asperităţi.
Această mişcare dezordonată face ca particulele mai calde, situate în
imediata apropiere a solului încălzit, să fie antrenate spre straturile mai
înalte, iar particulele mai mici de aici să fie dirijate spre sol.
Turbulenţa poate să fie dinamică, datorată reliefului, deci forţelor de
frecare ce acţionează între aerul ce vine în contact cu asperităţile terenului,
şi termică când este determinată de încălzirea neuniformă a scoarţei
terestre. Intensitatea turbulenţei depinde în primul rând, de natura
reliefului.
Advecţia. Căldura sau frigul pot să se propage în cazul transportului
unor mase de aer cald sau rece pe direcţie orizontală. Atunci când într-o
regiune oarecare pătrunde un aer mai cald, se spune că există o advecţie
caldă, deci o creştere a temperaturii aerului. În caz contrar este vorba de o
advecţie rece, deci de o scădere a temperaturii aerului.
Capitolul II
Repartiţia geografică a
temperaturii aerului
Temperatura aerului în straturile inferioare ale atmosferei depinde de
cantitatea de energie pe care suprafaţa terestră o primeşte de la Soare.
Dacă suprafaţa Pământului ar fi omogenă temperatura aerului ar
descreşte treptat de la Ecuator către poli.
De-a lungul fiecărei paralele (latitudini) temperatura aerului ar
fi aceeaşi.
6
Capitolul III
Variaţia temperaturii aerului
În meteorologie temperatura aerului este unul dintre cei mai
importanţi parametrii ai stării aerului, rezultat direct al interactiunii dintre
procesele de circulaţie şi radiaţie cu suprafaţa terestră.
Stabilirea caracteristicilor temperaturii aerului constă în măsurarea
temperaturii aerului atât la termenele de observaţii 1,7,13,19 cât şi a
valorilor maxime şi minime produse între orele de observaţii climatologice.
7
Temperatura aerului este unul dintre cele mai importante elemente
meteorologice. De starea de încălzire şi răcire a aerului sunt legate
majoritatea fenomenelor care au loc în atmosferă.
Ţinând seama de factorii care determină încălzirea şi răcirea
suprafeţei terestre, de lipsa ei de omogenitate, de repartiţia energiei solare
putem să afirmăm, de la început, că temperatura aerului nu este o mărime
constantă.
Aerul atmosferic se încălzeşte prin intermediul scoarţei terestre.
Temperatura acesteia prezintă variaţii de la o zi la alta sau de la un
anotimp la altul, variaţii care se manifestă şi în mersul temperaturii
aerului.
Într-un loc oarecare pe suprafaţa pământului temperatura aerului, la
scara noastră de observaţii, prezintă două feluri de variaţii:
a) variaţii periodice (diurne şi anuale);
b) variaţii accidentale.
Variaţii periodice ale temperaturii aerului
În decurs de 24 ore, mersul temperaturii aerului într-o localitate
oarecare este determinat de cantitatea de căldură pe care o primeşte sau o
cedează suprafaţa terestră.
Observaţiile orare sau curba înregistrată de un termograf ne scot în
evidenţă că temperatura aerului în decursul unei zile variază de la un
moment la altul.
Dacă aspectul vremii nu se schimbă în decurs de 24 ore pe diagrama
unui termograf se observă o creştere continuă mai pronunţată sau nu până
8
la aproximativ 2 ore după trecerea Soarelui la meridianul locului, iar
temperatura scade în tot timpul după amiezii şi noaptea, scădere care
continuă şi după răsăritul Soarelui.
De aici rezultă că temperatura aerului are un mers analog cu al
temperaturii suprafeţei terestre.
În mod obişnuit temperatura aerului se determină în stratul de aer
situat la o înălţime de 2 m la suprafaţa terestră, cu termometrele instalate
în adăpostul de instrumente, pentru a fi sustrase radiaţiile directe ale
soarelui.
Variaţii accidentale ale temperaturii aerului
Temperatura aerului în decurs de 24 de ore poate fi modificată de
influenţele exercitate de schimbarea vremii.
Variaţiile accidentale diurne sunt determinate în cea mai mare măsură
de transportul în regiunea respectivă a unor mase de aer rece sau cald.
Variaţiile accidentale anuale apar în mersul anual al temperaturii
aerului, când ne raportăm la mijloacele pentadice şi nu la cele lunare. Ele se
observă la latitudini temperate şi polare.
În afara variaţiilor periodice şi variaţiilor accidentale, temperatura
aerului mai poate avea şi variaţii diurne şi variaţii anuale.
Variaţia diurnă a temperaturii aerului se caracterizează printr-o
oscilaţie simplă, cu o valoare maximă ce se produce în jurul orei 14 şi o
valoare minimă care se înregistrează cu puţin timp înainte de răsăritul
Soarelui.
9
Amplitudinea variaţiilor diurne ale temperaturii aerului este
întotdeauna mai mică decât amplitudinea variaţiilor diurne ale
temperaturii solului şi depinde de următorii factori: latitudinea locului,
anotimp, relief, caracterul suprafeţei terestre, nebulozitate şi altitudine.
Variaţia anuală a temperaturii aerului se caracterizează tot printr-o
oscilaţie simplă, cu două valori extreme. Cea mai mare valoare, în decurs
de un an, se produce pe continente în luna iulie iar cea mai mică valoare, in
luna ianuarie.
Deasupra întinderilor mari de apă şi în apropierea litoralurilor,
valoarea maximă se înregistrează în august, iar valoarea minimă, în
februarie sau martie.
În ceea ce priveşte amplitudinea anuală a temperaturii aerului, aceasta
este minimă la Ecuator, unde fluxul energiei solare rămâne constant pe tot
timpul anului şi maximă la latitudinile polare, unde diferenţa dintre
temperaturile de vară şi cele de iarnă este apreciabilă.
Capitolul IV
Instrumente pentru determinarea
10
temperaturii aerului
Temperatura caracterizează starea de încălzire sau de răcire a unui
corp. Orice variaţie în starea de încălzire a unui corp produce o schimbare
a proprietăţilor sau a caracteristicilor fizice şi geometrice ale acestui corp.
Această schimbare constituie principiul care se află la baza construcţiei
instrumentelor pentru determinarea temperaturii adică a termometrelor.
Cu ajutorul termometrului se stabileşte raportul care există între
caracteristicile sau proprietăţile unui corp şi între temperatură, deoarece
termometrul introdus în mediul ce se cercetează capătă temperatura
acestuia datorită schimbului de căldură şi a tendinţei de stabilire a
echilibrului dinamic.
Proprietatea ce stă la baza construcţiei termometrelor este deci,
deformarea pe care o suferă corpurile gazoase, lichide şi solide, sub
influenţa variaţiilor de temperatură.
Această deformare este o dilataţie sau o contracţie a corpurilor, după
cum acestea se află sub influenţa unei temperaturi mai ridicate sau
mai scăzute.
În cazul termometrelor această deformare se traduce printr-o variaţie
de volum a corpului sau a substanţei termometrice. Pe baza acestei variaţii
de volum s-a ajuns la definirea gradului de temperatură, adică a unităţii de
măsură a temperaturii.
Astfel, dacă vom considera un corp termometric adică un mic rezervor
de sticlă la care se sudează un tub foarte îngust în care se află ca lichid
termometric mercurul, atunci când corpul termometric va fi introdus în
gheaţă care se topeşte, mercurul din acesta se va contracta, iar la un
moment dat nivelul mercurului va deveni staţionar şi vom nota acest nivel
cu zero. Dacă după acesta, acelaşi corp termometric este introdus cu
rezervorul în vaporii apei care fierbe (la presiune normală) atunci mercurul
11
se va dilata urcând în tub şi la un moment dat nivelul mercurului va deveni
constant. Nivelul superior al mercurului se va nota cu 100.
Dacă acest interval se împarte în 100 de părţi egale se obţine scara
termometrica centigradă care a fost imaginată de savantul suedez Celsius.
Deducem deci că gradul de temperatura centigrad reprezintă a 100–a
parte din variaţia de volum aparent pe care o încercă corpul termometric,
atunci când acesta este trecut din gheaţa care se topeşte, în vaporii apei care
fierbe la presiunea normală.
Capitolul V
Termometre pentru determinarea
temperaturii aerului12
În scopul determinării temperaturii aerului, meteorologia utilizează
următoarele feluri de termometre:
Termometre cu lichide;
Termometre cu deformaţie, bazate pe principiul variaţiei lungimii
corpurilor solide sub influenţa temperaturii;
Termometre electrice (cu rezistenţă electrică şi termoelectrice).
Vom descrie în continuare termometrele cele mai utilizate în
determinările temperaturii aerului.
Pentru a determina temperatura aerului atmosferic se utilizează:
Termometrul ordinar meteorologic;
Termometrul de minimă (mercur);
Termometrul de maximă (alcool).
Se utilizează două termometre ordinare identice, aşezate pe acelaşi
suport şi care servesc la determinarea temperaturii şi umidităţii aerului.
Termometrul ordinar se instalează în condiţiile unei ventilaţii perfecte
într-un adăpost meteorologic.
Adăpostul meteorologic este o căsuţă din lemn cu pereţii laterali
formaţi din jaluzele depărtate între ele şi dispuse la o înclinare de 45 , astfel
că nu permit pătrunderea razelor solare în interior, asigurând în acelaşi
timp şi primenirea aerului, în interiorul adăpostului şi deci, în jurul
termometrelor.
Acoperişul adăpostului este dublu şi de pânză, pentru a nu se încălzi la
soare. Fundul adăpostului nu este compact ci este format dintr-o cruce de
scândură şi din 4 rame prevăzute cu o reţea de sârmă, tot în scopul
asigurării ventilaţiei.
Căsuţa adăpostului este instalată pe un suport cu 4 picioare la
înălţimea de 1,50 – 1,60 m pentru ca instrumentele din interior să nu fie
influenţate de radiaţia terestră.
13
Adăpostul este vopsit pe dinafară în alb pentru a reflecta radiaţiile, iar
în interior cuşca adăpostului este vopsită în negru pentru a se menţine un
regim constant de temperatură.
La instalare uşa adăpostului este orientată spre Nord pentru ca în
timpul observaţiilor razele solare să nu influenţeze indicaţiile
termometrelor şi a celorlalte instrumente din adăpost.
În faţa adăpostului se află o scară care permite urcarea, în timpul
observaţiilor, a persoanei ce efectuează determinările.
Termometrul ordinar, ca orice termometru, este format din
următoarele părţi:
rezervorul termometrului la care se sudează tubul capilar, scara
termometrului care este legată cu sârmă subţire de tubul capilar.
Scara termometrului este confecţionată din porţelan alb şi poartă pe ea
gradaţiile termometrului.
Scara şi tubul capilar al termometrului sunt protejate de un tub de
sticla prevăzut la capătul superior al scării termometrului.
Termometrul este fixat într-o garnitură de ebonită prevăzută în mijloc
cu un orificiu în care se află un mic arc metalic. La partea inferioară scara
termometrului se sprijină pe o garnitură de sticlă.
Observaţiile la termometrele ordinare se efectuează la ore fixe de
observaţie, de obicei, la 8/14/20 sau 7/13/19 în fiecare zi, iar în cazul
programelor speciale, acestea se extind la alte ore.
Deoarece, în meteorologie, este de foarte mare importanţă
determinarea celor mai scăzute (minime) şi a celor mai ridicate (maxime)
temperaturi din timpul nopţii sau zilei, se utilizează, în acest scop,
termometre speciale.
Acestea se numesc termometre pentru temperaturi extreme sau mai
scurt termometre de extremă.
14
Termometrul de maximă se instalează în poziţie orizontală, foarte puţin
înclinat înspre rezervor, pentru ca mercurul din tubul capilar să nu se
prelingă înspre capătul tubului capilar.
Acest termometru se citeşte la orele 7 sau 8 şi va da temperatura
maximă din timpul nopţii, iar la orele 19 sau 20 va da temperatura maximă
din cursul zilei.
Pentru ca termometrul acesta să fie pregătit pentru observaţia
următoare, se procedează la scuturarea termometrului, până ce indicaţia
lui devine egală cu cea a termometrului ordinar.
Termometrul de maximă funcţionează la fel ca termometrul medicinal.
Termometrul de minimă determină temperaturile cele mai scăzute şi
are ca lichid termometric alcoolul.Rezervorul acestui termometru este în
formă de furcă sau cilindru.
Rezervorul în formă de furcă prezintă o suprafaţă mai mare de contact
cu mediul înconjurător şi în acelaşi timp va avea o inerţie termică mai mare
în scopul de a nu fi influenţat de variaţiile momentane ale temperaturii.
În interiorul coloanei de alcool din tubul capilar se află un indice de
porţelan de 12 - 14 mm lungime, colorat în negru sau albastru, având
capetele îngroşate.
Acest indice serveşte pentru determinarea temperaturii minime. Astfel,
înainte de determinarea temperaturii minime, termometrul se înclină,
ţinându-l cu rezervorul mai sus faţă de capătul opus şi se observă că
15
indicele de porţelan va cădea de-a lungul coloanei de alcool până ce se
opreşte la capătul coloanei de alcool.
Indicele nu poate străbate menisculul concav al alcoolului, deoarece
acesta exercită o rezistenţă, datorită tensiunii superficiale a menisculului.
După această operaţie termometrul de minimă se instalează pe
suportul său în poziţie orizontală.
Când scade temperatura aerului, alcoolul din rezervorul
termometrului se va contracta şi o dată cu acesta coloana de alcool din
tubul capilar se va retrage, antrenând prin menisculul său şi indicele care
se va opri în dreptul unei diviziuni a scării gradate, indicând temperatura
minimă.
Termometrele de minimă se citeşte la orele 7 sau 8 şi la 19 sau 20.
Termometrul de minimă este gradat la fel ca termometrul de maximă din
0,5 , iar limitele scării sunt de -45 şi chiar +50 .
Pentru a se putea urmări variaţia temperaturii de la un moment la
altul, în mod continuu, se utilizează termometrele înregistratoare sau
termografele.
Cele mai cunoscute termografe sunt cele cu lamă bimetalică. Dilatările
sau comprimările lamei bimetalice 1 sunt amplificate printr-un sistem de
16
pârghii şi transmise printr-un braţ peniţei 2, care, le înscrie pe termograma
3, înfăşurată pe un tambur ce se roteşte uniform, datorită unui sistem de
ceasornic.
Capitolul VI
Regimul termic al aerului
17
Datele referitoare la regimul termic al aerului, preluate de la staţia meteorologică Piteşti,
pentru anul 2006 sunt centralizate în tabelul următor:
Caracteristici termice
Valori lunare
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Temperatura medie lunară
-18 -10 3,4 10,5 11,7 18,3 20,8 20,1 16,3 10,7 4,5 1,6
Maxima absolută lunară
6,6 35 9,4 16,9 22,9 27,5 39,0 26,4 22,6 16,74 9,3 5,7
Minima absolută lunară
-19 -41 - 13 5,6 11,3 15,4 6,5 15,6 12,5 6,6 -1,0 -13
Amplitudinea absolută
85 76 10,7 11,3 11,6 12,5 32,5 10,6 10,1 10,1 8,2 70
Numărul zilelor de
îngheţ25 19 20 2 – – – 0,1 1 8 19
Numărul zilelor de vară
– – 9 25 26,3 2 9 – –
Numărul zilelor
tropicale– – – 3 8 11,4 4 – –
Din tabelul de mai sus se pot desprinde caracteristicile termice care
definesc climatul local: temperatura medie anuală 9,8°C, maxima absolută
39,2°C, minima absolută –27°C şi amplitudinea absolută 66,2°C, valori
caracteristice zonei de deal unde este situată staţia meteorologică Piteşti.
Temperatura medie lunară, aşa cum reiese din tabel, este pozitivă în
lunile noiembrie si decembrie. Maxima absolută lunară (39,0°C)
înregistrată în luna iulie sugerează verile fierbinţi când umbra păduri este o
adevărată binefacere pentru oameni.
Masivele forestiere contribuie la reducerea valorilor de temperatură în
zilele călduroase; pulsul se răreşte cu până la 8 – 10 bătăi pe minut;
temperatura pielii scade şi, datorită faptului că la suprafaţa frunzelor şi
tulpinilor are loc procesul de transpiraţie, omul nu mai captează căldura
suplimentară ci, dimpotrivă, el însuşi o elimină.
18
Se poate aprecia, de asemenea, că numărul zilelor de vară este destul
de mare, indicând o stare bună a vremii, deci numeroase şi plăcute ocazii de
plimbare prin pădure.
Având în vedere că temperaturile medii pe anotimpuri: iarna –0,9°C,
primăvara 2,9°C; vara 20,0°C, toamna 10,5°C, nu sunt restrictive, se poate
afirma că toate anotimpurile sunt favorabile deplasărilor în pădure.
Dacă ţinem cont că primăvara ultimul îngheţ se produce între 20
martie şi 2 aprilie, iar toamna primul îngheţ are loc in octombrie, putem
aprecia că perioada cu temperaturi peste 0°C este lungă, lucru pozitiv din
punctul de vedere considerat. . .
Concluzii Concluzii
19
BibliografieBibliografie
20