Atmosfera i temperatura powietrza

Zacznij od pytania

Skąd bierze się ciepło w powietrzu?

Atmosfera to gazowa powłoka Ziemi utrzymywana przez grawitację. Chroni życie przed znaczną częścią szkodliwego promieniowania, spala większość drobnych meteoroidów, przenosi ciepło i wodę oraz umożliwia oddychanie. Pogoda nie zachodzi jednak w całej atmosferze, lecz przede wszystkim w jej najniższej warstwie — troposferze.

Temperatura przy powierzchni nie wynika z bezpośredniego ogrzewania powietrza przez Słońce. Najpierw energię pochłania podłoże, a dopiero ono ogrzewa przylegające powietrze. Dlatego rodzaj powierzchni, wysokość, położenie i napływ mas powietrza mają tak duże znaczenie. W tej lekcji przejdziemy od składu powietrza, przez jego warstwy, do czynników, które kształtują temperaturę.

Zacznij od obrazu

Cienka warstwa, w której żyjemy

Kliknij zdjęcie, aby je powiększyć. Cała pogoda dzieje się w jasnej, cienkiej warstwie tuż nad horyzontem.

Obejrzyj

Temperatura powietrza

Podczas oglądania: Podczas oglądania wypisz pięć czynników różnicujących temperaturę i przy każdym zapisz kierunek jego wpływu.

Otwórz film w nowej karcie · YouTube

1 · Skład

Z czego składa się powietrze

Suche powietrze przy powierzchni składa się w przybliżeniu z 78% azotu, 21% tlenu i około 1% pozostałych gazów, głównie argonu. Dochodzi do tego zmienna ilość pary wodnej oraz aerozole. Choć dwutlenku węgla jest bardzo mało, uczestniczy on w efekcie cieplarnianym i obiegu węgla.

Dane

Skład suchego powietrza

Wykres pokazuje, jak podzielone są gazy przy powierzchni Ziemi.

Para wodna jest zmienna (od ok. 0 do 4%) i nie wlicza się jej do „suchego” powietrza.

Zadanie do tego wykresu

Odczytaj z wykresu

Na wykresie kołowym wskaż dwa gazy, które razem tworzą ok. 99% suchego powietrza.Dodaj dwa największe sektory.
Wyjaśnij, dlaczego dwutlenek węgla, choć jest go bardzo mało, jest ważnym składnikiem atmosfery.Wróć do tekstu nad wykresem.

2 · Budowa

Pięć warstw według przebiegu temperatury

W atmosferze wyróżnia się pięć głównych warstw według przebiegu temperatury. Troposfera sięga średnio około 12 km; zawiera większość pary wodnej i zachodzi w niej pogoda. W stratosferze znajduje się warstwa ozonowa, a temperatura rośnie ku górze dzięki pochłanianiu promieniowania ultrafioletowego. W mezosferze spalają się liczne meteoroidy. W termosferze występuje zjonizowana część atmosfery związana m.in. z zorzami polarnymi, a egzosfera stopniowo przechodzi w przestrzeń kosmiczną.

Interaktywny schemat

Kliknij warstwę

Kliknij warstwę na schemacie albo przycisk pod spodem. Zobaczysz wysokość, temperaturę, ciśnienie i to, co się tam dzieje: samoloty, ozon, meteory, zorze, stację kosmiczną i uciekające w kosmos atomy.

Im wyżej, tym rzadsze powietrze. Temperatura nie spada jednak równo: w stratosferze rośnie przez ozon, w mezosferze znów spada, a w termosferze rośnie bardzo wysoko.

Wykres

Jak zmienia się temperatura z wysokością

Temperatura spada w troposferze, rośnie w stratosferze (ozon pochłania promieniowanie), znowu spada w mezosferze.

Troposfera ma średnio ok. 12 km: tu spada temperatura i tu powstaje pogoda; ozon w stratosferze znów ogrzewa powietrze.

Zadanie do tego wykresu

Odczytaj ze schematu i wykresu

Kliknij na schemacie „Troposfera” i „Stratosfera”. W której warstwie zachodzi pogoda, a w której leży warstwa ozonowa?Przeczytaj opisy pod schematem.
Na wykresie temperatury z wysokością wskaż przedział, w którym temperatura rośnie, i wyjaśnij dlaczego.Zwróć uwagę, gdzie linia idzie w górę.
Kliknij „Termosfera”. Dlaczego temperatura bywa tam bardzo wysoka, a mimo to nie poczułbyś gorąca?Zwróć uwagę na ilość cząsteczek.

Sprawdź w działaniu

Ułóż warstwy atmosfery od powierzchni Ziemi w górę

Klikaj warstwy w kolejności od najniższej do najwyższej.

Pogoda zachodzi w troposferze, a warstwa ozonowa leży w stratosferze.

3 · Energia

Od Słońca przez podłoże do powietrza

Głównym źródłem energii dla powierzchni i atmosfery jest promieniowanie słoneczne. Podłoże pochłania część energii, ogrzewa się, a następnie przekazuje ciepło powietrzu przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie długofalowe. Dlatego temperatura mierzona jest w cieniu, w osłonie meteorologicznej, zwykle 2 m nad gruntem.

4 · Co ją kształtuje

Pięć czynników temperatury

Temperatura powietrza zależy od: szerokości geograficznej, wysokości nad poziomem morza, ekspozycji stoków, odległości od oceanu oraz prądów morskich. Poniżej przy większości czynników zaraz po opisie znajdziesz wykres albo mapę i krótkie zadanie do niego.

Czynnik 1

Szerokość geograficzna

Szerokość geograficzna wpływa na kąt padania promieni. Gdy promienie padają bardziej pionowo, ta sama porcja energii rozkłada się na mniejszej powierzchni. Dlatego średnio najcieplej jest w pasie międzyzwrotnikowym, a ku biegunom temperatura spada. Przebieg izoterm jest jednak modyfikowany przez lądy, oceany, prądy i rzeźbę terenu.

Wykres

Im dalej od równika, tym zimniej

Średnia roczna temperatura powietrza maleje od równika ku biegunowi, bo promienie Słońca padają coraz bardziej ukośnie.

Spadek temperatury ku biegunowi to skutek kąta padania promieni, a nie samej odległości od Słońca.

Zadanie do tego wykresu

Odczytaj z wykresu

Odczytaj z wykresu średnią roczną temperaturę na 20°N i 60°N i oblicz różnicę.Wartości odczytaj z linii nad podpisem osi.
Wyjaśnij, dlaczego ku biegunowi robi się zimniej.Pomyśl o kącie padania promieni.

Czynnik 2

Wysokość nad poziomem morza

W troposferze temperatura spada przeciętnie o około 0,6°C na każde 100 m wysokości. To wartość uśredniona, a nie reguła obowiązująca w każdej chwili. W zadaniach szkolnych pozwala jednak oszacować różnicę temperatur między podnóżem i szczytem.

Wykres

Jak spada temperatura w górach

Wykres: temperatura powietrza w troposferze, gdy u podnóża (0 m n.p.m.) jest 15°C. Odczytaj wartości dla wysokości między punktami.

Co 500 m w górę robi się o 3°C chłodniej.

Zadanie do tego wykresu

Odczytaj z wykresu i oblicz

Odczytaj z wykresu temperaturę na wysokości 200 m i 1700 m n.p.m. (między punktami), a potem oblicz różnicę. Sprawdź wynik regułą 0,6°C na 100 m.Od 200 do 1700 m jest 1500 m, czyli 15 razy po 100 m.

Czynnik 3

Ekspozycja stoku

Ekspozycja stoku określa jego położenie względem stron świata. Na półkuli północnej stoki południowe są zwykle lepiej nasłonecznione niż północne, natomiast na półkuli południowej sytuacja jest odwrotna. Rzeźba wpływa także na zacienienie i zaleganie chłodnego powietrza w obniżeniach.

Czynnik 4

Odległość od oceanu

Oceany nagrzewają się i stygną wolniej niż lądy. Nad morzem lata są zwykle chłodniejsze, zimy łagodniejsze, a roczna amplituda mniejsza. W głębi kontynentu amplituda rośnie.

Dwa klimatogramy

Ta sama szerokość, inna odległość od oceanu

Po lewej Reykjavik (64°N, nad oceanem), po prawej Jakuck (62°N, w głębi Azji). Porównaj przebieg temperatury (linia) i opady (słupki).

Szerokość jest podobna, a amplituda zupełnie inna: różnicę robi odległość od oceanu.

Zadanie do tego wykresu

Odczytaj z klimatogramów

Odczytaj najcieplejszy i najchłodniejszy miesiąc w każdym mieście i oblicz roczne amplitudy temperatury. Które miasto ma większą amplitudę i ile razy?Amplituda = temperatura najcieplejszego minus najchłodniejszego miesiąca. Pod każdym wykresem są też gotowe liczby.

Czynnik 5

Prądy morskie

Ciepłe prądy morskie podnoszą temperaturę sąsiednich wybrzeży, a zimne ją obniżają. Wpływ ten widać szczególnie na Atlantyku, gdzie ciepły prąd płynie ku Europie, a zimny wzdłuż wybrzeży Kanady.

Na mapie

Dlaczego Brest jest cieplejszy niż St. John’s

Kliknij oba znaczniki i porównaj temperatury w styczniu.

Ciepły prąd ogrzewa zachodnią Europę, zimny przybliża zimę do wschodniej Kanady.

Zadanie do tej mapy

Odczytaj z mapy

Porównaj styczeń w Brest i St. John’s (obie ok. 48°N). Wyjaśnij różnicę, wskazując prądy, które opływają te miasta.Kliknij oba znaczniki. Ciepły czy zimny prąd?

W skrócie

Podsumowanie: pięć czynników

Czynnik	Typowy wpływ
większa szerokość geograficzna	mniejszy kąt padania promieni i niższa średnia temperatura
większa wysokość	spadek temperatury średnio 0,6°C/100 m
bliskość oceanu	mniejsza roczna amplituda
ciepły prąd morski	wyższa temperatura sąsiedniego wybrzeża
stok zwrócony ku Słońcu	silniejsze nagrzewanie

Laboratorium · ćwiczenie w przeglądarce, do którego odsyłają rozgrzewki na końcu lekcji

Sprawdź w działaniu

Sprawdź sam: wysokość i odległość od morza

Po lewej policz temperaturę na szczycie, po prawej porównaj roczny przebieg temperatury nad morzem i w głębi lądu oraz wynikającą z niego amplitudę.

W troposferze temperatura spada średnio o 0,6°C na 100 m. Amplituda roczna to różnica między miesiącem najcieplejszym i najchłodniejszym.

Słownik lekcji

Pojęcia, które trzeba rozumieć

atmosfera

gazowa powłoka otaczająca Ziemię i utrzymywana przez jej grawitację

troposfera

najniższa warstwa atmosfery, w której zachodzi większość zjawisk pogodowych

stratosfera

warstwa nad troposferą zawierająca największą koncentrację ozonu atmosferycznego

izoterma

linia na mapie łącząca punkty o tej samej temperaturze

amplituda temperatury

różnica między najwyższą i najniższą temperaturą w analizowanym okresie

ekspozycja stoku

położenie stoku względem kierunków geograficznych

gradient termiczny

tempo zmiany temperatury wraz z wysokością; w zadaniach szkolnych przyjmuje się średnio spadek 0,6°C na 100 m

Utrwal słownik

Dopasuj pojęcia do definicji

Te pojęcia pojawią się w quizie i na sprawdzianie.

Praca z podręcznikiem

Zajrzyj do „Nowych Oblicz geografii”

Strony: 48–52.

Na stronach 48–49 odszukaj pięć czynników kształtujących temperaturę. Do każdego dopisz przykład z mapy lub schematu.
Porównaj Bristol, Warszawę i Saratów. Wyjaśnij wzrost rocznej amplitudy temperatury wraz z oddalaniem się od Atlantyku.
Na mapach stycznia i lipca wskaż obszary najcieplejsze i najchłodniejsze. Zwróć uwagę na przeciwne pory roku na półkulach.
Wykonaj polecenie regionalne: wykorzystaj dane IMGW-PIB i opisz roczny przebieg temperatury najbliższej stacji.

Uważaj

Na tym tracą punkty

Powietrze ogrzewa się bezpośrednio od Słońca

Tak nie

Promienie słoneczne ogrzewają powietrze, więc na górze musi być cieplej.

Nie wyjaśnisz spadku temperatury z wysokością.

Tak

Słońce ogrzewa podłoże, a podłoże powietrze (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie długofalowe).

Dlatego temperaturę mierzy się 2 m nad gruntem, w cieniu.

Spadek temperatury 0,6°C na 1 m

Tak nie

Na wysokości 1800 m temperatura spada o 0,6 × 1800 = 1080°C.

Absurdalny wynik zadania.

Tak

Spadek wynosi 0,6°C na każde 100 m: (1800 − 300) : 100 × 0,6 = 9°C.

Zawsze zamień różnicę wysokości na setki metrów.

Amplituda jako średnia temperatura

Tak nie

Amplituda to średnia z lipca i stycznia.

Zły wynik zamiast różnicy.

Tak

Amplituda to różnica: 19°C − (−4°C) = 23°C.

Odejmowanie dotyczy też wartości ujemnych.

Ocean ogrzewa się szybciej niż ląd

Tak nie

Nad morzem lato jest gorętsze, bo woda szybko się nagrzewa.

Odwrotna odpowiedź w zadaniu o klimacie.

Tak

Oceany nagrzewają się i stygną wolniej niż lądy, więc nad morzem lato jest chłodniejsze, a zima łagodniejsza.

Amplituda w głębi lądu jest większa.

Dla zainteresowanych

Materiały dodatkowe z zadaniem

Każdy z materiałów ma jedno konkretne pytanie. Linki znajdziesz na końcu lekcji w źródłach.

Earth's atmosphere: a multi-layered cake (NASA Science): Porównaj wysokość i charakterystyczne zjawiska w pięciu głównych warstwach atmosfery.
Dane pomiarowo-obserwacyjne IMGW-PIB (IMGW-PIB): Wybierz najbliższą stację i odszukaj miesięczne wartości temperatury potrzebne do obliczenia rocznej amplitudy.

Podsumowanie

Co warto zapamiętać

Atmosfera ma 5 warstw: tropo-, strato-, mezo-, termo- i egzosferę; pogoda jest w troposferze.
Powietrze ogrzewa się od podłoża, a nie bezpośrednio od Słońca.
Temperatura maleje ku biegunom (kąt padania promieni) i o 0,6°C na 100 m w górę.
Stoki południowe na półkuli północnej są cieplejsze niż północne.
Ocean łagodzi klimat: chłodniejsze lato, łagodniejsza zima, mniejsza amplituda.

Dalej na swoim koncie

Rozgrzewki, quiz i zadania są w biurku ucznia.

Teoria jest otwarta dla wszystkich. Żeby rozwiązywać zadania, zapisywać szkice i widzieć swój postęp, zaloguj się.

Zaloguj się →