Вертикальное распределение температуры

Выше было указано, как меняется температура в опреде­ленной массе воздуха, которая адиабатически поднимается или опускается. Ни в коем случае не следует смешивать эти инди­видуальные изменения с вертикальным распределением темпе­ратуры в атмосфере.

Температура в атмосферном столбе может распределяться по высоте различным образом. Это распределение не подчинено никакой простой закономерности, и кривая, представляющая это распределение в более или менее толстом слое атмосферы, не является простой геометрической кривой. В некоторых случаях ее можно только приближенно приравнять такой кривой. Пред­ставление о распределении температуры с высотой дает вертикальный градиент температуры –dT/dz, т. е. изменение темпера­туры в атмосфере на единицу высоты, обычно на 100 м. Так как перед производной ставится знак минус, то в обычном слу­чае падения температуры с высотой, т. е. при отрицательном dТ и положительном dz, градиент имеет положительную вели­чину.

Вертикальный градиент температуры может меняться в довольно широких пределах. В нижних 10 км в умеренных широтах и в нижних 15 км в тропиках он в среднем равен 0,6°/100 м. В нижних сотнях метров над нагретой подстилаю­щей поверхностью он может повышаться до 1^o/100 м или не­много больше, а в тонком приземном слое над перегретой почвой может быть во много раз больше. Бывают и такие случаи, когда температура воздуха с высотой не падает, а растет. Такое рас­пределение температуры называют инверсией температуры, а вертикальный градиент температуры будет при этом, очевидно, отрицательным. Инверсии особенно часты по ночам в призем­ном слое, но встречаются на разных высотах и в свободной ат­мосфере. Если температура в воздушном слое не меняется с вы­сотой, т. е. вертикальный градиент ее равен нулю, то такое состояние слоя называют изотермией. Выше 10—15 км и до вы­сот около 50 км вертикальное распределение температуры даже в среднем является изотермическим или инверсионным.

Если молекулярная температура с высотой меняется, то, вообще говоря, меняется также и потенциальная температура. Однако в случае, если молекулярная температура падает с вы­сотой на 1^o/100 м, то потенциальная температура остается с вы­сотой неизменной. Это легко видеть из самых простых сообра­жений. При указанном градиенте молекулярной температуры, с какого бы уровня ни была опущена воздушная частица на уровень моря, она, адиабатически нагревшись, получит на уровне моря одну и ту же температуру. Это и значит, что потен­циальная температура на всех уровнях одинакова.

В случае же, если вертикальный градиент молекулярной тем­пературы меньше 1^o/100 м, что как раз является обычным, по­тенциальная температура с высотой растет, причем растет тем быстрее, чем он меньше. И только в тех редких случаях, когда вертикальный градиент молекулярной температуры больше 1^o/100 м, потенциальная температура с высотой убывает, причем убывает тем быстрее, чем больше градиент молекулярной тем­пературы превышает 1^o/100 м.

В изотермическом слое потенциальная температура растет с высотой на Г на 100 м. Еще быстрее растет она в слое инвер­сии, т. е. при возрастании молекулярной температуры с вы­сотой.