Le changement de température de surface du sol au cours de la journée est appelé taux diurne. La variation quotidienne de la surface du sol en moyenne sur plusieurs jours représente des fluctuations périodiques avec un maximum et un minimum.
Le minimum est observé avant le lever du soleil, lorsque le bilan radiatif est négatif et que l'échange de chaleur non radiatif entre la surface et les couches adjacentes de sol et d'air est insignifiant.
À mesure que le soleil se lève, la température de surface du sol augmente et culmine vers 13 heures. Ensuite, il commence à diminuer, bien que le bilan radiatif soit toujours positif. Ceci s'explique par le fait qu'après 13 heures le transfert de chaleur de la surface du sol à l'air augmente par turbulence et par évaporation.
La différence entre la température maximale et minimale du sol par jour s'appelle l'amplitude taux journalier. Il est influencé par un certain nombre de facteurs :
1.Saison. L'amplitude est la plus grande en été et la plus petite en hiver ;
2.Latitude du site. Puisque l'amplitude est liée à la hauteur du soleil, elle diminue avec l'augmentation de la latitude du lieu ;
3. Nuageux. Par temps nuageux, l'amplitude est moindre ;
4. Capacité calorifique et conductivité thermique du sol. L'amplitude est inversement proportionnelle à la capacité calorifique du sol. Par exemple, une roche granitique a une bonne conductivité thermique et la chaleur y est bien transférée. De ce fait, l'amplitude des fluctuations journalières de la surface granitique est faible. Le sol sableux a une conductivité thermique plus faible que le granit, donc l'amplitude de la variation de température de la surface sableuse est environ 1,5 fois supérieure à celle du granit ;
5. Couleur du sol. L'amplitude des sols sombres est beaucoup plus grande que celle des sols clairs, car la capacité d'absorption et de rayonnement dans les sols sombres est plus grande ;
6. Végétation et couverture neigeuse. Le couvert végétal réduit l'amplitude, car il empêche le réchauffement du sol par les rayons du soleil. L'amplitude n'est pas très grande même avec un enneigement, car en raison d'un grand albédo, la surface de neige se réchauffe un peu ;
7. Exposition des pentes. Les versants sud des collines sont plus chauds que ceux du nord, et ceux de l'ouest sont plus que ceux de l'est, d'où l'amplitude des surfaces sud et ouest des collines est plus importante.
Variation annuelle de la température de surface du sol
Le taux annuel, comme le taux journalier, est associé à l'arrivée et à la consommation de chaleur et est principalement déterminé par des facteurs de rayonnement. Il est plus pratique de suivre ce cours par les valeurs mensuelles moyennes de la température du sol.
Dans l'hémisphère nord, les températures mensuelles moyennes maximales à la surface du sol sont observées en juillet-août et les minimales en janvier-février.
La différence entre les températures mensuelles moyennes les plus élevées et les plus basses pour l'année est appelée l'amplitude de l'évolution annuelle de la température du sol. Elle dépend le plus de la latitude du lieu : aux latitudes polaires l'amplitude est la plus grande.
Les fluctuations quotidiennes et annuelles de la température de surface du sol se sont progressivement propagées dans ses couches plus profondes. La couche de sol ou d'eau, dont la température connaît des fluctuations quotidiennes et annuelles, est appelée actif.
La propagation des fluctuations de température en profondeur dans le sol est décrite par trois lois de Fourier :
Le premier d'entre eux dit que la période d'oscillation ne change pas avec la profondeur ;
La seconde suggère que l'amplitude des fluctuations de température du sol diminue de façon exponentielle avec la profondeur ;
La troisième loi de Fourier établit que les températures maximales et minimales en profondeur surviennent plus tard qu'à la surface du sol, et le retard est directement proportionnel à la profondeur.
La couche de sol dans laquelle la température reste inchangée tout au long de la journée est appelée une couche de température quotidienne constante(inférieur à 70 - 100 cm). La couche de sol dans laquelle la température du sol reste constante tout au long de l'année est appelée couche constante. température annuelle... Cette couche commence à une profondeur de 15-30 m.
Sous les latitudes élevées et tempérées, il existe de vastes zones où les couches de sol restent gelées pendant de nombreuses années sans dégeler en été. Ces couches sont appelées éternel pergélisol.
Le pergélisol peut se présenter en couche continue ou en couches séparées, entrecoupées de sol dégelé. L'épaisseur de la couche de pergélisol varie de 1 à 2 m à plusieurs centaines de m.Par exemple, en Yakoutie, l'épaisseur du pergélisol est de 145 m, en Transbaïkalie - environ 70 m.
Chauffage et refroidissement des réservoirs
La couche superficielle de l'eau, comme le sol, absorbe bien le rayonnement infrarouge : les conditions d'absorption et de réflexion par l'eau et le sol diffèrent peu. Le rayonnement à ondes courtes est une autre affaire.
L'eau, contrairement au sol, est un corps transparent pour elle. Par conséquent, le chauffage par rayonnement de l'eau se produit dans son épaisseur.
Des différences significatives dans le régime thermique de l'eau et du sol sont causées par les raisons suivantes:
La capacité calorifique de l'eau est 3 à 4 fois supérieure à la conductivité thermique du sol. Avec une même arrivée ou consommation de chaleur, la température de l'eau change moins ;
Les particules d'eau sont plus mobiles. Par conséquent, dans les plans d'eau, le transfert de chaleur vers l'intérieur ne se produit pas par conduction de chaleur moléculaire, mais par turbulence. Le refroidissement de l'eau la nuit et pendant la saison froide se produit plus rapidement que son réchauffement pendant la journée et en été, et les amplitudes des fluctuations quotidiennes de la température de l'eau, ainsi que des fluctuations annuelles, sont faibles.
La profondeur de pénétration des fluctuations annuelles dans les plans d'eau est de 200 à 400 m.
Pendant la journée, la surface du sol en continu, de diverses manières, perd ou absorbe de la chaleur. À travers la surface de la terre, la chaleur est transférée vers le haut (dans l'atmosphère) et vers le bas (dans le sol). Le rayonnement total et le contre-rayonnement de l'atmosphère pénètrent à la surface du sol, de même que la chaleur est fournie par conduction thermique turbulente. De la même manière, la surface de la terre rayonne de la chaleur dans l'atmosphère. La chaleur entrante est répartie dans une fine couche supérieure, qui devient très chaude. A la surface du sol, la température chute rapidement lorsque de la chaleur est dégagée : la chaleur accumulée dans la fine couche supérieure la quitte rapidement sans être reconstituée par le bas.
Fig. No. 1 Diagramme de variation quotidienne de la température de surface du sol
La somme algébrique de toutes les recettes et dépenses de chaleur à la surface de la terre doit être égale à zéro, mais cela ne signifie pas que la température de la surface du sol ne change pas. Si le transfert de chaleur est dirigé vers le bas, la chaleur de l'atmosphère reste dans la couche active du sol, ce qui entraîne une augmentation de sa température. Lorsqu'elle est transférée dans l'atmosphère, la chaleur quitte la couche active, abaissant ainsi sa température.
La température de surface pendant a son maximum, qui se manifeste à 13-14 heures, et un minimum, qui est observé une demi-heure après le lever du soleil. Dans notre cas (fig. n°1), cela se passe exactement comme ceci : la température de surface la plus basse de 19°C tombe à 6h00 du matin - l'heure, environ après le lever du soleil en période estivale. À ce moment, la libération de chaleur de la couche supérieure du sol par un rayonnement efficace est compensée par l'afflux accru de rayonnement total, à la suite de quoi le bilan radiatif de la surface du sol devient nul; et le bilan non radiatif est négligeable. Puis la température monte progressivement jusqu'à sa valeur la plus élevée au midi local. Le bilan radiatif reste positif jusqu'au soir, mais on constate que la température de la surface du sol baisse. Cela est dû à l'augmentation de la conductivité thermique et de l'évaporation de l'eau.
Les températures maximales à la surface du sol sont généralement plus élevées que dans l'air, car pendant la journée, le rayonnement solaire chauffe le sol et, déjà, il chauffe l'air. Cela se voit dans le cas étudié : la température maximale de surface du sol (49°C) est supérieure à la température maximale de l'air (32,8°C) le même jour. D'autre part, les minimums nocturnes sont plus faibles à la surface du sol que dans l'air, puisque le sol est d'abord refroidi par un rayonnement efficace, et l'air en est refroidi. Le 19 août, la température minimale à la surface du sol était de 19 °C et la température minimale de l'air était de 21,2 °C.
Les études ont été réalisées en août, donc la différence entre le maximum journalier et le minimum journalier - l'amplitude de température journalière - dans le cas étudié est assez élevée (30С). Le rayonnement solaire près de la surface de la terre est élevé pendant la journée et un rayonnement efficace est observé la nuit. Par conséquent, à en juger par la grande amplitude, la journée était sans nuages.
Une surface directement chauffée par les rayons du soleil et dégageant de la chaleur aux couches sous-jacentes et à l'air est appelée surface active... La température de la surface active, sa valeur et son évolution (variation journalière et annuelle) sont déterminées par le bilan thermique.
La valeur maximale de presque tous les composants du bilan thermique est observée à midi. Une exception est le transfert de chaleur maximal dans le sol le matin. Les amplitudes maximales de la variation quotidienne des composants du bilan thermique sont observées en été et les minimales - en hiver.
Dans la variation diurne de la température d'une surface sèche et dénudée par temps clair, le maximum se produit après 13h00 et le minimum - vers le moment du lever du soleil. La nébulosité perturbe le cours correct de la température de surface et provoque un décalage des moments du maximum et du minimum. La température de surface est fortement influencée par son taux d'humidité et sa couverture végétale.
Les maximums diurnes de température de surface peuvent être de + 80 ° et plus (dans le sud de la Russie + 75 °). Les fluctuations quotidiennes atteignent 40 °. Leur valeur dépend de la saison, de la nébulosité, des propriétés thermiques de la surface, de sa couleur, de sa rugosité, de la couverture végétale, ainsi que de l'exposition des pentes.
La variation annuelle de température de la couche active est différente selon les latitudes. La température de surface maximale aux latitudes moyennes et élevées est généralement observée en juillet, la minimale en janvier. Les amplitudes des fluctuations annuelles de la température de la surface active aux basses latitudes sont très faibles ; aux latitudes moyennes terrestres, elles atteignent 30°. Les fluctuations annuelles de la température de surface aux latitudes tempérées et élevées sont fortement influencées par la couverture neigeuse.
La diffusion de la chaleur dans le sol dépend d'un certain nombre de ses propriétés, et surtout de sa capacité calorifique et de sa conductivité thermique. Recevant la même quantité de chaleur solaire, le sol se réchauffe plus lentement, plus il température volumétrique. La capacité calorifique volumétrique des roches qui composent le sol est environ deux fois inférieure à la capacité calorifique de l'eau. Capacité calorifique de l'eau - 1, quartz - 0,517, argile - 0,676, air - 0,0003.
Le transfert de chaleur d'une couche à l'autre est régulé par la conductivité thermique. La plupart des roches ont une faible conductivité thermique (cal) cm * sec deg.) :
Conductivité thermique de l'eau - 0,00129 cal / cm * sec * deg., Air - 0,000056.
Le transfert de chaleur d'une couche à l'autre prend du temps et le moment de l'apparition des températures maximales et minimales au cours de la journée est retardé d'environ 3 heures tous les 10 cm. Si la température la plus élevée à la surface était d'environ 13 heures, à une profondeur de 10 cm, la température maximale sera d'environ 16 et à une profondeur de 20 cm - environ 19 heures, etc.
Avec le chauffage successif des couches sous-jacentes des couches sus-jacentes, chaque couche absorbe une certaine quantité de chaleur. Plus la couche est profonde, moins elle reçoit de chaleur et plus les fluctuations de température y sont faibles. Les amplitudes des fluctuations de température quotidiennes avec la profondeur diminuent de moitié tous les 15 cm. Cela signifie que si à la surface l'amplitude est de 16 °, alors à une profondeur de 15 cm, elle est de 8 ° et à une profondeur de 30 cm - 4 °. Dans le même temps, les périodes de fluctuations de température restent inchangées à toutes les profondeurs. En moyenne, à une profondeur d'environ 1 m, les fluctuations quotidiennes de la température du sol disparaissent. La couche dans laquelle ces vibrations s'arrêtent pratiquement s'appelle la couche température quotidienne constante.
Plus la période de fluctuations de température est longue, plus ces fluctuations se propagent profondément. Aux latitudes moyennes, la couche de température annuelle constante est située à une profondeur de 19-20 m, dans les hautes latitudes - à une profondeur de 25 m. Sous les latitudes tropicales, les amplitudes de température annuelle sont faibles et la couche d'amplitude annuelle constante est situé à une profondeur de seulement 5-10 m.
Les moments d'apparition des températures maximales et minimales au cours de l'année sont retardés en moyenne de 20 à 30 jours par mètre. Ainsi, si la température de surface la plus basse a été observée en janvier, elle se produit à une profondeur de 2 m début mars.
Les observations montrent que la température dans la couche de température annuelle constante est proche de la température annuelle moyenne de l'air au-dessus de la surface. La couche de sol située au-dessus de la couche de température annuelle constante et subissant ses fluctuations annuelles est appelée couche active.
L'eau, ayant une capacité calorifique plus élevée et une conductivité thermique moindre que la terre, se réchauffe plus lentement et dégage de la chaleur plus lentement. Les rayons du soleil tombant à la surface de l'eau sont en partie absorbés par la couche d'eau la plus élevée et pénètrent en partie à une profondeur considérable, chauffant directement une partie de sa couche. La mobilité de l'eau le permet. transfert de chaleur. En raison du mélange turbulent de l'eau, le transfert de chaleur vers l'intérieur se produit 1 000 à 10 000 fois plus rapidement que par conduction thermique. Lorsque les couches superficielles se refroidissent, une convection thermique se produit, accompagnée d'un mélange d'eau.
Les fluctuations quotidiennes de température à la surface de l'océan aux hautes latitudes ne sont que de 0,1°, aux latitudes modérées - 0,4°, en tropical - 0,5°. La profondeur de pénétration de ces fluctuations est de 15 à 20 m.Les amplitudes annuelles de température à la surface de l'océan vont de 2 ° sous les latitudes tropicales à 0,8 ° sous les latitudes tempérées. Les fluctuations annuelles de température pénètrent jusqu'à une profondeur de 200 à 300 m.
Les moments de la température maximale des masses d'eau sont en retard par rapport à la terre. Le maximum se produit à environ 15-16 heures, le minimum - 2-3 heures après le lever du soleil. La température maximale annuelle à la surface de l'océan dans l'hémisphère nord tombe en août, le minimum - en février.
Variation diurne et annuelle de la température de surface du sol
| Le nom du paramètre | Sens |
| Sujet de l'article : | Variation diurne et annuelle de la température de surface du sol |
| Catégorie (catégorie thématique) | Géographie |
Le changement de température de surface du sol au cours de la journée est appelé taux diurne. La variation quotidienne de la surface du sol en moyenne sur plusieurs jours représente des fluctuations périodiques avec un maximum et un minimum.
Le minimum est observé avant le lever du soleil, lorsque le bilan radiatif est négatif et que l'échange de chaleur non radiatif entre la surface et les couches adjacentes de sol et d'air est insignifiant.
À mesure que le soleil se lève, la température de surface du sol augmente et culmine vers 13 heures. De plus, il commence à diminuer, bien que le bilan radiatif soit toujours positif. Ceci s'explique par le fait qu'après 13 heures, le transfert de chaleur de la surface du sol vers l'air augmente par turbulence et par évaporation.
La différence entre la température maximale et minimale du sol par jour s'appelle l'amplitude taux journalier. Il est influencé par un certain nombre de facteurs˸
1.Saison. L'amplitude est la plus grande en été et la plus petite en hiver ;
2.Latitude du site. Puisque l'amplitude est liée à la hauteur du soleil, elle diminue avec l'augmentation de la latitude du lieu ;
3. Nuageux. Par temps nuageux, l'amplitude est moindre ;
4. Capacité calorifique et conductivité thermique du sol. L'amplitude est inversement proportionnelle à la capacité calorifique du sol. Par exemple, une roche granitique a une bonne conductivité thermique et la chaleur y est bien transférée. De ce fait, l'amplitude des fluctuations journalières de la surface granitique est faible. Le sol sableux a une conductivité thermique plus faible que le granit, donc l'amplitude de la variation de température de la surface sableuse est environ 1,5 fois supérieure à celle du granit ;
5. Couleur du sol. L'amplitude des sols sombres est beaucoup plus grande que celle des sols clairs, car la capacité d'absorption et de rayonnement dans les sols sombres est plus grande ;
6. Végétation et couverture neigeuse. Le couvert végétal réduit l'amplitude, car il empêche le réchauffement du sol par les rayons du soleil. L'amplitude n'est pas très grande même avec un enneigement, car en raison d'un grand albédo, la surface de neige se réchauffe un peu ;
7. Exposition des pentes. Les versants sud des collines sont plus chauds que ceux du nord, et ceux de l'ouest sont plus que ceux de l'est, d'où l'amplitude des surfaces sud et ouest des collines est plus importante.
Variation annuelle de la température de surface du sol
Le taux annuel, comme le taux journalier, est associé à l'arrivée et à la consommation de chaleur et est principalement déterminé par des facteurs de rayonnement. Il est plus pratique de suivre ce cours par les valeurs mensuelles moyennes de la température du sol.
Dans l'hémisphère nord, les températures mensuelles moyennes maximales à la surface du sol sont observées en juillet-août et les minimales en janvier-février.
La différence entre les températures mensuelles moyennes les plus élevées et les plus basses pour l'année est appelée l'amplitude de l'évolution annuelle de la température du sol. Cela dépend dans la plus grande mesure de la latitude du lieu dans les latitudes polaires dont l'amplitude est la plus grande.
Les fluctuations quotidiennes et annuelles de la température de surface du sol se sont progressivement propagées à ses couches plus profondes. La couche de sol ou d'eau, dont la température connaît des fluctuations quotidiennes et annuelles, est appelée actif.
La propagation des fluctuations de température en profondeur dans le sol est décrite par trois lois de Fourier
Variation quotidienne et annuelle de la température de surface du sol - concept et types. Classification et caractéristiques de la catégorie "Variation journalière et annuelle de la température de surface du sol" 2015, 2017-2018.
Situation physique et géographique.
La position physique et géographique est la localisation spatiale de tout terrain (pays, région, établissement ou tout autre objet) par rapport à des données physiques et géographiques (équateur, méridien principal, systèmes montagneux, mers et océans, etc.).
En conséquence, la position physique et géographique est déterminée par : les coordonnées géographiques (latitude, longitude), la hauteur absolue par rapport au niveau de la mer, la proximité (ou l'éloignement) de la mer, des rivières, des lacs, des montagnes, etc., la position dans la composition (localisation) des zones naturelles (climatiques, sol-plantes, zoogéographiques).
La région de Samara est située au sud-est de la plaine d'Europe de l'Est, dans la partie centrale de la Russie, à 1 000 km de Moscou, au milieu de la Volga sur ses deux rives, où elle forme un coude en arc - l'arc de Samara. Il est divisé en parties rive droite et rive gauche.
La rive droite est occupée par les hautes terres de la Volga, traversées de ravins et de ravins. Dans la partie nord de Samarskaya Luka, il y a les montagnes Zhiguli (hauteur jusqu'à 370 m). Sur la rive gauche, au nord-ouest, se situe la région de la Basse Trans-Volga, au nord-est la région de la Haute Trans-Volga (Sokol'i, Kinelskie Yary). Au sud, il y a une plaine légèrement vallonnée (Middle Syrt, Kamenny Syrt), passant au sud-est dans General Syrt.
La longueur de la région du nord au sud est de 335 km, d'ouest en est - 315 km. Occupe une superficie de 53,6 mille mètres carrés. km. Cela représente 0,3% de la superficie totale du territoire de la Russie. Il est limitrophe des régions d'Oulianovsk, de Saratov, d'Orenbourg et de la République du Tatarstan.
Samara est située au coude de l'arc de Samara, sur la rive gauche de la Volga, entre les embouchures des rivières Samara et Sok. La longueur dans le sens méridien est de 50 km, dans le sens latitudinal - 20 km. Coordonnées géographiques 53°12 "Nord et 50°06" Est. La superficie de la ville est d'environ 465,97 km².
La ville est située sur de nouvelles formations qui reposent sur les roches du Permien. Du côté de la Volga, les sols sableux prédominent, du côté de la rivière Samara, les sols argileux.
Au nord de la ville se trouvent Sokoli Gory. Le sommet maximum du mont Tip-Tyav est de 286 mètres.
Température de surface du sol a un rythme diurne. Son minimum est observé à 3 heures, ceci est dû au rayonnement du sol et à son plus grand refroidissement avant le lever du soleil. Ensuite, la température de la surface du sol atteint 13-14 et atteint un maximum à 15 heures, heure à laquelle il y a un maximum de rayonnement solaire.
Fig. 1. Température de surface du sol.
En analysant le graphique, on peut voir que la température maximale du sol à Samara était de 39 degrés en juillet en 1984, la température minimale de -43 degrés a été observée en janvier 1942.
Dans les températures moyennes mensuelles et moyennes annuelles, le maximum se produit en juillet à 20,4 ºС et le minimum en janvier -13,5 ºС.
Température de l'air.
L'air, comme tout corps, a une température autre que le zéro absolu. La température de l'air à chaque point de l'atmosphère change continuellement au fil du temps. De plus, à différents endroits de la Terre en même temps, cela peut également différer considérablement.
Figure 2. Température de l'air.
En analysant le graphique, on peut voir que la valeur maximale de la température de l'air tombe sur les mois d'été : juillet - +64 ºС en 1954, juin 1954 et 1975 +63 ºС. Par conséquent, les températures élevées sont caractérisées par l'aridité. Et les valeurs minimales de la température de l'air tombent sur les mois d'hiver: décembre - -46 ºС en 1979, janvier - -46 ºС en 1979 ,. La température moyenne mensuelle de l'air varie de +26 ºС en juillet à -14 ºС en janvier. Par conséquent, selon les basses températures, les hivers dans la région sont froids et longs, et les étés sont chauds avec des sécheresses fréquentes, avec de grandes fluctuations de température et un temps instable.