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 z
ródłem 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).
A
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
2
A. B.
Rysunek 1. A. Zasada działania termoskopu Galileusza (z
ródło:
http://www.physics.lsa.umich.edu/demolab/demo.asp?id=191). B. Zasada działania
termometru Galileusza (z
ródło: http://en.wikipedia.org/wiki/Galileo_thermometer)
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:
toC = tK  273o
tK = toC + 273
toC = 5/9 (toF  32)
toF = 9/5 toC + 32
toC = toR 5/4
toR = toC 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
tmax . tmin . t07/ 08 t19/ 20
t
4
Wcześniej temperatura średnia dobowa wyliczana była ze wzoru:
t01/ 02 t07/ 08 t13/14 t19/ 20
t
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 mroz
ne t. max < 0 C
o Dni bardzo mroz
ne t. min <  10 C
o Dni bardzo mroz
ne t. max <  10 C
o Dni gorące t. max > 25 C
Według niektórych autorów za dni bardzo mroz
ne uznawane są dni z temperaturą
maksymalną mniejszą od -10 C.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
6
o Dni bardzo gorące (upalne) t. max > 30 C
Dni charakterystyczne opisuje się ich liczbą w miesiącu, roku itp.
Częstość występowania temperatury  jest to liczba przypadków temperatury (średniej,
maksymalnej, minimalnej) w przedziałach o określonej wartości. Zestawienie liczby
przypadków temperatury informuje o tym jakie wartości występują i jakie bywają
najczęściej. Przedstawia się ją w postaci liczby przypadków lub za pomocą stosunku
udziału procentowego do liczby wszystkich rozpatrywanych dni.
Termiczne pory roku są to okresy o pewnych ustalonych wartościach temperatury średniej
dobowej. W Polsce wyróżnia się 6 pór roku o charakterystycznych przedziałach
temperatury.
o przedwiośnie 0 C < t 5 C
o wiosna 5 C < t 15 C
o lato t > 15 C
o jesień 5 C < t 15 C
o przedzimie 0 C < t 5 C
o zima t 0 C
Temperatura gruntu
Analiza pomiarów temperatury gleby jest bardzo podobna jak w przypadku temperatury
powietrza. Najczęściej używanymi wskaz
nikami są:
- średnie temperatury w poszczególnych miesiącach z wielolecia na różnych głębokościach,
- średnia temperatura roczna na różnych głębokościach,
- głębokości występowania temperatur ujemnych,
- liczba dni z temperaturą gleby poniżej 0oC.
Do graficznego przedstawienia rozkładu temperatury wraz z głębokością w przebiegu
rocznym stosuje się metodę izoplet, czyli przedstawienia zależności temperatury od dwóch
zmiennych (np. zmian rocznych temperatury na różnych głębokościach w gruncie).
Opracowania graficzne
Wykresy liniowe  służą do zobrazowania wartości temperatury w przebiegu rocznym,
miesięcznym, dobowym itp.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
7
Wykresy słupkowe (histogramy)  do przedstawiania liczebności i częstości, gdzie
wysokość słupka odpowiada liczbie dni bądz
udziałowi procentowemu.
Mapy rozkładu temperatury  do przedstawiania danej charakterystyki na mapie, linie
łączące punkty o tej samej temperaturze to izotermy.
Czynniki wpływające na geograficzny rozkład temperatury powietrza przy powierzchni
Ziemi:
szerokość geograficzna
rozkład lądów i mórz
występowanie pokrywy śnieżnej lub lodowej
występowanie pasm górskich
prądy morskie
ogólna cyrkulacja atmosferyczna
Rysunek 1. Izotermy na poziomie morza  rok (Chromow P. S., 1969, Meteorologia i
klimatologia, PWN, Warszawa)
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
8
Rysunek 2. Izotermy na poziomie morza  lipiec (Chromow P. S., 1969, Meteorologia i
klimatologia, PWN, Warszawa)
Rysunek 3. Izotermy na poziomie morza  styczeń (Chromow P. S., 1969, Meteorologia i
klimatologia, PWN, Warszawa)
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
9
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
Temperatura powietrza. Skale termometryczne.
10
Rysunek 4. Średnie temperatury powietrza w Polsce w lipcu, styczniu i średnie roczne
temperatury powietrza (z
ródło: http://www.wiking.edu.pl)
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek
Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS