3.2.2. A levegő felmelegedése

Középszint:

Magyarázza a levegő felmelegedését a földrajzi helyzet, a napsugarak hajlásszöge alapján.

Bizonyítsa példákkal a felmelegedést és a lehűlést módosító tényezők szerepét.

Értelmezze ábra segítségével az üvegházhatás kialakulását, jelentőségét.

Fogalmazza meg a felmelegedés és a lehűlés törvényszerűségeit.

Mutassa be a hőmérséklet napi és évi járásának folyamatát és összefüggését a Föld fő mozgástípusaival.

Tudja kiszámítani a napi és az évi középhőmérsékletet, a napi hőingást, az évi közepes hőingást, az abszolút hőingást. Ismerje az izoterma fogalmát.

Legyen képes hőmérsékleti adatok grafikus ábrázolására és hőmérsékleti tematikus térképek összehasonlítására, elemzésére.

Emelt szint:

Ismerje a hőmérséklet gazdasági jelentőségével kapcsolatos fogalmakat (tenyészidőszak, hőösszeg, napfénytartam).

• A Nap termeli azt az energiát, mely táplálja az atmoszférában végbemenő folyamatokat, és ami megteremti a az élethez ideális hőmérsékleti tartományokat. 
•  A sugárzás behatol a Föld légkörébe, mely olyan folyamatokat indít el, melyek együtt alakítják ki a stabil hőmérsékleti környezetet. 
• A Nap energiájának egy részét a Föld magába szívja, valamennyi részét visszaveri - ahogy a felhők, és gázok is, tehát az energia egy része visszakerül a világegyetembe. 
• Túlnyomó részét a Föld felszínén létrejövő vízgőz nyeli el, mely bekerül az atmoszférába, vagy visszakerül a jégkristályokba, amely felhőket alkotnak. 
• A felhők újra visszaverik vagy benyelik a Nap sugárzását, és a Föld felszínéről visszaverődő sugárzást is elnyelik.  
• Ez a körforgás teremti meg Földünk időjárását

A napsugárzás, a földfelszín, és a légkör renderének kölcsönhatásai szükségesek ahhoz, hogy a sugarak végül felmelegítsék a levegőt.

Legfontosabb elemek:

• A Nap sugárzása 
• A sugárzást módosító légköri tényezők 
• A sugárzást felfogó földfelszín 
• A felszíni légáramlások, tengeráramlások

Napállandó: A Nap kisugárzott energiamennyisége, mely eléri a Földet. A légkör 1 négyzetméretére merőlegesen beeső teljesítmény 1316 watt. Ez a sugárzás többféle hullámhosszból áll (rádióhullám, infravörös, ultraviola, látható fény, röntgensugárzás). Értéke a Nap és a Föld távolságától, valamint a Napból érkező sugárzás mennyiségétől függ. Ezt az értéket műholdakkal mérik. A napállandó a közepes távolságban a Napra merőleges felületen egy mp alatt átadható energia mennyisége. Értéke a napfoltok miatt folyamatosan változik,ezért nem tekinthető állandó fizikai egységnek.

A Nap sugárzása és az azt módosító tényezők

• A napállandónak csak egy része éri el a Föld felszínét.  
• 30% a légkörből (felhőkről) visszaverődik a világűrbe, 15% pedig elnyelődik az atmoszférában. 
• A rövidhullámú ibolyántúli sugarak egy részét az ózon, az infravörös sugarakat pedig a vízgőz és a szén-dioxid nyeli el. 
• Az abszorpció (elnyelés) hőt termel, amitől nő a hőmérséklet, de ez csak kis mértékben melegíti fel a levegőt.   
• A nappali világosság annak köszönhető, hogy az atmoszférában található apró szennyeződések a sugarakat eltérítik, és megszületik a minden irányból jövő szórt fény.
•  Az energiaveszteség a rövidhullám sugaraknál sok, ezért a Földre érkező sugarak a hosszabb hullámhosszok elé tolódnak el, ezért a sugarak hullámhosszban érkeznek (0,55um). Minél alacsonyabb a Nap, tehát minél hosszabbak a sugarak, annál nagyobb az eltolódás. 
• Ezt nevezzük vörös-eltolódásnak, aminek hatására a lemenő nap narancs, és vörös, valamint a messzebb levő csillagokat a távcsőn keresztül vörösnek látjuk.

A napsugárzást felfogó földfelszín

• A Nap sugarainak fele eléri a földfelszínt, mely elnyelődve hővé alakul át, mely bekerül az atmoszféra legalsó rétegébe, a troposzférába, így a Nap nem felülről, hanem alulról, a földfelszín közvetítésével melegíti a légkört.  
• A föld felszíne hosszúhullámú sugárzást bocsát ki, mely egy része a légkör ablakain keresztül a világegyetembe távozik, és kárbavész. 
• Nagyobb részét az atmoszféra szén-dioxid és vízgőztartalma nyeli el, majd hővé alakítva visszasugározza a Földre. Ez az üvegházhatás. Az üvegházhatás nélkül a földfelszín hőmérséklete -20°C lenne.

Nappal: a Napból érkező, és a Földről visszaverődő sugárzás
Éjjel: csak kisugárzás!

Felmelegedés mértékét befolyásoló tényezők:

1.) Napsugarak hajlásszöge:

• a felmelegedés mértéke függ a sugárzás földfelszín által bezárt szögével. 
• Minél magasabban van a Nap, (tehát minél nagyobb a hajlásszög), annál nagyobb mértékű a felmelegedés. 
• Különböző hajlásszögek esetén ugyanakkora mennyiségű sugárzás oszlik el nagyobb területen.
• Nagy hajlásszögnél a sugárzás kis helyen oszlik el. 
• kis hajlásszögnél a sugaraknak nagyobb utat kell megtennie, ami alacsonyabb felmelegedést eredményez, pontosan úgy, mint ahogy egy zseblámpa viselkedik különböző megvilágítási szögekben. 
• A napsugarak hajlásszöge az Egyenlítő mentén a legnagyobb, a sarkoknál pedig a legkisebb, így a hőmérséklet is ehhez igazodva változik. 
• Egy adott szélesség mentén naponta változik a napsugarak hajlásszöge, így a felmelegedés is.

2.) A napsugárzás időtartama

• Napfénytartam: a sugárzás időtartama, melyet órában fejezünk ki. Évi napfénytartam pl Szahara 4000 óra, Skóca 800 óra.

3.) A felszín anyaga, jellege: 

• befolyásoló tényező a felszín anyagi és alaki tulajdonsága.  
• A domborzat  módosítja a besugárzás mértékét.   
• A lejtők földrajzi irány szerinti (melyik égtáj felé néz a lejtő) elhelyezkedése meghatározza a napsugarak hajlásszögét. 
• Ezt nevezzük lejtőexpozíciónak.
• Különböző anyagok máshogy verik vissza a napsugarakat, így megegyező sugárzás esetén is változik a felmelegedés mértékben.
• másként melegszik fel a szárazföld, és másként a tengerek nyílt vízfelülete
• az alacsony fajhőjű szárazföldi térszínek kisebb hőenergia hatására is felmelegszenek, a nagy fajhőjű vízfelületek felmelegítéséhez eleve több energia szükséges --> a tengerek lassabban, de tartósabban melegednek fel, a szárazföldek gyorsabb és erősebb felmelegedéséhez gyorsabb és erősebb lehűlés társul
• A világos anyagok jobban visszaverik, míg a sötétek elnyelik  
• Albedo: különböző borítottságú szárazföldi felületek sugárzásvisszaverő képessége.  
• friss hó 85-90%, homokfelszín 37-40%, szántóföld 15-20%, lombos erdő 10-20%, tűlevelű erdő 5-15%, vastag felhőzet 70-80%-ot sugároz VISSZA.

Lég- és tengeráramlások szerepe:

A légáramlatok és tengermozgások az adott helyre érkező hőmennyiséget továbbszállítják.

Hőmérséklet változásai:

1. A hőmérséklet napi járása: oka: a Föld forgása, nappalok/éjszakák váltakozása --> felmelegedés, lehűlés. 
2. napi középhőmérséklet: naponta mért hőmérsékleti értékek átlaga
3. hőmérséklet napi ingása: az egy nap alatt mért legmagasabb, és legalacsonyabb érték különbsége
4. havi középhőmérséklet: a napi középhőmérsékletek átlagértéke
5. hőmérséklet évi járása: oka: a Föld Nap körüli keringése. A 12 hónap középhőmérsékletének számtani középértéke adja az évi középhőmérsékletet.
6. Évi közepes hőingás: a legmelegebb és leghidegebb hónap középhőmérsékletének különbsége
7. izoterma: időjárási térképen az azonos hőmérsékletű helyeket összekötő görbe
8. a nyugalomban levő levegő hőmérséklete a magasság növekedésével arányosan, 100 méterenként 0,5 °C-kal csökken.

A napfénytartam: a napsütéses órák számának évi összege
A hőösszeg: a fagymentes napok – a tenyészidőszak – napi középhőmérsékleteinek összege