درجة حرارة الغلاف الجوي

درجة حرارة الغلاف الجوي هي مقياس لدرجة الحرارة في مستويات مختلفة من الغلاف الجوي للأرض . وتتأثر بعوامل عديدة، منها الإشعاع الشمسي الوارد ، والرطوبة ، والارتفاع . ويُستخدم اختصار MAAT غالبًا للدلالة على متوسط ​​درجة حرارة الهواء السنوية لموقع جغرافي معين.

تُقاس درجة حرارة الهواء قرب سطح الأرض في مراصد الأرصاد الجوية ومحطات الطقس ، عادةً باستخدام موازين حرارة موضوعة داخل مأوى، مثل مأوى ستيفنسون - وهو مأوى قياسي جيد التهوية مطلي باللون الأبيض مخصص للأجهزة. يجب وضع موازين الحرارة على ارتفاع يتراوح بين 1.25 و2  متر فوق سطح الأرض. وتُحدد المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO) تفاصيل هذا الإعداد.

يمكن الحصول على المتوسط ​​اليومي الحقيقي من جهاز تسجيل حراري مستمر . وعادةً ما يتم تقريبه بمتوسط ​​القراءات المنفصلة (مثل 24 قراءة كل ساعة، أو أربع قراءات كل 6 ساعات، إلخ) أو بمتوسط ​​الحد الأدنى والحد الأقصى للقراءات اليومية (مع العلم أن هذا الأخير قد ينتج عنه متوسط ​​درجات حرارة  أقل أو أكثر بمقدار درجة مئوية واحدة من المتوسط ​​الحقيقي، وذلك حسب وقت الرصد). ^{[ 2 ]}

يبلغ متوسط ​​درجة حرارة الهواء السطحي في العالم حوالي 14  درجة مئوية.

تتفاوت درجات الحرارة بشكل كبير على ارتفاعات مختلفة بالنسبة لسطح الأرض ؛ وهذا التفاوت هو ما يميز الطبقات الأربع الموجودة في الغلاف الجوي. وهذه الطبقات هي: التروبوسفير ، والستراتوسفير ، والميزوسفير ، والثرموسفير .

التروبوسفير هي الطبقة السفلى من طبقات الغلاف الجوي الأربع، وتمتد من سطح الأرض إلى ارتفاع حوالي 11 كيلومترًا (6.8 ميل) داخل الغلاف الجوي، حيث تقع التروبوبوز (الحد الفاصل بين التروبوسفير والستراتوسفير). يختلف عرض التروبوسفير باختلاف خط العرض؛ فعلى سبيل المثال، يكون التروبوسفير أكثر سمكًا في المناطق الاستوائية (حوالي 16 كيلومترًا (9.9 ميل) ) نظرًا لارتفاع درجة حرارتها، وأقل سمكًا عند القطبين (حوالي 8 كيلومترات (5.0 ميل) ) لانخفاض درجة حرارتهما. تنخفض درجات الحرارة في الغلاف الجوي مع الارتفاع بمعدل 6.5 درجة مئوية (11.7 درجة فهرنهايت) لكل كيلومتر. ولأن التروبوسفير تشهد أعلى درجات حرارتها بالقرب من سطح الأرض، يحدث انتقال رأسي كبير للحرارة وبخار الماء، مما يُسبب اضطرابًا جويًا. هذا الاضطراب، بالإضافة إلى وجود بخار الماء، هو سبب حدوث الظواهر الجوية داخل التروبوسفير. ^{[ 3 ] [ 4 ]}        

يلي التروبوبوز طبقة الستراتوسفير. تمتد هذه الطبقة من التروبوبوز إلى الستراتوبوز، التي تقع على ارتفاع حوالي 50 كيلومترًا (31 ميلًا) . تبقى درجات الحرارة ثابتة مع الارتفاع من التروبوبوز إلى ارتفاع 20 كيلومترًا (12 ميلًا) ، وبعد ذلك تبدأ بالارتفاع مع الارتفاع. تُعرف هذه الظاهرة بالانقلاب الحراري ، وبسبب هذا الانقلاب لا تشهد الستراتوسفير اضطرابًا جويًا. تستمد الستراتوسفير دفئها من الشمس وطبقة الأوزون التي تمتص الأشعة فوق البنفسجية.    

تمتد الطبقة التالية، وهي الميزوسفير، من الستراتوبوز إلى الميزوبوز (التي تقع على ارتفاع 85 كيلومترًا (53 ميلًا) ). تنخفض درجات الحرارة في الميزوسفير مع الارتفاع، وهي الأبرد في الغلاف الجوي للأرض. ^{[ 5 ]} يُعزى هذا الانخفاض في درجة الحرارة إلى تناقص الإشعاع الشمسي الوارد، بعد أن امتصت الثيرموسفير معظمه. ^{[ 3 ]}  

تُعرف الطبقة الرابعة من الغلاف الجوي بالغلاف الحراري، وتمتد من الميزوبوز إلى قمة الغلاف الجوي التصادمي. وتُسجّل فيها بعضٌ من أعلى درجات الحرارة، نتيجةً لاستقبالها إشعاعًا مؤينًا قويًا عند مستوى حزام فان ألين الإشعاعي .

يُطلق على التباين في درجات الحرارة بين ذروة النهار وبرودة الليل اسم التباين الحراري اليومي . ويمكن أيضاً تحديد نطاقات درجات الحرارة بناءً على فترات شهرية أو سنوية.

يعتمد حجم نطاقات درجات الحرارة الجوية على مستوى سطح الأرض على عدة عوامل، مثل:

• متوسط ​​درجة حرارة الهواء
• متوسط ​​الرطوبة
• نظام الرياح (الشدة، المدة، التغير، درجة الحرارة، إلخ).
• القرب من المسطحات المائية الكبيرة، مثل البحر

يُظهر الشكل على اليسار مثالاً على درجات الحرارة الشهرية المسجلة في مدينة كامبيناس بالبرازيل، التي تقع على بُعد 60  كيلومترًا تقريبًا شمال مدار الجدي عند خط عرض 22 درجة . يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة السنوية 22.4  درجة مئوية، ويتراوح بين متوسط ​​أدنى قدره 12.2  درجة مئوية ومتوسط ​​أعلى قدره 29.9  درجة مئوية. ويبلغ متوسط ​​مدى درجات الحرارة 11.4  درجة مئوية. ^{[ 6 ]} ويُعدّ التباين على مدار العام ضئيلاً (بانحراف معياري قدره 2.31  درجة مئوية لأعلى متوسط ​​شهري و4.11  درجة مئوية لأدنى متوسط). كما يُظهر الرسم البياني ظاهرة شائعة تتمثل في زيادة مدى درجات الحرارة خلال فصل الشتاء.

في كامبيناس، على سبيل المثال، قد يتراوح نطاق درجة الحرارة اليومية في يوليو (أبرد شهر في السنة) عادةً بين 10 و 24  درجة مئوية (نطاق 14  درجة مئوية)، بينما في يناير، قد يتراوح بين 20 و 30  درجة مئوية (نطاق 10  درجات مئوية).

يُظهر تأثير خط العرض والمناخ الاستوائي والرياح اللطيفة المستمرة والموقع الساحلي نطاقات حرارية متوسطة أصغر، وتقلبات أقل في درجات الحرارة، ومتوسط ​​درجة حرارة أعلى (الرسم البياني على اليمين، مأخوذ لنفس الفترة الزمنية لكامبيناس، في أراكاجو ، وهي أيضًا في البرازيل وتقع على خط عرض 10 درجات، أقرب إلى خط الاستواء ). يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة العظمى السنوية 28.7  درجة مئوية، ومتوسط ​​درجة الحرارة الصغرى 21.9  درجة مئوية. ويبلغ متوسط ​​نطاق درجة الحرارة 5.7  درجة مئوية فقط. ويُلاحظ انخفاض ملحوظ في تباين درجات الحرارة على مدار العام في أراكاجو، حيث يبلغ الانحراف المعياري 1.93  درجة مئوية لدرجة الحرارة العظمى و2.72  درجة مئوية لدرجة الحرارة الصغرى. ^{[ 6 ]}

لوحظ أن أدنى درجة حرارة في الليالي الهادئة الصافية لا تحدث على سطح الأرض، بل على ارتفاع بضعة عشرات من السنتيمترات فوقها. تُسمى هذه الطبقة ذات أدنى درجة حرارة بطبقة رامداس ، نسبةً إلى لاكشمينارايانابورام أنانثاكريشنان رامداس ، الذي كان أول من أبلغ عن هذه الظاهرة عام ١٩٣٢ استنادًا إلى ملاحظات رصدية على ارتفاعات مختلفة في ستة مراكز أرصاد جوية في أنحاء الهند. ^{[ ٧ ] [ ٨ ]} تُعزى هذه الظاهرة إلى تفاعل تأثيرات الإشعاع الحراري على الهباء الجوي في الغلاف الجوي مع انتقال الحمل الحراري بالقرب من سطح الأرض.

يُستخدم مفهوم درجة الحرارة العالمية بشكل شائع في علم المناخ ، ويشير إلى متوسط ​​درجة حرارة الأرض بناءً على قياسات سطح الأرض، أو بالقرب من سطحها، أو في طبقة التروبوسفير. ^{[ 9 ]} تُجمع سجلات وقياسات درجات الحرارة هذه عادةً باستخدام الأقمار الصناعية أو أجهزة القياس الأرضية ، ثم تُدمج باستخدام قاعدة بيانات أو نموذج حاسوبي . أما درجات الحرارة العالمية طويلة الأجل في علم المناخ القديم ، فتُحدد باستخدام بيانات غير مباشرة .

• درجة الحرارة الظاهرية
• الديناميكا الحرارية للغلاف الجوي
• درجة حرارة السطوع
• انبعاثية الغلاف الجوي للأرض
• درجة الحرارة المكافئة
• درجة حرارة الهواء المتجمد
• تسجيل درجة الحرارة بالأجهزة
• معدل التأخر
• درجة حرارة الهواء الخارجي ، في مجال الطيران
• درجة حرارة الغرفة
• درجة حرارة الهواء الكلية ، في مجال الطيران