三種溫標
一般說, 溫度表示物體冷熱的程度, 這只是從現(xiàn)象上說．從科學意義上講, 溫度實際上是表示物體分子運動的速度, 它反映物體內(nèi)能的大小．當物體獲得熱量時內(nèi)能增加, 溫度就升高；當物體失去熱量時, 內(nèi)能減少, 溫度就降低．所以, 物體溫度的升降取決於外來熱量的多少．物體的溫度條件, 還取決於該物體的比熱大小．以同樣多的熱量給予比熱大的物體, 它的溫度升高得少；而給予比熱小的物體, 它的溫度升高就大．
用來測量溫度的單位是度．經(jīng)常使用的有三種溫標, 一是攝氏溫標．它把在標準壓力下純水溶解和純水沸騰的溫度作為基點, 把兩個基點之間的距離分成１００ 等分．純水溶解的溫度定為０℃, 而純水沸騰的溫度定為１００℃, 它們之間每一等分稱１℃．
水的溶解點相當於３２°F, 而沸騰點相當於２１２°F．所以華氏溫標基點間的距離分成為１８０ 等分．
愷氏溫標又稱為絕對溫標．在這個溫標上, 把干空氣體積變成零的溫度取為０°K, 它相當於-２７３℃, 水的融解點相當於２７３°K, 而沸騰相當於３７３°K．
在氣象學和人們的生活中, 常用攝氏溫標．但是在說英語的國家, 如英國、美國、加拿大、澳大利亞和印度等國, 多采用華氏溫標．而在科學研究中, 最好使用愷氏溫標．
三種溫標之間的關(guān)系是:
略
如果要從一種溫標換算成另一種溫標．則可按下面的公式進行．
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其中, t、x、T 分別表示攝氏溫標、華氏溫標和愷氏溫標的數(shù)值
氣溫、地溫和水溫的關(guān)系
人們通常用大氣溫度來表示大氣的冷熱程度, 稱為大氣溫度或氣溫．這是為了區(qū)別於土壤溫度（土溫）和水體溫度（水溫）來說的．如果不是為了這種區(qū)別, 我們說溫度, 就是指氣溫, 也不會造成人們誤解．
因為大氣的熱量主要要來自地面, 地面的性質(zhì)和狀況又有很大差別, 海洋和陸地, 高山和平原, 沙漠和森林, 潮濕地區(qū)和干燥地區(qū)等等, 不同的地面情況對大氣溫度的影響也不相同．
海洋和陸地的差別最有代表意義．例如, 在某一緯度上到達地面的太陽輻射能量相同, 可是結(jié)果并不一樣．陸地上劇烈升溫, 海洋上升溫卻十分和緩, 為什么呢? 仔細分析, 至少有以下原因:
第一, 陸地的反射率大於海洋水面．導(dǎo)致陸地實際吸收的太陽輻射比海洋少１０％～２０％, 由於這個原因, 陸地升溫應(yīng)比海洋大, 而冷卻則比海洋快．
第二, 陸地對各種波長的太陽輻射都不透明, 吸收的太陽輻射都用在加熱很薄的陸地表面．水面雖然對紅色光和紅外線不透明, 但對可見光其余部分和達到水面的紫外線都是透明的, 這一部分輻射能量可以達到海洋的深層．
第三, 巖石和土壤都是不良導(dǎo)體, 傳導(dǎo)到土壤下層的熱量很少．水卻相反, 有很高的傳導(dǎo)本領(lǐng), 得到的太陽輻射能很快地向下層傳導(dǎo)．
第四, 巖石和土壤不能上下左右流動, 海洋上卻有波浪、洋流和對流進行熱量的水平輸送和垂直交換．
第五, 巖石和土壤的比熱, 小於水體的比熱．巖石的比熱約為０.８３６８ 焦／克·度；水比熱是４.１８４ 焦／克·度．如果將４.１８４ 焦熱量給１ 克水, 溫度可升高１℃；如果將４.１８４ 焦熱量給１ 克巖石, 溫度可升高５℃．
第二到第五個原因, 使陸地得到的太陽輻射只集中於表層, 導(dǎo)致地面迅速而劇烈地升溫, 從而加強了地面和大氣的感熱交換．而水面則將太陽輻射的一部分向下層傳播, 使水溫不斷升高, 傳給大氣的感熱自然減少．
第六, 海面有充足的水源供應(yīng), 蒸發(fā)強烈, 消耗了水面很多熱量, 使水溫升不高, 減少了空氣的感熱交換, 但是熱量多以潛熱形式被帶到大氣中．感熱是可以感覺到的熱量, 能立即使氣溫升高；潛熱暫時不能升溫, 只有當水汽凝結(jié)時, 才能釋放潛熱, 加熱大氣．
由此可見, 即使在同樣太陽輻射條件下, 地溫和水溫之間仍有很大差別．它們的大氣熱量交換方式（是感熱還是游熱）和數(shù)量都不相同, 從而產(chǎn)生天氣和氣候的差異．
地球上天氣和氣候的差異, 并不僅僅發(fā)生在海洋和陸地之間, 即使都在陸地上, 沙漠和森林, 荒地和農(nóng)田, 干燥地區(qū)和潮濕地區(qū), 山脈的向風坡和背風坡, 陽坡和陰坡等等, 天氣和氣候也不相同．但是, 在一定程度上都與地面干燥或潮濕情況有關(guān)．相對干燥的地面更接近一般陸地表面情況, 相對潮濕的地面更接近水面的情況, 只是差別沒有陸地和海洋對比那樣突出罷了．
從赤道到極地 由於太陽輻射是隨緯度增加而減少的, 所以, 就整個地球來說, 氣溫是從赤道向兩極遞減的．不過這個規(guī)律往往受到其他因素干擾, 在同一緯度上, 溫度并不一定相等．特別是在高緯度地區(qū), 海陸間的溫度相差很大．為了說明單純的緯度對溫度的影響, 人們就以緯度平均氣溫來比較, 辦法是從各月與年等溫線圖上, 求取每隔１０°緯度圈上等距３６ 點的溫度, 然后加以平均, 就可以得到各緯度的緯度平均氣溫．通常是計算０°、１０°、２０°、３０°直到８０°的緯度平均氣溫．這樣做的好處就是把緯度以外的影響互相抵消掉了, 只剩下緯度的影響．從緯度平均氣溫看, 氣溫隨緯度增加而降低的規(guī)律就十分明顯．例如, 全年緯度平均氣溫（見下表）, 無論在南北半球, 都是從赤道向兩極逐漸降低的．赤道是２６.２℃, 到緯度５５°附近變成負值, 到極地都在-２０℃以下．不過有趣的是, 地球最熱的緯度并不是赤道, 而是在北半球緯度１０°的地方, 這個緯度被稱為＂熱赤道＂．赤道只有在北半球冬季才是最熱的緯度, 到７ 月份, 最熱的平均氣溫已經(jīng)移到北緯２０°．在南半球, 因為海洋面積大, 緯度平均氣溫隨緯度增加而降低的規(guī)律更加明顯．
氣溫的年較差是一年中最熱月平均氣溫與最冷月平均氣溫的差值．從熱赤道向兩極年較差是增加的．西沙（北緯１６°５０′）年較差只有６.０℃, 漠河（北緯５３°２８′）卻高達５０．０℃．這個特點與冬夏季太陽輻射的差值向極地增加有直接關(guān)系．不過南半球各緯度的年較差都比北半球小, 這與南半球海洋面積遠遠大於陸地面積的情況有很大關(guān)系．
冬暖夏涼與冬冷夏熱的秘密
我們已經(jīng)知道海洋和陸地溫度有很大差別．海洋對溫度有很大的調(diào)節(jié)功能, 當太陽輻射強的時候, 海洋能吸收大部分輻射熱．并通過海水內(nèi)部的熱量交換, 將大量熱量儲存起來．當太陽輻射減弱的時候, 海洋又能將儲存的熱量釋放出來．所以, 海洋與陸地相比, 有冬暖夏涼的特點, 陸地則是冬冷夏熱, 地球表面海陸分布很不均勻, 北半球陸地面積比南半球約大一倍, 海洋面積則比南半球小, 所以, 北半球夏季比南半球熱, 冬季比南半球冷．北半球夏季平均溫度２２.４℃, 南半球只有１７.１℃, 北半球冬季平均溫度８.１℃, 南半球卻有９.７℃．
在高緯度, 大陸的影響冬季比夏季顯著, 冬季大陸降溫劇烈, 而夏季升溫卻不很大．例如, 在北緯４０°附近, 沿海的天津１ 月為-４.０℃, 向內(nèi)陸到呼和浩特降到-８.１℃（訂正到海平面）, 共降低了４.１℃, 而在７ 月天津是２６.４℃, 到呼和浩特升到２７.９℃, 只升高１.５℃．
在低緯度, 大陸的影響夏季比冬季顯著, 夏季大陸升溫劇烈, 而冬季降溫卻不大．例如, 在北緯３０°附近, ７ 月杭州氣溫２８.４℃, 武漢２８.８℃, 共升高了０.４℃, 而１ 月都是４.１℃．海陸影響在各個緯度之間有不同效果, 說明海洋對氣溫的調(diào)節(jié)作用, 在不同緯度不同季節(jié)都不相同．
高處不勝寒
大氣的主要熱源是在地球表面, 距離地面越遠, 氣溫就越低, 氣溫隨著高度增加而降低．難怪, 宋朝蘇東坡也發(fā)出感嘆: ＂高處不勝寒＂．在山地, 不同海拔高度地點的氣溫也是隨海拔高度降低的, 不過在山地的測點與低處平原的測點都接近地面熱原．為什么也會有這種溫度差別呢? 原因是山地凸出於自由大氣中, 高山上的溫度除了受本身的地面熱原影響外, 還受到自由大氣溫度的調(diào)節(jié)作用．山越高, 山地地面溫度與自由大氣溫度的差值就越大, 自由大氣對山地氣溫的調(diào)節(jié)作用就越明顯．例如, 廬山比九江高出１１３２ 米, 冬季１ 月平均溫度卻從４.２℃降到-０.２℃；夏季７ 月從２９.４℃降到２２.５℃．冬季降低了４.４℃, 夏季降低６.９℃．我們把兩個地點的溫度差除以它們的高度差（以１００ 米為單位）, 就得到它們之間氣溫的溫度梯度, 九江與廬山的溫度梯度１ 月是-０.３９℃／１００ 米, ７ 月是-０.６１℃／１００ 米．
溫度梯度不僅隨季節(jié)變化, 而且隨地形具體情況也有很大差異, 例如, 在秦嶺北坡就小於南坡, 北坡年平均溫度梯度-０.４５℃／１００ 米, 南坡卻有- ０.５４℃／１００ 米．主要原因是在冬季, 北坡有冷空氣經(jīng)常聚集, 減少了盆地與高山的溫度差值．北坡冬季１ 月溫度梯度只有-０.３４℃／１００ 米, 而南坡處在冷氣流的北風位置, １ 月仍有-０.５４℃／１００ 米, 但在夏季這種情況并不存在, 南北坡溫度梯度都是-０.５５℃／１００ 米．
另外, 由於自由大氣的調(diào)節(jié)作用, 高山上的溫度年變化和日變化也是隨高度的增加而減少的, 用最熱月溫度減去最冷月的溫度的差值表示年變化, 稱為年較差．九江的年較差為２５.２℃, 到廬山就降到２２.７℃, 年較差不僅隨高度減少也可因坡向不同而有差別．秦嶺以北的西安年較差達２７.６℃, 到華山降到２４.２℃, 可是在秦嶺以南的安康年較差只有２４.２℃, 與華山幾乎沒有差別．當然, 這與安康緯度偏南, 云、霧及降水較多也有很大關(guān)系．
氣溫的周期性變化
氣溫的日變化與年變化, 是與太陽輻射日變化與年變化相聯(lián)系的, 是一種周期性變化．
從一天來說, 氣溫一天中有一個最高值和最低值．日出后, 隨著太陽輻射增強, 溫度升高, 由於地面熱量傳遞給空氣需要一定時間, 所以氣溫的最高值出現(xiàn)在午后兩點鐘左右, 隨后氣溫逐漸下降, 一直下降到清晨, 在日出之前達到最低溫度．最高溫度與最低溫度的差值, 稱為日較差, 日較差也隨緯度和季節(jié)有很大變化．這主要與正午太陽高度有關(guān)．在低緯度正午太陽高度大, 太陽輻射日變化大, 所以氣溫日較差也大, 平均在１２℃左右, 而在高緯度只有３～４℃, 夏季正午太陽高度比冬季大, 所以夏季氣溫日較差也大於冬季．例如, 長沙７ 月日較差為９.０℃, 冬季１ 月只有５.７℃．地表性質(zhì)對溫度日變化影響很大, 在熱帶, 海洋上的氣溫日較差１～２℃, 而在內(nèi)陸常可達 １５℃以上, 沙漠上?？蛇_２５～３０℃, 山谷的氣溫日較差大於山峰, 凹地的日較差大於高山, 干燥地區(qū)大於潮濕地區(qū)．雨天和陰天氣溫日較差明顯小於晴天, 而且很不規(guī)則．
從一年來說、氣溫的年變化也有一個最高值和最低值, 但出現(xiàn)時間并不與太陽高度最高和最低值的時間（夏至與冬至）對應(yīng), 而是要落后１～２ 個月．陸地落后較少, 海洋落后較多．在內(nèi)陸地區(qū), ７ 月最熱, １ 月最冷；在海洋上或沿海地區(qū), 最熱月是８ 月, 最冷月是２ 月．最熱月與最冷月的差值稱為年較差．氣溫年較差是隨緯度而增大的．海洋上冬暖夏涼, 年較差比內(nèi)陸?。睾５奶旖蚰贻^差３０℃, 到內(nèi)陸的呼和浩特增加到３５℃．
氣溫的非周期性變化
氣溫的非周期性變化是指日與日之間的不規(guī)則變化, 主要是由於天氣變化引起的．寒潮暴發(fā)、冷空氣活動、鋒面移動、氣旋活動等等, 都可以引起氣溫的非周期性變化．＂二、八月亂穿衣＂, 就是因為春、秋過渡季節(jié), 氣溫非周期性變化大的緣故．
氣溫的地理分布
氣溫在地球上的分布, 以緯度、海陸分布和高度的影響最為突出．在緯度的影響下, 氣溫隨緯度升高而降低, 同一緯度上的氣溫基本上是相同的．在海陸分布影響下, 海洋性強的地方, 冬天比同緯度溫暖, 夏天比同緯度涼爽；大陸影響強的地方, 冬天可以把寒冷擴展到較低的緯度, 夏天可以使炎熱向較高的緯度延伸．大陸面積的大小, 距海遠近, 盛行氣流是離岸風還是向岸風, 海洋洋流的性質(zhì), 都可以決定海陸分布影響的程度．例如, 歐洲處於大西洋的東岸, 沿岸有墨西哥暖流經(jīng)過, 又處在西風位置, 所以冬季很溫暖, 夏季溫度也不高．隨著深入內(nèi)陸, 海洋影響逐漸減弱, 而大陸影響逐漸增強．世界上的絕對最高溫度（６３℃）出現(xiàn)在索馬里境內(nèi)；北半球最冷的地方出現(xiàn)在東西伯利亞身米亞康（-７３℃）, 雖然距海都不遠, 但是不利的氣流條件, 使這些地方得不到海洋的調(diào)節(jié), 導(dǎo)致溫度十分極端．世界最低溫度-９０℃, 出現(xiàn)在南極大陸內(nèi)部．我國漠河冬季最低溫度-５２.３℃, 吐魯番夏季最高溫度４９.８℃, 都是在大陸內(nèi)部地區(qū)．
在高度的影響下, 山地和高原溫度低於四周平原地區(qū)．例如, 青藏高原冬季顯得特別寒冷, １ 月溫度都在-１０.０℃以下, 所以人們都稱青藏高原為僅次於南極和北極的世界第三極．即使在夏季, 青藏高原內(nèi)部７ 月溫度仍在１０.０℃以下．
