Здавалося б, усі знають, що таке температура повітря. Однак нерідко свідчення термометрів різні. Тому розповідь про тепловому режимі атмосфери почнемо з точного формулювання. Температура повітря - це температура, яке показується термометром в умовах його повного контакту з атмосферним повітрям. При метеорологічних спостереженнях за температуру повітря приймається температура, виміряна термометром, встановленими па висоті 2 м над поверхнею грунту, далеко від житла, захищеному від дії прямої сонячної радіації і добре вентильованому. Ця температура може бути іншою в нижчих частинах приземного шару. Так, наприклад, у спекотні літні дні трапляється, що температура повітря на висоті 2 м на 10 ° і більше нижче, ніж у самої землі, де слабкі вітер і перемішування. Істотно розрізняються температури на висоті .2 м і в більш високих шарах повітря, приблизно 30 м і більше.
Тепловий режим атмосфери - це характер розподілу і зміни температур в атмосфері. Він визначається теплообміном з навколишнім середовищем - діяльної поверхнею Землі і космічним простором. Сонячне тепло поглинається в основному верхніми шарами, в цілому. ж атмосфера поглинає його слабо, а в окремих шарах - трохи. Нижні прошарки отримують тепло головним чином від діяльної поверхні, яка; нагрівається в денні години, стає тепліше за повітря і віддає йому своє тепло, вночі навпаки - діяльна поверхня втрачає тепло випромінюванням, стає холодніше, і тоді вже повітря віддає своє тепло грунті. Великий вплив на нагрівання атмосфери робить поверхню, до якої вона безпосередньо прилягає. При цьому вплив суші і водної поверхні неоднаково. Земля повертає повітрю більшу частину отриманого нею променевого тепла - 35-50%, у той час як вода: більшу частину тепла віддає нижележащим глибинним: верствам. На нагрівання повітря йде трохи тепла, так г як він значною мірою витрачається ще й на випаровування води. Звідси випливає, що в періоди нагрівання суші повітря над нею тепліше, ніж над водними просторами. У теплу пору року океани, моря і великі озера накопичують в товщі вод величезні запаси тепла і віддають його повітрю в зимовий час. Ось чому взимку повітря над водними поверхнями тепліше, ніж над сушею. Але й сама поверхня суші неоднорідна, вона складається з лісів, боліт, степів і т. д., і віддача тепла, отже, неоднакова. Над сніговим покривом температура повітря знижується.
Температура змінюється протягом доби. Мінімальна температура повітря на висоті, 2 м буває перед сходом сонця. Як тільки сонце з'являється над горизонтом і починає підніматися, протягом 2-3 годин температура росте швидко, потім повільніше і, нарешті, по 14-15 годин настає максимум. Потім починається процес зниження температури - спочатку повільне, а потім усе більш швидкий. Над океанами і морями максимум температури повітря наступає на 2-3 години раніше, ніж над материками. Уявлення про добовому ході температури отримують осредненіем даних спостережень за багаторічний період .. Вторгнення теплих або холодних повітряних мас спотворюють цей осредненний хід - холодна повітряна маса знижує температуру, а тепла маса, що прийшла вночі, може її підвищити.
Зміна температури в межах доби (амплітуда) залежить від ряду причин: географічної широти місця, пори року, характеру-діяльної поверхні, хмарності, рельєфу місцевості та висоти над рівнем, моря. Найбільша добова амплітуда коливань температури воз-духу спостерігається в. субтропіках і зменшується до високих широт. У тропічних областях вона приблизно 12 °, в помірному-8-9 °, у-Полярного кола - 3-4 °, в Заполяр'я - 1-2 ° С. У залежності від пори року найбільші амплітуди в помірних широтах бувають взимку, а найменші - влітку. У полярну ніч майже немає добового ходу температури. У Заполяр'я найбільші амплітуди (5-6 °) відзначаються навесні і восени. У тропіках спостерігаються найбільші амплітуди добових температур, мало залежать від пори року. Наприклад, в пустелях тропічних широт протягом усього року амплітуди рівні 20-22 °. Над водною поверхнею амплітуда добового ходу менше, ніж над сушею - майже 2-3 °. Чим далі від моря, тим більше амплітуда, - до 20-22 °. У степах і пустелях в межах однієї доби вони можуть досягати 30 °.
Рельєф місцевості сильно впливає на добовий хід температури. Такі форми рельєфу, як улоговини, долини, улоговини, більше стикаються з повітрям - вдень він тут застоюється, а вночі, охолоджуючись, стікає на дно. Тому збільшується денний нагрів і нічне охолодження повітря всередині увігнутих форм, а значить, і різниця денних і нічних температур. У той же час рельєф опуклих форм - гір, пагорбів, височин - має меншу поверхню зіткнення з повітрям. Амплітуда добового ходу температури тут менше. Чим вище місце над рівнем моря, тим швидше зменшується амплітуда добового ходу температури повітря.

Розглянемо тепер річний хід температури, який визначається в першу чергу річним ходом температури діяльної поверхні. Різницю між середньомісячними температурами самого холодного і теплого місяця називають амплітудою річного ходу. У північній півкулі на материках це-липень і січень. По відношенню до цих місяцях на океанах і їх узбережжях екстремальні температури кілька запізнюються - максимум настає в серпні, а мінімум - у лютому-березні. Амплітуди річного ходу температури набагато більше над сушею, чим над поверхнею води. Дуже велике значення має також географічна широта місця - найменша річна амплітуда спостерігається в екваторіальній зоні, а найбільша - в полярних шпротах. Велика роль і висоти місця над рівнем моря. Чим вище точка, тим менше амплітуда коливання. Погодні умови - туман, дощ і, в першу чергу, хмарність - роблять помітний вплив на річний хід температури. Коли в зимовий час немає хмарності, середня температура самого холодного місяця стає холодніше середнього. У різних географічних широтах різний і річний хід температури.
Але багаторічними спостереженнями можуть бути виявлені певні типи річного ходу температури, що є правильні періодичні коливання. Це - екваторіальний, тропічний, тип помірного поясу і полярний. Кожному з них відповідають у середньому певні умови тривалості зими і літа, час і величина максимальних і мінімальних температур. Але в окремі роки ця загальна картина порушується через вторгнення різних повітряних мас. Так, часті вторгнення морських повітряних мас на сушу призводять до зменшення амплітуд, а холодних континентальних мас. Повітря на узбережжі океанів і морів - до збільшення. У весняний час при вторгненні мас повітря з Арктики відбуваються значні похолодання, повернення холодів. Наприклад, 12-16 травня 1954 р. у Ленінграді температура повітря була від -1 ° до 6 °. Хвиля холоду вторгалася 15 травня 1912. р. до Якутії і знизила там температуру, до -10 °. Восени під час вступу теплих мас повітря з тропіків у помірні широти спостерігаються повернення тепла - «бабине літо».
Щоб уявити собі розподіл температури па великих територіях, вичерчують карти ізотерм - ліній рівних значень температури в даний момент або в середньому за певний проміжок часу (добу, місяць, сезон тощо). Вже говорилося, що температура повітря в середньому зменшується з висотою. Тому, щоб спостереження, зроблені в різних пунктах, були порівнянні між собою, обмірювану температуру призводять до рівня моря, виходячи з того, що в тропосфері на кожні 100 м висоти вона знижується в середньому на 0,6 °. Ізотерми можуть проводитися на картах з інтервалами в 1, 2, 4, 5 і 10 °. Розподіл температури в різні пори року відображають насамперед середньомісячні карти найбільш теплого місяця (липня; н найбільш холодного (січня). Здавалося б, ці ізотерми повинні повторювати широтні кола. Однак січневі ізотерми не збігаються з ними, мають різні вигини, особливо виразні в північному півкулі в районах межі суші і моря, де велика різниця температур повітря. У південній півкулі з величезною поверхнею океанів ізотерми-наближаються до широтному напрямку.
А в північній частині Атлантичного океану січневі ізотерми близькі до напряму, меридіанів. Таке ж напрямок ізотерм взимку і на півночі європейської території нашої країни. Чим далі від океану, тим повітря холодніше. У самих холодних місцях, на півночі Якутії, в районах Верхоянськ і Оймякон, проходить ізотерма -48 ... -50 °. Тут бували-окремі дні, коли температура падала до -68 ...- 71 °. Недарма цей район називають полюсом холоду північної півкулі. Другий полюс холоду знаходиться на північний захід від Гренландії (острів Елсмір). Середня температура самого холодного, місяця -55 °, середньорічна нижче -35 °, а мінімальна -70 °.
Завдяки притоку теплого повітря з океану західні береги материків взимку щодо теплі. Тепле Атлантичне протягом створює такі умови, що ізотерма. -20 ° у Європі відходить на північ до 83 ° с. ш. і значна частина Баренцевого моря до Кольського, затоки не замерзає. У цей час у Мурманську приблизно на градус тепліше, ніж у Москві.
Влітку температурні контрасти між полюсом та екватором менше, ізотерми проходять рідше, над материком в цей час тепліше, ніж над океаном. Над материком в північній півкулі ізотерми згинаються на північ, а над Північною Америкою, Африкою та Азією проступають області тепла. В одній з таких, чітко виражених областей, контурних Сахару, температура досягає 40 °, а в деякі дні перевищує 50 °, абсолютний максимум дорівнює 58 ° ». Максимальна температура (50 ° С) в нашій країні спостерігалася на півдні середньоазіатських пустель. Найвищі температури лежать приблизно уздовж 10 ° с. ш. і, зміщуючись протягом року, все ж таки в основному залишаються в північній півкулі.
Лінію, що з'єднує точки найбільших середніх температур (річний або певні, місяці) на земній. Поверхні, називають термічним екватором. Є й інше визначення термічного екватора: «паралель з найбільш високою середньою температурою повітря (річний або місячної)». Термічний екватор охоплює широку зону, в якій середні річні температури 25-26,5 °. У липні в південній півкулі зима і ізотерми близькі до паралелей. Чим ближче до Антарктиди, тим стає помітно холодніше. На узбережжі суворого Антарктичного материка в липні в середньому -15 ... -35 °, в центрі Східної Антарктиди до -70 °. Бувають дні, коли 1; температура тут падає нижче -80 °. На станції Схід (78 ° пд. Ш.) Спостерігалася найнижча температура на Землі (-88,3 ° С). Це - полюс холоду пашей планети. Максимальні температури майже всюди запізнюються в порівнянні з датою літнього сонцестояння. Це запізнення менше в континентальному кліматі і більше в морському. Мінімальні температури запізнюються ще більше по відношенню до, зимового сонцестояння. Поблизу екватора в горах амплітуда ходу температури мала. Так, наприклад, в Еквадорі в Кіто на висоті 2810 м р температура вересня (тут це самий теплий місяць) дорівнює 13,2 °, а самого холодного (березня) 12,9 °. Чим далі від екватора, тим швидше зростає амплітуда річного ходу температури повітря. У Москві вона складає 29 °, а Верхоянську 64 °. Область мусонів у Південній Азії має своєрідний хід температури - зима і весна сухі й безхмарні, температура швидко зростає і в квітні досягає в середньому 30 °, а місцями більше 35 °. Наприкінці квітня до Бірми і на початку червня в Індію приходить з моря річний мусон з хмарами, дощами і похолоданням. 13 вересні, із закінченням мусону, починається поступове підвищення температури. Ця особливість притаманна саме даному району.
Неперіодичні, іноді дуже швидкі і різкі коливання температури викликає проходження циклонів і фронтів. Наприклад, в Ленінграді температура під їх впливом може знижуватися взимку до -36 ° і "підвищуватися влітку до 33 °, в Якутську коливання бувають відповідно -64 ° і 38 °. Неперіодичне зміни температури відбуваються постійно, як великі, так і малі, і це природний стан атмосфери. У приземному шарі атмосфери (до 2 м) температура повітря визначається головним чином поверхнею, і чим ближче до неї в літній час, тим повітря тепліше. Вночі ж, коли земля охолоджується швидше,, приземного повітря холодніше, ніж в більш високих шарах. Таким чином, влітку потік тепла спрямований вгору, особливо в ясні дні. Взимку в шарі 200-300 м потік тепла спрямований вниз. На висотах близько 17 км в тропічних широтах температура повітря дуже низька (-80 °). По обидві сторони від тропічного поясу в шарі 8-11 км температура щодо вище, до -60 ... -65 °. Це - температура повітря в Тропопауза, вона може сильно змінюватися від дня до дня і по висоті.
Вивчення температури у високих шарах атмосфери в останні десятиліття здійснюється за допомогою штучних супутників Землі і космічних кораблів. Дона-чала 1950-х років температуру повітря на висоті більше 30-40 км визначали за непрямими методами. Виявилося, що результати обох методів між собою узгоджуються. Невелике підвищення температури з висотою існує до 50 км. Влітку тут близько 0 °, а взимку - 20 ... -30 °. Вище температура швидко зменшується і на висоті 80 км (на верхній межі мезосфери) становить -75. . .- 90 °. . Тут відсутній озон, що поглинає сонячну радіацію. Далі вгору температура знову підвищився - спочатку швидко, а між висотами 200-300 км повільніше. Вище 400 км температура безперервно збільшується з висотою. Спостереження з супутників показали, що на великих висотах існує. великий добовий хід температури - на висоті 800 км вдень 2000 °, вночі 1000 °. Це явище зараз досліджується. Припускають, що розігрівання здійснюється завдяки ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання Сонця.
За багаторічні періоди Земля в цілому, і в тому числі її атмосфера, не відчувають систематичного розігрівання або вихолажіванія від припливу тепла, і середні температури майже, не змінюються. Сонячне тепло поглинається і віддається - баланс в середньому дорівнює нулю. В останні роки проведені великі дослідження теплового балансу, що дозволяють судити про режим сонячної радіації та її перетворення на поверхні Землі і в атмосфері. Зокрема, вдалося встановити, що в Арктиці завдяки відбивної здатності льодів при великій радіації дуже мала частина поглинається. Не будь крижаного покриву, середньорічна температура повітря була б тут па 20 ° вище.