อุณหภูมิของอากาศ

           ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่ออุณหภูมิของอากาศที่บริเวณใด ๆ  คือพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ ที่พื้นโลกบริเวณนั้นได้รับ  กล่าวคือในเวลากลางวันพื้นโลกได้รับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์   ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อากาศที่อยู่เหนือบริเวณนี้ก็จะได้รับพลังงานความร้อนที่พื้นโลกคายออกมา ทำให้อุณหภูมิของอากาศบริเวณนั้นสูงตามไปด้วย  ส่วนในเวลากลางคืนพื้นโลกไม่ได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์แต่ยังมีพลังงานความร้อนส่วนหนึ่งที่สะสมไว้  และยังคงคายพลังงานความร้อนให้อากาศเหนือบริเวณนั้นแต่ไม่มากเท่าในเวลากลางวัน  อุณหภูมิของอากาศเวลากลางคืนจึงต่ำกว่า    ในเวลากลางวันในวันเดียวกัน และเมื่อพื้นโลกคายพลังงานความร้อนให้กับอากาศจนพื้นโลกมีอุณหภูมิเท่าอากาศ ก็จะหยุดคายความร้อน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่อุณหภูมิคงที่และมีค่าต่ำสุด  เพื่อให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในช่วงเวลาต่างๆ ใน  1  วัน 

          นักเรียนจะสังเกตว่าอากาศบริสุทธิ์ในตอนเช้าทำให้เรารู้สึกถึงความสดชื่นเย็นสบาย  ในขณะที่เวลากลางวันเราจะรู้สึกร้อน และจะค่อยๆ คลายความร้อนลงอีกครั้งในเวลาเย็น นักเรียนคิดว่าความร้อนและความเย็นของอากาศเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละวันเกิดขึ้นได้อย่างไร

         การที่ความร้อนหรือความเย็นของอากาศเกิดการเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละช่วงเวลานั้น เนื่องมาจากความแตกต่างของตำแหน่งดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า ในตอนเช้าดวงอาทิตย์จะขึ้นทางทิศตะวันออกและจะค่อยๆ  เคลื่อนตัวขึ้นสู่จุดสูงสุดบนท้องฟ้าในตอนกลางวัน  เมื่อถึงช่วงบ่ายและเย็นดวงอาทิตย์จะเคลื่อนมาทางทิศตะวันตกและลับขอบฟ้าไปในที่สุด

          ขณะที่ดวงอาทิตย์ขึ้นในตอนเช้าอุณหภูมิจะลดต่ำลง  เนื่องจากพื้นผิวโลกเย็นตัวลงหลังดวงอาทิตย์ตกในคืนที่ผ่านมา และเมื่อดวงอาทิตย์ขึ้นสู่จุดสูงสุดในตอนกลางวัน ผิวโลกจะได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์มากกว่าเวลาอื่นๆ ทำให้อากาศร้อน และเมื่อดวงอาทิตย์ตกในตอนเย็นพื้นผิวโลกจะเย็นตัวลงความร้อนก็จะลดต่ำลงด้วยความร้อนเย็นของอากาศที่เปลี่ยนไปนี้  เรียกว่า อุณหภูมิของอากาศ

          ในปีหนึ่งๆ อุณหภูมิของอากาศจะมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลกทำให้เกิดกลางวันกลางคืน และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ทำให้เกิดฤดูกาลต่างๆ ขึ้น

           เมื่อโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์  จะเกิดความแตกต่างของระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ ในช่วงเวลาต่างกันในรอบปี  และการที่แกนโลกเอียงขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ทำให้โลกได้รับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ไม่เท่ากัน  ซีกโลกที่ได้รับพลังงานความร้อนโดยตรงจะเป็นฤดูร้อนขณะที่ซีกโลกฝั่งตรงข้ามจะเป็นฤดูหนาว โดยฤดูร้อนอากาศจะร้อนกว่าฤดูหนาว เนื่องจากระดับความสูงของดวงอาทิตย์แตกต่างกัน ฤดูร้อนดวงอาทิตย์จะอยู่สูงในท้องฟ้า ทำให้พื้นผิวโลกได้รับความร้อนโดยตรงอุณหภูมิพื้นผิวดินจึงสูงส่วนฤดูหนาวดวงอาทิตย์จะอยู่ต่ำและส่องแสงในแนวเฉียง ทำให้พื้นผิวโลกได้รับความร้อนไม่เต็มที่ อุณหภูมิจึงลดลงฤดูร้อนจึงร้อนกว่าฤดูหนาว

          นอกจากอุณหภูมิของอากาศที่พื้นผิวโลกจะแตกต่างกันแล้ว  อุณหภูมิของอากาศที่ระดับ    ความสูงจากผิวโลกขึ้นไปยังมีความแตกต่างกันอีกด้วย  ถ้าเราขึ้นไปยังที่ที่สูงจากระดับน้ำทะเล เช่น บริเวณดอยหรือภูเขาสูงเราจะรู้สึกว่าอากาศเย็นกว่าบริเวณพื้นดิน นั่นคือที่ระดับความสูงจากผิวโลกต่างๆ กันอุณหภูมิของอากาศจะมีค่าไม่เท่ากัน  อุณหภูมิของอากาศที่พื้นดินจะสูงกว่าอุณหภูมิที่ระดับสูงขึ้นไป  ดังนั้น  เราอาจสรุปได้ว่า เมื่อความสูงเพิ่มขึ้นระยะหนึ่งอุณหภูมิของอากาศจะค่อยๆ ลดลง

      อุณหภูมิของอากาศ

            อุณหภูมิของอากาศชั้น โทรโพสเฟียร์ (Troposphere)  จะลดลงตามระดับความสูง โดยเฉลี่ยอุณหภูมิจะลดลงประมาณ  6.5  C ต่อความสูง 1 กิโลเมตร  ส่วนบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) อุณหภูมิของอากาศจะสูงขึ้นตามระดับความสูง  โดยเฉลี่ยอุณหภูมิสูงขึ้นประมาณ  5 C  ต่อความสูง 1 กิโลเมตร สำหรับบรรยากาศชั้น  มีโซสเฟียร์ (Mesosphere) อุณหภูมิของอากาศจะลดลงตามระดับของความสูง  กล่าวคือ  จะลดลงต่ำสุดประมาณ  -95  C  ที่ระดับความสูงประมาณ  80  กิโลเมตร  จึงเป็นชั้นบรรยากาศที่มีความหนาวเย็นมากที่สุด และชั้นบรรยากาศเทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere)  อุณหภูมิของอากาศจะสูงขึ้นตามระดับความสูง โดยเฉลี่ยอุณหภูมิจะสูงประมาณ    227  C – 1, 727  C   ซึ่งเป็นอุณหภูมิของบรรยากาศชั้นนอกสุด

        1. ที่ระดับความสูงประมาณ  1.5 และ 5 กิโลเมตรจากระดับน้ำทะเล  อุณหภูมิของอากาศประมาณ  18  C และประมาณ -3  C  ตามลำดับ

         2. อุณหภูมิของอากาศจะลดลงเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น

         3. รูปกราฟมีลักษณะคล้ายกันกับกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความสูงกับความดันอากาศ และความสูงกับความหนาแน่นของอากาศ    แต่กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของอากาศกับความสูงนี้มีลักษณะเป็นเส้นตรง

           พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่มาถึงโลก  พื้นผิวโลกจะดูดไว้ประมาณ  15%    ส่วนที่เหลืออีก  42%  จะถูกสะท้อนกลับไปในอวกาศ

           พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ผิวโลกดูดกลืนไว้นี้  จะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนซึ่งมีผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ  อุณหภูมิของอากาศใกล้ผิวโลกในแต่ละวันจะมีการเปลี่ยนแปลงดังนี้  คือ  ตั้งแต่ดวงอาทิตย์ขึ้น อุณหภูมิจะค่อยๆ สูงขึ้น จนสูงสุดในช่วงเวลาประมาณ  14.00 – 16.00  หลังจากนั้นอุณหภูมิจะค่อยๆ ลดลงและลดลงต่ำสุดในช่วงเวลาประมาณ  05.00 – 07.00 น.

           โอโซน (Ozone ; O₃)  เป็นแก๊สที่อยู่ในบรรยากาศชั้นชั้นสตราโตสเฟียร์  ทำหน้าที่ดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต และช่วยลดอันตรายที่จะเกิดขึ้นแก่มนุษย์ แต่ปัจจุบันพบว่าแก๊สโอโซนกำลังถูกทำลายลงโดยสาร    ซี เอฟ ซี (CFC : Chlorofluorocarbon)  ทำให้รังสีอัลตราไวโอเลตทะลุผ่านมายัง  พื้นโลกได้มากขึ้น ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกอีกด้วย

           ซี เอฟ ซี  (CFC : Chlorofluorocarbon)  เป็นสารสังเคราะห์ที่อยู่ในสถานะแก๊ส ประกอบด้วยธาตุคลอรีน (Cl)  ธาตุฟลูออรีน (F) และคาร์บอน (C)  สาร ซี เอฟ ซี  ที่สำคัญ ได้แก่  CFC 11(CFCl₃)  ใช้ในอุตสาหกรรมผลิตพลาสติกโฟม  CFC12 (CF₂Cl₂)  ใช้เป็นตัวทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศและ  CFC13 (C₂F₃Cl₃)  ใช้ทำความสะอาดแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์

            ปรากฏการณ์เรือนกระจก  (Green House Effect)  เป็นปรากฏการณ์ที่อุณหภูมิใกล้ผิวโลกสูงขึ้นกว่าปกติที่ควรจะเป็น เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานที่ดวงอาทิตย์ส่งมายังโลก จะถูกพื้นดิน  พื้นน้ำ       ไอน้ำ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ดูดกลืนไว้ประมาณร้อยละ  35  ต่อมารังสีอินฟราเรด (รังสีความร้อน) ที่ถูกดูดกลืนจะแผ่รังสีออกมาในรูปของพลังงานความร้อน ส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตจะเปลี่ยนเป็นรังสีอินฟราเรดและแผ่รังสีให้ความร้อนออกมา  ทำให้โลกได้รับความร้อนและถูกกั้นไว้โดยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์  มีเทน  ไนตรัสออกไซด์  ซีเอฟซี  ฝุ่นละออง  และไอน้ำ  จึงเป็นผลให้พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิสูงขึ้นกว่าปกติดังกล่าว

           ปริมาณก๊าซโอโซน  (O₃)  และปรากฏการณ์เรือนกระจกจะมีความสัมพันธ์กัน  กล่าวคือ เมื่อแก๊สโอโซนถูกทำลาย เป็นผลให้ปริมาณแก๊สโอโซนลดลง  ทำให้รังสีอัลตราไวโอเลตทะลุผ่านชั้นบรรยากาศมายังพื้นผิวโลกได้มากขึ้น  ซึ่งจะไปทำลายสิ่งมีชีวิตเล็กๆ ในทะเล  มหาสมุทร ทำให้แพลงตอนพืชลดน้อยลง จึงเป็นผลให้ปริมาณการใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์ด้วยแสงน้อยลงด้วย เป็นเหตุให้ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศเพิ่มขึ้น ซึ่งจะส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกรุนแรงมากขึ้นในที่สุด

การวัดอุณหภูมิ

          เครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิที่นิยมใช้ในปัจจุบัน  เรียกว่า เทอร์มอมิเตอร์  ใช้วัดความร้อนหรืออุณหภูมิของสิ่งต่างๆ ลักษณะเป็นหลอดแก้วปลายปิด  ภายในบรรจุของเหลวที่เรียกว่า  ปรอท   การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมีผลทำให้ระดับปรอทเปลี่ยนแปลงไป   เมื่ออากาศร้อนปรอทจากกระเปาะ    ที่ก้นหลอดแก้วจะขยายตัวสูงขึ้น เราจะเห็นของเหลวภายในหลอดแก้วเคลื่อนที่ขึ้นมา  และเมื่ออากาศเย็นลงปรอทจะหดตัวเราจะเห็นของเหลวหดตัวลงไป

          นอกจากนี้ยังมี  เทอร์มอกราฟ  ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิและสามารถบันทึกอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงในเวลาที่ต่อเนื่องกันได้โดยอัตโนมัติ  เทอร์มอมิเตอร์อีกชนิดหนึ่งที่ใช้วัดอุณหภูมิในที่ร่ม โดยตัวเทอร์มอมิเตอร์จะอยู่ภายในที่กำบัง  เรียกว่า  เทอร์มอมิเตอร์แบบสตีเวนสัน  อุณหภูมิที่บันทึกได้มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส

 (ผู้สนใจ สามารถดาว์นโหลดแบบฝึกฉบับเต็มได้ที่ ไฟล์)