Ilmanlämpötila

Ilmanlämpötila tarkoittaa meteorologiassa yleensä ilman lämpötilaa ulkona varjossa kahden metrin korkeudella maan pinnasta.

Ilman lämpötalous

Ilma saa lämpönsä suoraan tai välillisesti auringon säteilystä. Kohti­suoraa pintaa kohti auringon säteily­energiaa tulee 1 370 W/m² (aurinkovakio). Kun Maa kuitenkin on pallon muotoinen ja koko ajan puolet sen pinta-alasta on kääntyneenä auringosta poispäin, tulee ilmakehän ylä­rajalle keski­määrin säteily­energiaa vain neljäs­osa tästä, 352 W/m² Tästä säteily­energiasta ilma­kehä absorboi noin 67 W/m². Maan pinnalle saapuvasta säteilystä noin 30 W/m² heijastuu, ja loput 168 W/m2 lämmittää maan pintaa. Kaikkiaan siis noin 31 prosenttia ilma­kehään tulevasta Auringon säteilystä heijastuu takaisin avaruuteen; tätä prosenttilukua sanotaan Maan albedoksi.
Maan pinnasta poistuu lämpöä kolmella tavalla. Eniten sitä poistuu lämpösäteilynä, noin 390 W/m2. Tästä säteilystä kuitenkin pieni osa pääsee avaruuteen saakka; suurin osa siitä absorboituu ilmakehään lämmittäen sitä. Ilmakehä puolestaan lähettää lämpösäteilyä sekä avaruuteen (noin 195 W/m²:n teholla) että takaisin maan pintaan (noin 324 W/m²:n teholla).
Maan pinnasta poistuu lämpöä myös haihtuvan veden mukana noin 78 W/m², mikä vapautuu vesihöyryn tiivistyessä pilviksi. Lisäksi lämpöä siirtyy maan pinnasta ilma­kehään myös suoran kosketuksen välityksellä noin 24 W/m².
Nämä lämmön siirtymistavat auringosta maahan ja maasta avaruuteen tasa­painottavat toisensa niin, että keskimäärin koko maapallolta poistuu lämpöä saman verran kuin sitä saapuu. Auringon säteily kuitenkin jakautuu Maan pinnan eri alueiden kesken hyvin epätasaisesti, niin että päiväntasaajan seudulla lämpöä saapuu maahan enemmän kuin poistuu, kun taas napa­seuduilla on asian laita päin­vastoin. Tämän vuoksi ilman­lämpö­tila onkin tropiikissa paljon korkeampi kuin napa­seuduilla. Lämpö­tila­erot Maan eri alueiden välillä eivät kuitenkaan jatkuvasti kasva, sillä tuulet ja meri­virrat siirtävät runsaasti lämpöä päivän­tasaajan tienoilta kohti napoja.

Lämpötila eri ilmastövyöhykkeillä

Ilmanlämpötila on tärkeimpiä tekijöitä, joiden perusteella eri ilmasto­vyöhykkeet eroavat toisistaan. Päivän­tasaajan molemmin puolin on trooppinen vyöhyke eli tropiikki, jossa vuoden keski­lämpö­tila on yli +18 °C. Kauempana päivän­tasaajasta ovat sub­trooppiset, lauhkeat sekä lopulta kylmät vyöhykkeet (pohjoisessa arktinen, etelässä antarktinen vyöhyke). Pohjoisen lauhkean ja arktisen vyöhykkeen välisen rajan katsotaan kulkevan siellä, missä vuoden lämpimimmän kuukauden keski­lämpö­tila on +10 °C. Tämä vastaa suunnilleen pohjoista metsän rajaa, jonka pohjois­puolella on tundra. Äärimmäisillä pohjoisilla napa­seuduilla sekä lähes koko Etelä­manterella vuoden kaikkien kuukausien keski­lämpö­tila on 0 °C:n alapuolella.
Keski­määräisen ilman­lämpö­tilan mukaan määräytyvien ilmasto­vyöhykkeiden rajat eivät kuitenkaan kulje kaikkialla suoraan länsi-itäsuuntaisesti. Tämä johtuu pääasiassa maan ja meren epätasaisesta jakautumisesta eri puolilla maapalloa. Myös merivirrat vaikuttavat suuresti niiden läheisyydessä olevien alueiden ilman­lämpö­tilaan; esimerkiksi Golfvirran vaikutuksesta koko Pohjois-Euroopan keski­määräinenkin ilman­lämpö­tila on useita asteita, Norjan rannikolla jopa 14 °C korkeampi kuin yleensä samoilla leveysasteilla muissa maanosissa.
Sää- ja ilmasto­kartoissa paikka­kunnat, joilla ilman­lämpö­tila on sama, yhdistetään viivoilla, joita sanotaan isotermeiksi.

Vuorokautiset vaihtelut

Samallakin paikka­kunnalla ilman­lämpö­tila vaihtelee huomattavasti. Suuri osa vaihteluista on selvästi jaksollisia ja riippuu vuoro­kauden- ja vuoden­ajoista.
Selkeällä säällä ilman­lämpö­tila on yleensä korkein ilta­päivällä, noin klo 14, ja alin aamuyöllä vähän ennen auringonnousua. Vuoro­kauden keski­lämpö­tila lasketaan tavallisesti neljästä havainnosta, jotka tehdään klo 8, 14 ja 20 sekä yön lämpö­tilan ollessa alimmillaan.

Vuotuiset vaihtelut

Päiväntasaajan seudulla ilman­lämpö­tila ei sanottavasti vaihtele eri vuoden­aikoina, mutta kaukana päiväntasaajasta, erityisesti lauhkealla vyöhykkeellä vuotuiset vaihtelut ovat suuret. Pohjoisella pallon­puoliskolla vuoden lämpimin kuukausi on yleensä heinäkuu, kylmin tammi- tai helmikuu, eteläisellä pallon­puoliskolla on asian laita päin­vastoin.
Suomessa määritellään vanhastaan termiset vuodenajat ilman vuoro­kautisen keski­lämpö­tilan perusteella. Terminen talvi on aika, jolloin keski­lämpö­tila on nollan alapuolella, terminen kesä taas aika, jolloin se on +10 °C:n yläpuolella. Näiden väliset ajat, jolloin keskilämpötila on 0 ja +10 °C:n välillä, ovat terminen kevät ja syksy.

Lämpötilakäsitteitä

Kun ilman­lämpö­tila on +25 °C:n ylä­puolella, on pohjois­maissa käytetyn määritelmän mukaan hellettä.
Kun ilman lämpötila on 0 °C:n alapuolella, on pakkasta. Jos lämpötila talvella joksikin ajaksi nousee nollan yläpuolella, on suojasää.
Jos kasvukaudella ilman lämpötila lähellä maan pintaa laskee nollan alapuolelle, on kyseessä halla. Maanpinnan läheisyydessä lämpötila öisin on kuitenkin yleensä alempi kuin korkeammalla, ja niinpä hallankin sattuessa ilman­lämpö­tila kahden metrin korkeudessa on yleensä nollan yläpuolella.

Virheellinen käsite: "lämpötila auringossa"

Käsitteellä "lämpötila auringossa" viitataan usein virheellisesti auringon säteilylle alttiina olevan lämpömittarin lukemaan. Väärinkäsityksiä on omiaan aiheuttamaan toisaalta se, että lämpömittari näyttää tällöin korkeampaa lämpötilaa kuin varjossa, toisaalta se, että auringon paisteessa myös tuntuu lämpimämmältä.
Nestelämpö­mittarin muovi- tai lasikuoren sisällä on kasvihuonetta vastaava tilanne, minkä vuoksi mittari ei ollessaan auringon paisteessa kerro sitä ympäröivän ilman lämpö­tilaa vaan sen lämpö­tilan, joka syntyy sen pien­kasvi­huoneen sisälle. Jos mitataan alkoholi­mittarilla, vaikuttaa neste­patsaan värikin siihen, kuinka paljon mittari absorboi auringon valoa, minkä vuoksi kaksi vierekkäinkin sijoitettua mittaria voi auringon paisteessa näyttää eri lukemia. Vastaavasti kesä­päivän asfaltti voi olla +40 °C lämpöinen, kun ilman lämpötila lähentelee +25 °C. Ilma lämpenee kuumien pintojen lähellä, mutta ilman­lämpö­tila voidaan mitata luotettavasti varjossa ilma­kehän suoralta säteilyltä sekä hajasäteilyltä suojatussa tuuletetussa valko­pintaisessa kopissa.
Auringon säteily lämmittää luonnollisesti myös ihmisen ihoa ja vaatteita. Tämän vuoksi auringon paisteessa tuntuukin lämpimmältä kuin varjoisessa paikassa, vaikka ilman todellinen lämpötila olisikin sama. Tämän tuntemuksen voimakkuuteen vaikuttavat kuitenkin monet muutkin seikat: esimerkiksi vaaleat vaatteet lämpenevät vähemmän kuin tummat, hikoilun viilentävä vaikutus riippuu, paitsi tuulesta ja ilman kosteudesta, myös yksilöllisistä fysiologisista tekijöistä, ja auringon ollessa korkealla kokee maassa makuullaan oleva henkilö sen lämmittävän vaikutuksen voimakkaampana kuin pystyssä kulkeva, koska säteily osuu häneen lähes kohtisuorasti. Tämä koettu "lämpötilan nousu" onkin subjektiivinen asia, jota ei voida mitata.

Äärimmäisyyksiä

Korkein maapallolla mitattu ilmanlämpötila on ollut 56,7 °C. Niin kuumaa oli Kalifornian Kuolemanlaaksossa 10. heinäkuuta 1913.
Alin maapallolla mitattu ilmanlämpötila on ollut −89,2 °C. Niin kylmää oli Vostokin tutkimusasemalla Etelämantereella 21. heinäkuuta 1983. Pohjoisen pallonpuoliskon alin lämpötila on ollut −67,8 °C, joka mitattiin Siperian Verhojanskissa 5. ja 7. helmikuuta 1892 sekä Oimjakonissa 6. helmikuuta 1933, epävirallisesti vuonna 1924 jopa −71,2 °C.
Korkein Suomessa mitattu ilmanlämpötila on 37,2 °C, joka vallitsi Liperissä Joensuun lentoasemalla 29. heinäkuuta 2010. Suomen alin ilmanlämpötila on ollut −51,5 °C, joka mitattiin Kittilän Pokassa 28. tammikuuta 1999.