Фернандо Льоренте Мартінес - ІНМ. Основною причиною метеорологічної загадки є Сонце та рух положення Землі відносно нього.
Співпраця з оперативною пам'яттю
Стаття від січня 2003 р. Отримано в серпні 2013 року
ВСТУП
Основною причиною метеорологічної загадки є Сонце та рух положення Землі відносно нього. Ми пам’ятаємо, що наша планета наділена двома основними астрономічними рухами:
- Обертальний рух, через 24 години, що відбувається із заходу на схід; викликаючи видимий рух Сонця та інших небесних тіл у зворотному напрямку.
- Перекладацький рух навколо Сонця, трохи більше 365 днів. У цьому русі наша планета описує еліптичну орбіту, майже кругову, із Сонцем в одному з фокусів. Коли ми найближчі до нього - січень - ми знаходимося на 147,7 мільйонів кілометрів, це перигелій; а в найвіддаленіший момент - місяць липня - відстань складає 152,2 мільйона кілометрів, це афелій.
Іншим важливим моментом є нахил 23º 27 'уявної осі обертання Землі відносно екліптики або площини, яка утворює нашу орбіту навколо Сонця.
Усі ці рухи спричиняють пори року, послідовність днів і ночей і, як наслідок, різницю температур між різними точками нашої планети, породжуючи всі відомі нам метеорологічні явища.
СТАНЦІЇ
З дитинства ми знаємо, що рік має чотири пори року: весну, літо, осінь та зиму. Перші два складають півроку, в якому дні тривають довше, ніж ночі, тоді як в інші два ночі довші, ніж дні.
Illustr. 1. Механізми станцій. Джерело: Фернандо Льоренте Мартінес.
Через нахил осі обертання ці чотири поділи року не відбуваються одночасно в обох півкулях, а зворотно по відношенню один до одного; коли тут, наприклад, літо, у південній півкулі зима.
Пори року визначаються чотирма основними положеннями, протилежними двом двома симетрично, що Земля займає під час своєї подорожі навколо Сонця і які називаються сонцестояннями та рівноденнями. Астрономічний початок сезонів настає, коли наша планета досягає однієї з цих точок, весна починається з весняного рівнодення, 20 або 21 березня, триває до літнього сонцестояння 21 або 22 червня, часу початку літа. сонце більше освітлює нашу півкулю і є більше годин світла, яке триватиме до осіннього рівнодення - те саме, що і у весняному рівнодення, освітлення однакове в обох півкулях, дванадцять годин світла і дванадцять темряви - вересень 23 або 24, дата початку цього сезону, і, нарешті, коли ми досягнемо дня 21 або 22 грудня, зимового сонцестояння, ми вступимо в цей сезон - котрий є тоді, коли ми насолоджуємося найменшим світловим часом -. Причина того, що пори року не завжди починаються в один і той же момент, обумовлена порушеннями, які зазнає Земля, обертаючись навколо Сонця.
Illustr. 2. Положення Землі щодо Сонця в сонцестояння та рівнодення. Джерело: Фернандо Льоренте Мартінес.
ФУТИ ілюстрації 2: Ці три зображення показують нам положення Землі щодо Сонця в різні пори року. На малюнку А ми перебуваємо в «літньому сонцестоянні»; середня інсоляція в нашій широті становить 15 годин; на 53 ° півночі, близько 17 годин, а на Північному полюсі, 24 години -6 світлових місяців; тоді як у Південній півкулі починається зима, 6 місяців темряви в Антарктиді. На малюнку Б ми знаходимось на «зимовому сонцестоянні»; середня інсоляція в нашій широті становить близько 9 годин; стискаючись, коли ми наближаємось до Північного полюса, де зараз ніч - 6 місяців темряви. Літо починається в Південній півкулі, а 6 місяців світла починається на Південному полюсі. На останньому малюнку С ми маємо положення Землі в двох рівноденнях - весні та осені. Середня інсоляція становить 12 годин у всіх географічних широтах. Стрілки представляють сонячні промені.
Ці чотири сезони не мають однакової тривалості, головним чином через орбіту Землі, оскільки Земля обходить свій шлях навколо Сонця зі змінною швидкістю, чим швидше, чим ближче вона до Сонця, тим повільніша, чим далі. Це також призводить до того, що строгість кожного сезону неоднакова в обох півкулях. Наша планета ближче до королівської зірки на початку січня, ніж на початку червня, і в цілому, крім інших факторів, зима в нашій півкулі менш холодна, ніж у південній півкулі, а літо в ній спекотніше, ніж у нас.
СОНЯЧНА РАДІАЦІЯ
Ми можемо вважати, що Сонце є "двигуном" нашої планети, як би це було гігантська ядерна синтезована купа, що перетворює водень в гелій зі швидкістю 700 мільйонів тонн щосекунди і випромінює величезну кількість тепла у вигляді електромагнітного випромінювання; з яких Земля відповідає приблизно енергії 2 калорії на квадратний сантиметр і за хвилину, що є так званою сонячною постійною.
Illustr. 3. Нахил сонячних променів. Джерело: Фернандо Льоренте Мартінес.
PIE ілюстрації 3: Кут падіння променів визначає інсоляцію, отриману на одиницю площі. Перпендикулярні промені зосереджені в квадраті А, що представляє екваторіальні зони; однакова кількість енергії розподіляється по більших і більших поверхнях, коли косості сонячних променів зростає, тобто коли ми рухаємося до полюсів.
Illustr. 4. Різниця поверхні, нагрітої сонцем, в обох сонцестояннях. Джерело: Фернандо Льоренте Мартінес.
ФУТИ ілюстрації 4: Ця інша ілюстрація представляє нахил, з яким сонячні промені досягають землі в точці, розташованій в середніх широтах під час зимового сонцестояння - ліва сторона зображення -, де нахил променів максимальний і його калорійність потужність мінімальна, оскільки однакова кількість енергії розподіляється на більшій площі; і в літнє сонцестояння, де промені дуже близькі до перпендикулярності і зосереджені на меншій площі, з набагато більшим виходом енергії. У цьому випадку, в якому ми маємо на увазі, і для цих двох часів року взимку обігріта площа в 6 разів більша, ніж влітку, отже, отримана енергія приблизно на 6 місяців менше.
Випромінювання, випромінене Сонцем, є короткохвильовим, спектр варіюється від ультрафіолету до інфрачервоного, зосереджений на видима частина спектру, саме тому більшість живих істот бачать випромінювання з такою частотою. Частина цього потоку поглинається або відбивається атмосферними компонентами - озоном, водяною парою, хмарами тощо - а інша частина досягає поверхні Землі. Як тільки ця енергія, що надходить, поглинається земною системою атмосфера-поверхня, вона перетворюється на теплову енергію; яка в свою чергу також відправляється назад у космос, але у вигляді довгохвильового випромінювання, такого як інфрачервоне випромінювання. Це випромінювання не виявляється людським оком, але воно може відчуватися нашою шкірою. Наприклад, коли опір електричного нагрівача розжарений, він буде випромінювати як інфрачервоне, так і видиме випромінювання; Але коли ми його вимкнемо, він поступово втратить свій колір - видиме випромінювання, - але якщо наблизити руку, ми помітимо тепло, тому що воно продовжує випромінювати інфрачервоне випромінювання.
ГЛОБАЛЬНИЙ ЕНЕРГЕТИЧНИЙ БАЛАНС
Оскільки було встановлено, що температура системи Земля-атмосфера, приблизно 15 градусів за Цельсієм, останнім часом суттєво не змінилася; а оскільки енергія, отримана від Сонця, є постійною, наша планета повинна втратити рівну кількість енергії, як отримана.
Цей енергетичний обмін відомий як енергетичний баланс космос-земля-атмосфера. Давайте дамо короткохвильовій сонячній радіації, що падає на нашу атмосферу, значення 100 одиниць. Між стратосферним озоном, водяною парою, вуглекислим газом та хмарами відбувається поглинання 18 од. Хмари, в свою чергу, відображають випромінювання в космос, варте 24 одиниць, а решта атмосферних частинок відображають інші 7. Отже, енергія, яка досягає землі безпосередньо чи опосередковано, є 47 одиниці; з яких різні компоненти земної поверхні відображають в середньому 4.
Поверхня Землі перетворює сонячну енергію на довгохвильове випромінювання - калорійність, яке, випромінюючись у космос, при температурі 15 градусів Цельсія відповідає 114 од; з яких, 109 Вони поглинаються водяною парою, вуглекислим газом та хмарами, нагріваючи таким чином нижні шари атмосфери. Це передбачає, що тропосфера нагрівається знизу, а не зверху, як ми могли подумати спочатку; це пояснення зниження температури з висотою в цьому початковому шарі атмосфери. Тому ми бачимо лише це 5 одиниці енергії, втрачені з земної поверхні, вилітають безпосередньо в космос.
Наша газоподібна оболонка також випромінює частину тепла, отриманого від землі, у космос., 57 одs, і повертається на землю іншим 96. Щоб завершити енергетичний баланс, ми повинні враховувати енергію, що виробляється у внутрішніх процесах нашої планети та в теплообміні між випаровуванням та конденсацією; з якими ми знаходимо інші 29 од. Крім того, якщо додати альбедо нашої планети, "відсоток енергії, що відбивається безпосередньо поверхнею Землі в космос", 35 одиниць, до енергії, втраченої космосом атмосферою, 65 одиниць, що дорівнює одержаній від Сонця 100 одиниць.
Illustr. 5. Глобальний енергетичний баланс. Джерело: Фернандо Льоренте Мартінес.
Давайте узагальнимо і одночасно перевіримо баланс у кожному з чотирьох регіонів, в яких відбувається обмін енергією:
Оскільки ми можемо переконатись, що немає втрат чи надходжень енергії, і завдяки всім цим природним фактам, тепловий баланс нашої планети можна підтримувати.
Примітка до оперативної пам'яті. Ця стаття є частиною другої у серії, яку робить Фернандо Льоренте. Попередній з’явився в оперативній пам'яті 6 грудня 2002 р. Обидва вони є частиною загального блоку, який з’явиться в цьому журналі.