我們對天氣冷暖的判斷,其實就是對氣溫高低的感知,氣溫的高低則是由空氣中所蘊含的熱量來決定的。大家都知道,地球上的光和熱都是來自于太陽,空氣中的熱量當然也來自于此,我們可以得出,對于地球上的某片固定區域來講,它吸收到的太陽輻射越弱,天氣就越冷。
相對地球而言,影響太陽輻射強度的主要有兩個因素,那就是地球與太陽之間的距離,以及太陽光的入射角度。我們先來分析一下距離這個因素,由于地球是沿着一個橢圓形的軌道圍繞着太陽公轉,因此在一年中的不同時刻,地球是太陽的距離是不一樣的,這不可避免地會對地球天氣造成一定程度的影響。
然而這個影響是幾乎可以忽略不計的,為什麼這麼說呢?看一下數據大家就明白了,地球與太陽的平均距離大約為1.5億公裡,而地球的近日點和遠日點分别為大約1.471億公裡和1.521億公裡,這兩者之間的距離差隻有大約500萬公裡而已,很明顯,如此小的距離變化對地球天氣所造成的影響,我們根本感覺不到(事實上,當地球與太陽最近的時候,也就是冬至,此時我們北半球正處于冬季)。
所以說影響地球天氣冷暖的就是太陽光的入射角度了,我們都知道,當一束光的入射角度是垂直于某個平面時,這個平面單位面積裡接收到的輻射是最高的,由此可以得出,太陽光在地球某個區域的垂直程度越高,這片區域受到的太陽輻射就越強,相應的天氣就越熱,反之亦然。
因為地球的自轉軸與黃道面(地球公轉軌道所處的平面)有一個傾角,所以在地球圍繞太陽運行時,太陽光在地球上的直射點就會周期性地在北回歸線和南回歸線之間移動,相應的地球表面各個區域的溫度就會出現周期性的冷暖變化,這就造成了地球上的一年四季。
令人困惑的是,冬至是太陽直射點最偏南的一天,這就意味着,冬至之後,太陽就向北半球回歸,按照以上規律,冬至應該是北半球最冷的那一天,在此之後,由于太陽輻射的逐漸增強,北半球的氣溫就會開始回升,但實際上我們所感受到的卻是,在冬至之後,天氣還會繼續變冷。那麼既然冬至是北半球太陽輻射最弱的一天,為何卻不是最冷的那一天呢?
我們先來了解一下太陽輻射是怎麼影響氣溫的,由于太陽光的波長較短,因此太陽輻射并不能有效地對空氣進行加熱,根據測量,太陽的直接輻射隻能将近地大氣層的溫度升高大約千分之二,而其餘的能量則被地球表面吸收。
在吸收了太陽輻射的能量後,地表的溫度就會升高,然後通過長波輻射、對流以及傳導等方式将熱量傳遞給空氣。在這個過程中,地球大氣層不會吸收地表散發出的全部熱量,有一部分熱量會散發到宇宙空間。
可以看到,盡管太陽輻射的強弱決定了天氣的冷暖,但它們之間的關系卻并不是機械對應的,這會有一個滞後性,而由于地球表面和大氣層都具有一定的保溫性,這種滞後性就會更加的明顯,在這種情況下,地表的能量變化就成了決定天氣冷暖的關鍵原因。簡單地講就是,在某段時間裡,地表獲取的能量小于其散失的能量,該區域就表現為降溫,反之則是升溫。
在冬至之後,雖然太陽向北半球回歸,北半球得到的太陽輻射逐漸增強,但是在随後的一段時間裡,北半球的地表依然是處于一個“獲取的能量小于其散失的能量”的狀态,于是該降溫還是得降溫,天氣還會繼續變冷。這樣的情形将一直持續2月份,當這個狀态逆轉的時候,北半球的天氣就越來越暖和了。
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