Fernando Llorente Martínez - INM. A meteorológiai rejtvény fő oka a Nap és a Föld hozzá viszonyított mozgása.
RAM együttműködések
Cikk 2003 januárjától. Helyreállítva 2013 augusztusában
BEVEZETÉS
A meteorológiai rejtvény fő oka a Nap és a Föld hozzá viszonyított helyzetének mozgása. Emlékezünk arra, hogy bolygónkat két fő csillagászati mozgással ruházzák fel:
- Forgó mozgás, 24 órán belül, nyugatról keletre; a Nap és a többi égitest látszólagos ellentétes irányú mozgását okozza.
- Fordítási mozgalom a Nap körül, alig több mint 365 nap alatt. Ebben a mozgásban bolygónk egy kör alakú elliptikus pályát ír le, amelynek egyik fókuszában a Nap található. Amikor a legközelebb vagyunk hozzá - januárig - 147,7 millió kilométerre vagyunk, akkor ez perihelion; és a legtávolabbi pillanatban - július hónapjában - a távolság 152,2 millió kilométer, ez az aphelion.
Egy másik fontos pont a hajlam A Föld képzeletbeli tengelyének 23º 27 '-je az ekliptikához vagy a Nap körüli pályánkat képező síkhoz viszonyítva.
Mindezek a mozgások okozzák az évszakokat, a napok és az éjszakák egymásutánját és az ebből következő hőmérséklet-különbségeket bolygónk különböző pontjai között, ezáltal előidézve az összes meteorológiai jelenséget, amelyről tudunk.
Állomások
Gyerekek óta tudjuk, hogy az évnek négy évszaka van: tavasz, nyár, ősz és tél. Az első kettő azt a fél évet teszi ki, amelyben a napok hosszabbak, mint az éjszakák, míg a másik kettőben az éjszakák hosszabbak, mint az éjszakák.
Illustr. 1. Az állomások mechanizmusai. Forrás: Fernando Llorente Martínez.
A forgástengely dőlése miatt az évnek ez a négy felosztása nem egyszerre fordul elő mindkét féltekén, hanem egymáshoz képest megfordul; amikor itt például nyár van, a déli féltekén tél van.
Az évszakokat négy fő helyzet határozza meg, kettővel kettővel szemben szimmetrikusan, amelyeket a Föld foglal el a Nap körüli útja során, és amelyeket napfordulóknak és napéjegyenlőségnek neveznek. Az évszakok csillagászati kezdete akkor következik be, amikor bolygónk eléri ezen pontok egyikét, a tavasz a tavaszi napéjegyenlőségen, március 20-án vagy 21-én kezdődik, egészen a nyári napfordulóig, június 21-ig vagy 22-ig, a nyár kezdetének idejéig. a nap jobban megvilágítja félgömbünket, és több órányi fény van, amely az őszi napéjegyenlőségig tart - ugyanaz, mint a tavaszi napéjegyenlőségnél, a megvilágítás mindkét féltekén megegyezik, tizenkét óra fény és tizenkét sötétség - szeptember 23. vagy 24., az idény kezdetének dátuma, és végül, amikor elérjük a december 21-i vagy 22-i napot, a téli napfordulót, belépünk ebbe az évadba - amikor a legkevesebb órányi fényt élvezzük. Az ok, hogy az évszakok nem mindig egy időben kezdődnek, annak a zavaroknak tudható be, amelyeket a Föld a Nap körül forogva szenved.
Illustr. 2. A Föld helyzete a Naphoz képest a napfordulókon és napéjegyenlőségeken. Forrás: Fernando Llorente Martínez.
A 2. ábra LÁBA: Ez a három kép megmutatja a Föld helyzetét a Naphoz viszonyítva az év különböző szakaszaiban. Az A rajzon a "nyári napfordulón" vagyunk; az átlagos insoláció szélességi fokunkon 15 óra; az északi 53 ° -nál körülbelül 17 óra, az Északi-sarkon pedig 24 óra -6 fényhónap; míg a déli féltekén kezdődik a tél, az Antarktiszon 6 hónap sötétség. A B rajzon a "téli napfordulón" vagyunk; az átlagos napsütés szélességi körzetünkben körülbelül 9 óra; zsugorodik, amikor közelebb kerülünk az Északi-sarkhoz, ahol éjszaka van - 6 hónapos sötétség. A nyár a déli féltekén kezdődik, a déli sarkon pedig 6 hónapos fény kezdődik. Az utolsó C rajzon megvan a Föld helyzete a két napéjegyenlőségnél, tavasszal és ősszel. Az átlagos insoláció 12 óra minden földrajzi szélességen. A nyilak a napsugarakat ábrázolják.
Ennek a négy évszaknak nem ugyanaz az időtartama, főleg a Föld pályája miatt, mivel a Föld változó sebességgel haladja az utat a Nap körül, annál gyorsabban, minél közelebb van a Naphoz, és lassabban, annál tovább. Ez azt is okozza, hogy az egyes évszakok szigorúsága mindkét féltekén nem azonos. Bolygónk január elején áll közelebb a királycsillaghoz, mint június elején, és összességében - egyéb tényezőktől eltekintve - a féltekén a tél kevésbé hideg, mint a déli féltekén, a nyár pedig melegebb, mint a miénk.
NAPSUGÁRZÁS
Úgy gondolhatjuk, hogy a Nap bolygónk "motorja", mintha egy óriási magfúziós halom lenne, amely másodpercenként 700 millió tonna sebességgel hidrogént héliummá alakítana át, és hatalmas mennyiségű hőt bocsátana ki elektromágneses sugárzás formájában; amelynek a Föld hozzávetőlegesen megfelel 2 kalória négyzetcentiméterenként és percenként, ami az úgynevezett napállandó.
Illustr. 3. A napsugarak lejtése. Forrás: Fernando Llorente Martínez.
A 3. ábra PIE: A sugarak beesési szöge határozza meg a területegységenként kapott insolációt. A merőleges sugarak az A négyzetre koncentrálódnak, amely az egyenlítői zónákat ábrázolja; ugyanannyi energia oszlik el egyre nagyobb felületeken, ahogy a napsugarak ferdesége növekszik, vagyis a pólusok felé haladva.
Illustr. 4. A nap által melegített felület különbsége mindkét napfordulóban. Forrás: Fernando Llorente Martínez.
A 4. ábra LÁBA: Ez a másik ábra azt a dőlést ábrázolja, amellyel a napsugarak eljutnak a talajhoz egy pontban, amely a téli napforduló idején a középső szélességi fokokon helyezkedik el - a kép bal oldalán - ahol a sugarak dőlése maximális és kalóriatartalma a teljesítmény minimális, mivel azonos mennyiségű energia oszlik el nagyobb területen; és a nyári napfordulóban, ahol a sugarak nagyon közel állnak a merőlegességhez, és kisebb területen koncentrálódnak, sokkal nagyobb energiahozammal. Ebben az esetben, amelyben hivatkozunk, és az év két időszakában a fűtött terület télen 6-szor nagyobb, mint nyáron, ezért a kapott energia körülbelül 6 hónappal kevesebb.
A Nap által kibocsátott sugárzás rövid hullámú, az ultraibolyától az infravörösig terjedő spektrum középpontjában a látható része spektrum, ez az oka annak, hogy a legtöbb élőlény ekkora frekvencián látja a sugárzást. Ennek az áramlásnak egy részét elnyelik vagy visszaverik a légköri összetevők - ózon, vízgőz, felhők stb. -, egy másik részük pedig eléri a Föld felszínét. Amint ezt a bejövő energiát elnyeli a Föld légköre-felszíni rendszere, hőenergiává alakul; amely viszont szintén visszaküldik az űrbe, de hosszú hullámú sugárzás formájában, például infravörös sugárzás formájában. Ezt a sugárzást az emberi szem nem érzékeli, de a bőrünk érzi. Például, ha az elektromos fűtőberendezés ellenállása vörös forró, akkor infravörös és látható sugárzást is sugároz; De ha kikapcsoljuk, fokozatosan elveszíti a színét - a látható sugárzást -, de ha közelebb viszünk egy kezet, észrevesszük a hőt, mert továbbra is infravörös sugárzást bocsát ki.
GLOBÁLIS ENERGIAMÉRLEG
Mivel kiderült, hogy a föld-légkör rendszer hőmérséklete, körülbelül 15 Celsius fok, az utóbbi időben nem változott jelentősen; és mivel a Naptól kapott energia állandó, ezért bolygónknak ugyanannyi energiát kell elveszítenie, mint amennyi beérkezett.
Ez az energiacsere néven ismert űr-föld-légkör energiamérleg. Adjuk meg a légkörünket elérő rövid hullámú napsugárzás 100 egység értékét. A sztratoszférikus ózon, a vízgőz, a szén-dioxid és a felhők között abszorpció zajlik 18. egységek. A felhők viszont visszatükrözik a sugárzást az űrbe, érdemes 24. egységek, a többi légköri részecske pedig másokat tükröz 7. Ezért az az energia, amely közvetlenül vagy közvetve a földre jut, az 47 egységek; ebből a földfelszín különböző komponensei átlagosan 4-et tükröznek.
A Föld felszíne a napenergiát hosszú hullámú-fűtőértékgé alakítja, amely az űrbe kibocsátva 15 Celsius fokos hőmérsékleten megfelel 114 egység; amelyből, 109. A vízgőz, a szén-dioxid és a felhők felszívják őket, így felmelegítik a légkör alsó rétegeit. Ez azt feltételezi, hogy a troposzférát alulról, és nem felülről hevítik, mint azt elsőre gondolnánk; Ez a magyarázat a hőmérséklet és a magasság közötti csökkenésre ebben a kezdeti légköri rétegben. Ezért csak ezt látjuk 5. a föld felszínéről elveszett energiaegységek közvetlenül az űrbe szöknek.
Gázos burkolatunk a földről kapott hő egy részét is az űrbe sugározza., 57 egységs, és visszatér a földre más 96. Az energiamérleg teljesítéséhez figyelembe kell venni a bolygónk belső folyamataiban, valamint a párolgás és a páralecsapódás közötti hőcserében előállított energiát; amellyel másokat találunk 29. egységek. Továbbá, ha hozzáadjuk bolygónk albedóját, "a Föld felszíne által az űrbe közvetlenül visszavert energia százaléka", 35 egységekre, a légkör által a tér által elveszített energiára, 65 egység, amely megegyezik a Naptól kapott egységgel 100 egység.
Illustr. 5. Globális energiamérleg. Forrás: Fernando Llorente Martínez.
Összegezzük és egyidejűleg ellenőrizzük az egyensúlyt mind a négy régióban, ahol az energiacsere történik:
Amint láthatjuk, nincs energiaveszteség vagy -nyereség, és mindezen természeti tényeknek köszönhetően bolygónk hőegyensúlya fenntartható.
RAM megjegyzés. Ez a cikk a sorozat második része, amelyet Fernando Llorente készít. Az előző 2002. december 6-án jelent meg a RAM-ban. Mindkettő egy közös blokk része, amely ebben a folyóiratban jelenik meg.