Фернандо Льоренте Мартинес - INM. Основната причина за метеорологичния пъзел е Слънцето и движението на позицията на Земята спрямо него.

космиса

RAM Сътрудничество

Статия от януари 2003 г. Посетен през август 2013 г.

ВЪВЕДЕНИЕ

Основната причина за метеорологичния пъзел е Слънцето и движението на позицията на Земята спрямо него. Ние помним, че нашата планета е надарена с две основни астрономически движения:

  • Въртящо се движение, за 24 часа, като се провежда от Запад на Изток; причинявайки видимо движение на Слънцето и другите небесни тела в обратна посока.
  • Движение на превода около Слънцето, за малко повече от 365 дни. В това движение нашата планета описва елиптична орбита, почти кръгла, със Слънцето в един от фокусите. Когато сме най-близо до него - януари - сме на 147,7 милиона километра, това е перихелий; и в най-отдалечения момент - месец юли - разстоянието е 152,2 милиона километра, това е афелият.

Друг важен момент е наклон 23º 27 'от въображаемата ос на въртене на Земята по отношение на еклиптиката или равнината, която формира нашата орбита около Слънцето.

Всички тези движения причиняват сезоните, последователността на дните и нощите и произтичащите от това разлики в температурата между различните точки на нашата планета, пораждащи всички метеорологични явления, за които знаем.

СТАНЦИИ

Още от деца знаем, че годината има четири сезона: пролет, лято, есен и зима. Първите две съставляват половин година, в която дните продължават по-дълго от нощите, докато при другите две нощите са по-дълги от дните.

Illustr. 1. Механизми на станциите. Източник: Фернандо Льоренте Мартинес.

Поради наклона на оста на въртене, тези четири разделения на годината не се срещат едновременно в двете полукълба, а са обърнати един спрямо друг; когато тук например е лято, в южното полукълбо е зима.

Сезоните се определят от четири основни позиции, противопоставени на две по две симетрично, които Земята заема по време на пътуването си около слънцето и които се наричат ​​слънцестоене и равноденствие. Астрономическото начало на сезоните настъпва, когато нашата планета достигне една от тези точки, пролетта започва през пролетното равноденствие, на 20 или 21 март, като продължава до лятното слънцестоене 21 или 22 юни, времето на началото на лятото. слънцето осветява повече нашето полукълбо и има повече часове светлина, които ще продължат до есенното равноденствие - същото като при пролетното равноденствие, осветеността е еднакво и в двете полукълба, дванадесет часа светлина и дванадесет тъмнина - септември 23 или 24, датата на началото на този сезон и, накрая, когато достигнем деня на 21 или 22 декември, зимното слънцестоене, ние ще навлезем в този сезон - който е, когато се радваме на най-малко светлинни часове-. Причината, поради която сезоните не винаги започват в един и същ момент, се дължи на смущения, понесени от Земята, докато се върти около Слънцето.

Illustr. 2. Положение на Земята по отношение на Слънцето при слънцестоенията и равноденствията. Източник: Фернандо Льоренте Мартинес.

КРАК на илюстрация 2: Тези три изображения ни показват положението на Земята спрямо слънцето по различно време на годината. На рисунка А ние сме в „лятното слънцестоене“; средната инсолация в нашата географска ширина е 15 часа; на 53º север, около 17 часа и на Северния полюс, 24 часа -6 светлинни месеца-; докато в Южното полукълбо започва зимата, 6 месеца тъмнина в Антарктида. На чертеж Б сме на „зимното слънцестоене“; средната инсолация в нашата географска ширина е около 9 часа; свивайки се, когато се приближаваме до Северния полюс, където е нощта - 6 месеца тъмнина. Лятото започва в Южното полукълбо, а 6 месеца светлина започва на Южния полюс. В последния чертеж С имаме положението на Земята в двете равноденствия, пролетта и есента. Средната инсолация е 12 часа във всички географски ширини. Стрелките представляват слънчевите лъчи.

Тези четири сезона нямат еднаква продължителност, главно поради орбитата на Земята, тъй като Земята обикаля пътя си около Слънцето с променлива скорост, толкова по-бързо, колкото по-близо е до Слънцето и по-бавно, толкова по-далеч. Това също води до това, че строгостта на всеки сезон не е еднаква и в двете полукълба. Нашата планета е по-близо до кралската звезда в началото на януари, отколкото в началото на юни и като цяло, освен други фактори, зимата в нашето полукълбо е по-малко студена, отколкото в южното полукълбо, а лятото в нея е по-горещо, отколкото в нашата.

СЛЪНЧЕВА РАДИАЦИЯ

Можем да считаме, че Слънцето е „двигателят“ на нашата планета, сякаш е гигантска купчина от ядрен синтез, преобразуваща водород в хелий със скорост от 700 милиона тона всяка секунда и излъчваща огромно количество топлина под формата на електромагнитно излъчване; от които Земята съответства приблизително на енергия от 2 калории на квадратен сантиметър и на минута, което е така наречената слънчева константа.

Illustr. 3. Наклон на слънчевите лъчи. Източник: Фернандо Льоренте Мартинес.

PIE на илюстрация 3: Ъгълът на падане на лъчите определя получената слънчева изолация за единица площ. Перпендикулярните лъчи са концентрирани в квадрат А, който представлява екваториалните зони; същото количество енергия се разпределя върху все по-големи и по-големи повърхности, тъй като наклонът на слънчевите лъчи се увеличава, тоест докато се движим към полюсите.

Illustr. 4. Разлика на повърхността, нагрята от слънцето и в двете слънцестоения. Източник: Фернандо Льоренте Мартинес.

КРАК на илюстрация 4: Тази друга илюстрация представлява наклонът, с който слънчевите лъчи достигат до земята в точка, разположена в средните ширини по време на зимното слънцестоене - лявата страна на изображението -, където наклонът на лъчите е максимален и неговата калоричност мощността е минимална, тъй като същото количество енергия се разпределя в по-голяма площ; и през лятното слънцестоене, където лъчите са много близки до перпендикулярността и са концентрирани в по-малка площ, с много по-висок енергиен добив. В този случай, в който се отнасяме и за тези два периода от годината, отопляемата площ е 6 пъти по-голяма през зимата, отколкото през лятото, следователно получената енергия е приблизително 6 месеца по-малко.

Излъчваната от Слънцето радиация е късовълнова, със спектър, вариращ от ултравиолетова до инфрачервена, съсредоточена върху видима част спектър, това е причината, поради която повечето живи същества виждат радиация с тази честота. Част от този поток се абсорбира или отразява от атмосферните компоненти - озон, водна пара, облаци и т.н. - а друга част достига земната повърхност. След като тази входяща енергия се абсорбира от земната атмосфера-повърхностна система, тя се трансформира в топлинна енергия; което от своя страна също се изпраща обратно в космоса, но под формата на дълги вълни, например инфрачервено лъчение. Това излъчване не се открива от човешкото око, но може да се усети от нашата кожа. Например, когато съпротивлението на електрически нагревател е горещо, то ще излъчва както инфрачервено, така и видимо лъчение; Но когато го изключим, той постепенно ще загуби цвета си - видимо излъчване - но ако приближим ръка, ще забележим топлината, защото продължава да излъчва инфрачервено лъчение.

ГЛОБАЛЕН ЕНЕРГИЕН БАЛАНС

Тъй като е установено, че температурата на системата земна атмосфера, около 15 градуса по Целзий, не се е променила значително през последните времена; и тъй като енергията, получена от Слънцето, е константа, нашата планета трябва да загуби равно количество енергия като получената.

Този енергиен обмен е известен като енергиен баланс пространство-земя-атмосфера. Нека дадем на слънчевата радиация с къса вълна, достигаща нашата атмосфера, стойност от 100 единици. Между стратосферния озон, водната пара, въглеродния диоксид и облаците има абсорбция на 18. единици. Облаците от своя страна отразяват радиацията в космоса, струва си 24 единици, а останалите атмосферни частици отразяват други 7. Следователно енергията, която достига до земята, пряко или косвено, е 47 единици; от които различните компоненти на земната повърхност отразяват средно 4.

Повърхността на Земята трансформира слънчевата енергия в излъчване с дълги вълни -калорична-, което при излъчването й в космоса, при температура от 15 градуса по Целзий, съответства на 114 единици; от които, 109 Те се абсорбират от водни пари, въглероден диоксид и облаци, като по този начин загряват долните слоеве на атмосферата. Това предполага, че тропосферата се загрява отдолу, а не отгоре, както бихме могли да мислим в началото; това е обяснението за намаляването на температурата с височина в този първоначален атмосферен слой. Следователно виждаме само това 5 единици енергия, загубени от земната повърхност, избягват директно в космоса.

Нашата газообразна обвивка също излъчва в космоса част от топлината, получена от земята., 57 единициs, и се връща на земята друго 96. За да завършим енергийния баланс, трябва да вземем предвид енергията, произведена във вътрешните процеси на нашата планета и в топлообмена между изпаряване и кондензация; с които намираме други 29 единици. Освен това, ако добавим албедото на нашата планета, "процент на енергия, отразена директно от повърхността на Земята в космоса", 35 единици, към енергията, загубена в космоса от атмосферата, 65 единици, равни на получените от Слънцето 100 единици.

Illustr. 5. Глобален енергиен баланс. Източник: Фернандо Льоренте Мартинес.

Нека обобщим и в същото време проверим баланса във всеки от четирите региона, в които се извършва енергийният обмен:

Както виждаме, няма загуба или печалба на енергия и благодарение на всички тези природни факти, топлинният баланс на нашата планета може да се поддържа.

Бележка за RAM. Тази статия е част от втората от поредицата, която Фернандо Льоренте прави. Предишната се появи в RAM 6 декември 2002 г. И двете са част от общ блок, който ще се появи в това списание.