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4.1 大气温度
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也许,关于天气的最基本问题就是:“为什么各地温度各不相同?”要回答这个问题,需要讨论许多概念来帮助我们专注于地球表面热量聚集的方式。
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来自太阳的能量,称为“太阳能”,这些能量主要在地球表面转变成热,然后进入大气层。并不是地球的每一部分,或者它上空的大气层都接受同样数量的太阳能。任一给定地点,所得到的太阳辐射量——日射(insolation), 受控于来自太阳的辐射强度和时间。它们取决于太阳光线射到地球的角度和白天日照的时数。这2个基本因素,加上以下5个变量,决定了任何给定位置的温度:
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空气中的水汽量;
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云量(或总的覆盖度);
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地球表面的类型(陆地或水);
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海拔高度;
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空气运动的强度和方向。
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下面将简述这些因素。
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地轴倾斜
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地球的轴——假想的南北极连线,总是处于同样的位置。它倾斜于铅垂线约23.5°(图4.2)。地球每24小时绕地轴自转一圈,如图4.3所示。地球自转的同时,又每年沿着近似圆形的轨道环绕太阳缓慢地公转(图4.4)。如果地球不是偏离铅垂线而倾斜,那么在一年的公转过程中,在给定纬度上所接受的太阳能是没有变化的。太阳光线将直射赤道。随着太阳离赤道的距离增大,射向地球的太阳光线的角度也在增大,因此减小了太阳能的强度,并使气候产生了随纬度变化的规律性变化(图4.5和图4.6)。
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图 4.2 地球相对于太阳的位置变化。图为北半球在夏季的位置(即南半球在冬季的位置)。
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图 4.3 地球24小时绕轴自转的过程。
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图 4.4 地球每年绕太阳公转的过程。太阳距离地球大约1.496×108千米,在图中未按比例画出,太阳的体积要比地球大得多。
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图 4.5 注意下方的两个图,当地球旋转时,北极区在6月份沐浴于24小时阳光照射下,而南极区处于黑暗状态。赤道以北在6月经受的太阳光线最强烈,而赤道以南是在12月。上方两个地轴不倾斜的图中则不存在这种情况。
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