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| ミランコヴィッチメニューへ戻る 太陽輻射率、熱収支と温度 SOLAR RADIATION, HEAT BALANCE AND TEMPERATURE あなたの周りに空気を感じますか？ 私たちは巨大な空気の山の底に住んでいることを知っていますか？ 私たちは息を吸ったり吐いたりしていますが、空気が動いているときに感じます。つまり、動いている空気は風なのです。地球の周りが空気に包まれていることは、もうお分かりでしょう。この空気の包みは大気であり、多くのガスで構成されています。これらのガスは、地球の表面で生命を支えています。 地球は、そのエネルギーのほとんどすべてを太陽から受け取っています。 地球は、太陽から受け取ったエネルギーを宇宙に放出します。 その結果、地球は暖まることも、冷えることもありません。このように、地球の各部分が受ける熱量は同じではありません。そのため、大気中の圧力差が生じます。 これが、風によって、ある地域から別の地域へ熱が移動することになります。この章では、大気の加熱と冷却の過程と、それに伴う地表面の温度分布について説明します。太陽輻射 地球の表面は、そのエネルギーの大部分を短波長で受けています。 地球が受けたエネルギーは、入射太陽放射として知られており、これを略して日射と呼びます。地球は球体に似たジオイドであるため、太陽の光は大気の上部で斜めに降り注ぎ、地球は太陽のエネルギーのごく一部を吸収しています。平均して、地球は大気の上部で毎分1平方センチメートルあたり1.94カロリーを受け取っています。地球と太陽との距離の違いにより、大気の上部で受ける太陽エネルギーの量は1年でわずかに変化します。  図9.1. 夏至 太陽の周りを一周している間、地球は7月4日に太陽から最も遠い位置（1億5,200万km）にあります。この位置を遠日点といいます。1月3日には、地球は太陽に最も近い位置にある（1億4700万km）。この位置を近日点といいます。 そのため、1月3日に地球が受ける年間日射量は、7月4日に受ける日射量よりもわずかに多くなります。しかし、この太陽出力の変動の影響は、陸と海の分布や大気の循環などの他の要因によって隠蔽されてしまいます。したがって、この太陽出力の変動は、地表の日々の気象変化に大きな影響を与えるものではありません。 地表の日射量の変動 日射量や日射強度は、一日の中で、季節で、一年の中で変化します。日射量の変動を引き起こす要因としては、次のようなものがあります。地球の自転、②太陽の光の傾斜角度、③一日の長さ、④大気の透明度、⑤陸地の縦横比。しかし、最後の二つはあまり影響がありません。地球の軸が太陽の周りを回る平面に対して66½の角度を持っていることは、緯度の違いによる日射量に大きな影響を与えます。 日射量を決定する第二の要因は、光線の傾斜角度です。これは場所の緯度に依存します。緯度が高いほど、地表面との角度が小さくなり、結果として斜めの太陽線が発生します。垂直光線に覆われている面積は、常に斜線の面積よりも小さくなります。より多くの面積をカバーすれば、エネルギーが分散され、単位面積あたりに受ける正味のエネルギーは減少します。また、斜線は大気の深さを通過しなければならず、その結果、吸収、散乱、拡散が多くなります。 大気を通過する太陽放射の通過大気は短波の太陽放射に対してはほとんど透明です。大気中に入ってきた太陽光線は、地表に到達する前に大気中を通過します。大気中の水蒸気やオゾンなどのガスが近赤外線の大部分を吸収しています。これが空に色を与えています。地球表面の日射量の空間分布地表で受ける日射量は、熱帯では約320W/m2、極域では約70W/m2と様々です。赤道域は比較的日射量が少なく、雲が最も少ない亜熱帯砂漠で日射量が最大になります。 一般に、samelatitude で日射は海洋上より大陸上の多くである。冬には、中緯度と高緯度は夏よりも少ない日射を受ける。大気の加熱と冷却ここに大気の加熱と冷却の異なる方法があります。contactwith土地で空気がゆっくりと加熱され、下層と接触している上層もgetheated取得します。このプロセスは、2つのボディofunequal温度が1anotherと接触しているときに行われますconduction.Conductionと呼ばれ、そこにwarmertoからのエネルギーの流れがありますクーラーボディ。熱の移動は両方のボディが sametemperature を達成するか、または接触が壊れるまで続きます。 地球と接触している空気は、電流の形で加熱で垂直に上昇し、さらにattmosphere.The airは、さらにatmsphereの熱を送信します。エネルギーの対流的な移動は対流圏にのみ限られています。空気の水平移動は、鉛直移動よりも相対的に重要である。中緯度域では、日中の天気の変化のほとんどは移流だけである。熱帯地域、特にインド北部では、夏季に「ルー」と呼ばれる局所的な風が移流の結果として発生する。 地球の放射 地球が受けた日射は短波長の形をしており、地球の表面を加熱しています。地球自体が加熱された後の地球は放射体となり、長波の形で大気にエネルギーを放射します。このエネルギーは大気を下から温めます。このプロセスは、地上放射として知られています。長波放射は、大気中のガス、特に二酸化炭素や他の温室効果ガスに吸収されます。このようにして、大気は地球の放射によって間接的に加熱されます。大気は、その熱を放射して宇宙に伝えます。最後に太陽から受けた熱を宇宙に戻すことで、地表と大気の温度が一定に保たれています。地球の熱収支 図9.2は、地球の熱収支を表しています。地球全体では熱が蓄積されたり、失われたりすることはありません。温度を維持しているのです。  図9.2. 地球の熱収支 これは、日射という形で受けた熱量が、地球が地上から放射されて失った熱量と同じである場合にのみ起こります。大気の最上部で受けた日射量が100％であると考えてみましょう。大気中を通過する間に、ある量のエネルギーが反射し、散乱し、吸収されます。残りの部分だけが地表に届きます。地表に到達する前でも、約35単位のエネルギーが宇宙空間に反射して戻ってきます。そのうち、雲の上からの反射が27単位、雪や氷に覆われているところからの反射が2単位です。この反射された放射量を地球のアルベドといいます。 残りの65単位は、大気中で14単位、地表で51単位吸収されます。地球は51単位を地上の放射という形で返しています。このうち、宇宙に直接放射されるのは17単位、残りの34単位は大気に吸収される（大気に直接吸収されるのは6単位、対流・乱流によるものは9単位、凝縮潜熱によるものは19単位）。大気に吸収された48単位(日射による14単位+地上放射による34単位)も宇宙空間に戻ってきます。このように、地球と大気からの総放射量は、それぞれ17+48=65単位となり、太陽からの総放射量65単位のバランスが取れていることになります。 これが地球の熱収支と呼ばれるものです。これは地球の熱収支と呼ばれています。これは、地球が熱の移動をしているにもかかわらず、地球が暖まることも冷めることもない理由を説明しています。地表の熱収支の変化 先ほど説明したように、地表で受ける放射線の量にはばらつきがあります。地球の一部は放射収支が余剰で、他の一部は赤字となっています。 図9.3は、地球の正味の放射線収支（大気系）の緯度方向の変化を示したものです。この図を見ると、南北40度の間では正味の放射収支が余剰で、極付近では不足していることがわかる。熱帯からの余剰熱エネルギーは極域に再分配され、その結果、熱帯は余剰熱の蓄積によって徐々に加熱されなくなったり、高緯度地域は余剰熱のために永久に凍ってしまったりします。  図9.3. 純放射収支の緯度方向の変動 温度 大気や地表面と日射が相互作用して熱を発生させ、それを温度で測る。熱が物質を構成する粒子の分子運動を表しているのに対し、温度は物（場所）がどれだけ熱い（または冷たい）かを度数で表したものである。温度分布を支配する要因 任意の場所における空気の温度は、(i)その場所の緯度、(ii)その場所の高度、(iii)海からの距離、気団の循環、(iv)暖かい海流と冷たい海流の存在、(v)局所的な側面によって影響を受ける。緯度 . 場所の温度は、受信した日射に依存します。それは日射が緯度に応じて変化し、それ故に温度もそれに応じて変化することを以前に説明されています。高度。大気は間接的に下からの地上放射によって加熱されています。 したがって、海面近くの場所は、より高い標高に位置する場所よりも高い温度を記録します。言い換えれば、温度は一般的に高さの増加に伴って減少する。このように、標高が高くなるにつれて気温が下がる速度を「平年変化率」といいます。海からの距離：気温に影響を与えるもう一つの要因は、海からの距離です。陸地に比べて、海はゆっくりと加熱され、ゆっくりと熱を失います。陸地は早く温まり、早く冷える。したがって、海の上の温度の変化は陸地に比べて小さい。海の近くに位置する場所は、海風と陸地の風の緩和的影響を受けて温度を緩和します。 気団と海流 . 土地と海風のように、空気塊の通過はまた、温度に影響を与えます。暖かい気団の影響下に来る場所は、高温を経験し、冷たい気団の影響下に来る場所は低温を経験します。同様に、暖かい海流が流れている海岸に位置する場所は、冷たい海流が流れている海岸に位置する場所よりも高い温度を記録しています。気温の分布 1月と7月の気温分布を調べれば、世界の気温の分布がよくわかります。気温分布は、一般的に等温線を使って地図上に表示されます。等温線は温度が等しい場所を結ぶ線である。 図9.4(a)と(b)は1月と7月の表層気温の分布を示している。図 9.4(a)と(b)に 1 月と 7 月の地表面気温の分布を示す。この一般的な傾向からの逸脱は、特に北半球では７月よりも１月の方が顕著である。北半球では、南半球に比べて地表面積がはるかに大きい。したがって、陸域の質量と海流の影響が顕著である。月の等温線は、海面上では北に、大陸上では南に偏る。T  図 9.4 (a) : 1 月の表層気温の分布  図 9.4 (b) : 7 月の表層気温の分布  図9.5 : 1月から7月までの気温の推移 陸上では北緯 30°に沿ったアジアの亜熱帯大陸地域で 30℃以上の気温が見られます。北緯40度に沿って10℃の等温線が走り、南緯40度に沿って10℃になります。ユーラシア大陸の北東部では、最高気温が 60℃を超えています。これは大陸性によるものである。気温の反転 通常、気温は標高の上昇とともに低下します。これは正常な経過率と呼ばれています。時には、状況が逆転して、通常の経過速度が反転します。これを温度の逆転といいます。気温の反転は、通常は短時間ですが、それにもかかわらず、非常に一般的です。澄んだ空と静止した空気がある冬の夜の長い間は、逆転のための理想的な状況です。昼間の熱は夜の間に放射され、早朝の時間帯には地球は上空の空気よりも冷たくなります。極地の上では、気温の反転は一年を通して普通です。 地表の温度が逆転することで、大気の下層の安定が促進されます。煙や埃の粒子は、反転層の下に集められ、水平方向に広がって大気の下層を満たします。特に冬の季節には、朝に濃い霧が発生することがよくあります。この逆転現象は、太陽が昇り、地球を暖めるために存在するまで、一般的に数時間続きます。逆転は、空気の排水のために丘や山で行われます。夜間に発生した丘や山の冷たい空気は、重力の影響を受けて流れます。重くて密度が高いので、冷たい空気は水のような働きをして、斜面を下ってポケットや谷底に深く堆積し、上の暖かい空気と一緒になります。これは空気の排水と呼ばれています。これは、霜の被害から植物を保護します。プランクの法則は、体が熱いほど放射するエネルギーが多くなり、その放射の波長が短くなることを示しています。比熱とは、1グラムの物質の温度を1℃上げるのに必要なエネルギーのことである。 演習 1. 多肢選択問題。 (i) 6月21日の正午に太陽は真上にある。(a) 赤道 (c) 北緯23.5度 (b) 南緯23.5度 (d) 北緯66.5度 (ii) 次の都市のうち、日が最も長いのはどれか。(a)ティルヴァナントプラム (c)ハイデラバード (b)チャンディガル (d)ナグプル (iii)大気は主に、(a)短波放射によって加熱されている。(a) 短波の太陽放射 (c) 長波の地上放射 (b) 反射された太陽放射 (d) 散布された太陽放射 (iv) 次の 2 つの列から正しいペアを作りなさい。(i) 日射量 (a) 最も暖かい月と最も寒い月の平均気温の差 (ii) アルベド (b) 温度が等しい場所を結ぶ線 (iii) 等温 (c) 太陽放射 (iv) 年間の範囲 (d) 物体が反射する可視光の割合 (v) 地球が赤道ではなく北半球の亜熱帯で最も気温が高くなる主な理由は次のとおりである。(a) 亜熱帯地域は赤道地域に比べて雲が少ない傾向がある。(b) 亜熱帯地域は赤道地域よりも夏の日中の時間が長い。(c) 亜熱帯地域は赤道地域に比べて「温室効果」が高い。(d) 亜熱帯地域は赤道地域よりも海洋地域に近い。 2. 次の問いに30語程度で答えなさい。(i) 惑星地球上の熱の空間的・時間的な不均等な分布は、どのようにして気象や気候の変動を引き起こすのか。(ii) 地球表面の温度分布を支配している要因は何か。(iii) インドでは、なぜ日中の気温が最高になるのは5月で、夏至の後ではないのか。(iv) シベリア平原の年間の気温の範囲が高いのはなぜか。3. 次の問いに150語程度で答えなさい。地球の自転軸の緯度や傾きは、地表で受ける放射線量にどのような影響を与えているか。(ii) 地球-大気系が熱収支を維持している過程について述べなさい。地球の北半球と南半球の1月の気温分布を比較してみよう。 課題 自分の住んでいる市や町の近くにある気象台を選んでください。気象台の気候表に記載されている気温データを集計してください。(1) 気象台の高度、緯度、平均値を算出した期間をメモしておきなさい。(ii) 気温に関する用語を表の通りに定義する。(iii) 月平均気温の日平均値を求めよ。 (iv) 一日の平均最高気温、一日の平均最低気温、平均気温を示すグラフを描け。(v) 年間の気温の範囲を計算しなさい。(vi) 一日の気温の範囲が最も高く、最も低いのは何月かを調べなさい。(vii) その場所の気温を決める要因を挙げ、1月、5月、7月、10月の気温変動の原因として考えられることを説明しなさい。  年間の温度範囲 平均最高気温 5月の平均気温-1月の平均気温 年間の温度範囲＝32.75℃～14.2℃＝18.55 |