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地球一直在圍繞著太陽公轉(zhuǎn)，由于地球的公轉(zhuǎn)軌道并不是一個(gè)完美的正圓，而是一個(gè)有點(diǎn)“扁”的橢圓，因此地球與太陽的距離就會出現(xiàn)有規(guī)律的變化。 具體點(diǎn)講就是，每年1月初，地球會運(yùn)行到離太陽最近的“近日點(diǎn)”，在此之后，地球與太陽的距離會逐漸拉長，直到7月初地球運(yùn)行到離太陽最遠(yuǎn)的“遠(yuǎn)日點(diǎn)”，接下來，地球與太陽的距離又會逐漸縮小，直到再次抵達(dá)“近日點(diǎn)”，如此周而復(fù)始。
這樣的情況不免會令人疑惑，按理來說，離太陽越遠(yuǎn)地球就應(yīng)該越冷，然而實(shí)際情況卻是，當(dāng)我們正在過盛夏時(shí)節(jié)的時(shí)候，地球離太陽更遠(yuǎn)，天氣卻更熱，這是什么道理呢？下面我們就來聊一下這個(gè)話題。 已知地球在“近日點(diǎn)”與“遠(yuǎn)日點(diǎn)”與太陽的距離分別約為1.47億公里和1.52億公里，根據(jù)平方反比定律可知，這種情況會造成地球接收到的太陽輻射出現(xiàn)幅度約為7%的變化。 如果只考慮距離變化，確實(shí)離太陽越遠(yuǎn)地球就應(yīng)該越冷，然而影響地球冷熱程度的因素，并不是只有這一種，相比之下，還有一種因素的影響還要強(qiáng)得多，是什么呢？答案就是太陽光在地球表面的入射角度。 想象一個(gè)場景，你有一個(gè)手電筒，現(xiàn)在你打開它，讓其光束照射在墻面上形成一個(gè)光斑，此時(shí)你就會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)手電筒的光束垂直于墻面時(shí)，其形成的光斑面積最小，亮度最高，而當(dāng)你慢慢地把光束傾斜，讓光束斜著射向墻面，光斑的面積就會增大，但其亮度卻會變小。
為什么會這樣呢？原理其實(shí)很簡單，那就是光束垂直入射時(shí)，光線集中在了最小的面積上，因此光斑的單位面積上接收到的能量最多，而傾斜照射時(shí)，光線就被分散到更大的面積上，光斑的單位面積所接收到的能量就會降低，并且傾斜度越高，接收到能量就越低。 實(shí)際上，地球表面接收到的太陽輻射強(qiáng)度，也同樣遵循這個(gè)原理，我們可以將其簡單地理解為，地球表面被太陽光直射的區(qū)域，其單位面積接收到的太陽能量最高，而如果太陽光是傾斜的，其單位面積接收到的太陽能量就會降低，傾斜度越高，接收到的能量就越低。 重要的是，地球的自轉(zhuǎn)軸相對于其公轉(zhuǎn)軌道所在的平面（也就是所謂的“黃道面”），有一個(gè)大約23.5度的傾角，這就使得太陽光在地球表面的直射區(qū)域并不是固定的，而是會在一個(gè)特定的緯度范圍內(nèi)周期性的來回移動，這個(gè)緯度范圍的最北邊和最南邊，就是分別位于地球北半球和南半球的“北回歸線”和“南回歸線”，移動的周期則為一年。
所以太陽光直射區(qū)域的這種“來回移動”，就會造成北半球和南半球接收到的太陽輻射強(qiáng)度出現(xiàn)周期性的變化，這種變化的幅度，其實(shí)可以通過一個(gè)簡單的公式“I = I0 x sin(h)”來進(jìn)行計(jì)算，其中的I、I0、h分別代表太陽光當(dāng)前的輻射強(qiáng)度、太陽光垂直入射時(shí)的輻射強(qiáng)度以及太陽當(dāng)前的高度角（指正午高度角，下同），sin表示正弦函數(shù)。 以北回歸線所在區(qū)域?yàn)槔?dāng)太陽光直射區(qū)域位于這里時(shí)，其單位面積接收到的太陽輻射強(qiáng)度最高，而當(dāng)太陽光直射區(qū)域移動到南回歸線時(shí)，其單位面積接收到的太陽輻射強(qiáng)度最低，而此時(shí)太陽的高度角約為43度，將其代入上述公式可計(jì)算出，此時(shí)這里單位面積接收到的太陽輻射強(qiáng)度，只有其最高時(shí)的大約68%，變化幅度約為32%。
但這還沒完，因?yàn)楸被貧w線的緯度約為23.5度，而從上述公式可以看到，在更高的緯度上，這種變化幅度還會進(jìn)一步增大。 除此之外，當(dāng)太陽光直射區(qū)域位于北半球時(shí)，其在北半球照射到的經(jīng)度范圍就會比其他時(shí)段更大，這就會導(dǎo)致北半球的白天變得更長，黑夜更短，使得北半球被太陽“烘烤”的時(shí)間更長，進(jìn)而累積更多的熱量。所以綜合算下來，整個(gè)北半球的這種變化幅度可以達(dá)到大約50%。 一個(gè)是大約7%的變化幅度，另一個(gè)是大約50%的變化幅度，哪個(gè)是決定地球冷熱程度的“大佬”，已經(jīng)不言而喻了。 所以問題的答案就是，“盛夏時(shí)節(jié)，地球離太陽更遠(yuǎn)，天氣卻更熱”，其實(shí)是生活在北半球的我們特有的感受。  在這段時(shí)期，太陽光直射區(qū)域位于北半球，這使得我們這里單位面積接收到的太陽輻射強(qiáng)度處于全年的峰值區(qū)域，盡管此時(shí)地球離太陽更遠(yuǎn)，但一年中最強(qiáng)烈且持續(xù)時(shí)間最長的太陽輻射，仍然給我們帶來了炎熱的夏季。 據(jù)此我們也可以看到，南半球的季節(jié)與我們北半球是相反的，也就是說，當(dāng)我們在過夏季的時(shí)候，南半球的人們其實(shí)是在過冬季。 |
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