Значок сайта Журнал Африки

Почему ночью в жарких пустынях холодно?

Экстремальные колебания температуры в пустынях и очень низкие на некоторых островах. физические объяснения.

Пустыни, такие как Сахара, Калахари или великая австралийская пустыня, являются местом очень сильных температурных амплитуд в течение дня.

В то время как температура может достигать пятидесяти градусов под палящим солнцем Сахары в таком городе, как Джанет в Алжире, на следующую ночь она может упасть примерно на тридцать градусов.

Как получается, что в некоторых местах, например на островах посреди океана, температура почти не изменяется между днем ​​и ночью, а в других, например в пустынях, температурные колебания столь велики?

Проводимость, конвекция и излучение

Теплопередача происходит тремя способами. Кондукция, которая соответствует передаче тепла в веществе от высоких температур к низким, конвекция, которая представляет собой передачу тепла, связанную с движением жидкости и излучением, что соответствует передаче электромагнитных волн между нагретыми телами. Для учета теплообмена необходимо также учитывать тепловую инерцию, которая обозначает способность материала сохранять тепло.

В тепловом балансе пустынь преобладает радиационный обмен (связанный с тепловым излучением). На Земле основным источником энергии является Солнце — тело с температурой поверхности 6000°С, испускающее излучение в видимом диапазоне.

Днем, при отсутствии облачного покрова, как и в любой точке поверхности планеты, дно пустыни принимает и поглощает тепловое излучение Солнца. Как и всякое тело, нагретое до обычных температур, нагретая земля излучает преимущественно в инфракрасном диапазоне и излучает в сторону земной атмосферы и неба. Однако если земная атмосфера достаточно прозрачна для видимого излучения, то для инфракрасного излучения это не так. Атмосфера не позволяет части этого излучения вернуться в космос. Это известный парниковый эффект, который позволяет нашей планете иметь среднюю температуру 15°C, которая была бы -18°C в отсутствие этого явления. В течение дня поглощение солнечной радиации намного больше, чем излучение земли через атмосферу, так что в итоге земля нагревается до тонкой толщины в десять сантиметров. Ночью поглощение солнечной радиации больше не происходит и земля через атмосферу охлаждается к небу.

Более-менее прозрачная атмосфера

Прозрачность атмосферы зависит от нескольких параметров. Это зависит от рассматриваемого излучения (видимого, инфракрасного), концентрации некоторых парниковых газов (CO2, Метан, Водяной пар), его толщина и облачность. Таким образом, в инфракрасном диапазоне чем суше атмосфера и чем она тоньше (например, на высоте), тем она будет прозрачнее. Напротив, атмосфера, содержащая облака, практически непроницаема для инфракрасного излучения. Летом в пустыне влажность может упасть до очень низкого уровня, вплоть до нескольких процентов относительной влажности. В этих условиях атмосфера почти прозрачна, так что земля непосредственно обменивается с космосом, температура которого всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Тогда выполняются условия для очень значительного радиационного охлаждения.

Другие параметры могут еще больше усилить это явление. В первую очередь тепловыделение грунта зависит от его состава. Таким образом, песок и снег выделяют гораздо больше, чем растительность, в частности, образующая равнины и леса. С другой стороны, присутствие ветра увеличивает обмен между воздухом и землей.

Тогда мы имеем дело с передачей тепла конвекцией. Если ночью воздух станет теплее земли, то последняя согреет землю и, следовательно, уменьшит ее охлаждение. Наоборот, отсутствие ветра уменьшит перенос конвекцией и создаст очень благоприятные условия для охлаждения.

Кроме того, песок, составляющий почву пустыни, имеет относительно низкую тепловую инерцию. Другими словами, количество тепла, запасаемое песком, нагретым до определенной температуры, меньше, чем у такого материала, как земля, влага, бетон или вода. При заданном охлаждении чем меньше количество аккумулированного тепла, тем быстрее будет происходить отвод тепла, что приведет к резкому падению температуры в ночное время. Таким образом, низкая влажность пустынь, отсутствие в них облачного покрова и их строение из высокоэмиссионного материала с низкой тепловой инерцией обусловливают сильное ночное похолодание и большую тепловую амплитуду, наблюдаемую в этих пространствах.

Предыдущие соображения позволяют объяснить и другие ситуации, когда суточная амплитуда термика может быть очень значительной. Так, деревня Мут (Ду) в массиве Юра является рекордсменом по холоду (-36,7°С) и суточной амплитуде температур во Франции (37,8°С). Его расположение зимой на заснеженном плато делает его местом, которое сильно излучает в космос, когда влажность очень низкая. Эта конфигурация плато также более благоприятна для отсутствия ветра, в отличие от горных городов, где перепады температур на разных высотах вызывают конвекционные потоки, которые ослабляют охлаждение земли.

И наоборот, такие острова, как Уэссан, на которых бывает менее одного дня мороза в день, известны как места с низкой температурной амплитудой. Уэссан имеет очень ветреный, пасмурный климат и расположен посреди моря.Океан, температура которого однородна на большой толще, имеет высокую тепловую инерцию. Его температура практически не меняется в течение дня. В конце концов условия для сильного ночного похолодания (отсутствие ветра, ясная ночь, низкая влажность и малая тепловая инерция) почти никогда не соблюдаются. Все эти элементы, которые ограничивают радиационное охлаждение, означают, что температура на островах и в целом на побережье меняется в течение дня гораздо меньше, чем на суше.


Карл Жулен, профессор физики и энергетики, Университет Пуатье

Эта статья переиздана с Беседа под лицензией Creative Commons. Прочитайтеоригинальная статья.

Выйти из мобильной версии