沙漠中的极端温度变化和一些岛屿上的温度非常低。 物理解释。
撒哈拉沙漠、卡拉哈里沙漠或澳大利亚大沙漠等沙漠是一天内温度幅度非常大的地方。
虽然在像阿尔及利亚的贾内特这样的城市,撒哈拉烈日下的温度可以达到 XNUMX 度左右,但第二天晚上它会下降 XNUMX 度左右。
为什么有些地方,比如大洋中部的岛屿,昼夜温差不大,而有些地方,比如沙漠,温差那么大?
传导、对流和辐射
热传递以三种方式发生。 传导,对应于物质中的热量从高温到低温的传递,对流是与流体和辐射运动相关的热量传递,对应于受热体之间的电磁波传递。 要考虑热交换,还需要考虑热惯性,它表示材料储存热量的能力。
沙漠中的热平衡主要由辐射交换(与热辐射相关)主导。 在地球上,主要的能源来自太阳,太阳是一个表面温度为 6000°C 的物体,它会发出可见光范围内的辐射。
白天,在地球表面任何一点都没有云层覆盖的情况下,沙漠地面会接收和吸收来自太阳的热辐射。 像任何加热到常温的物体一样,加热的地面主要在红外线范围内发射,并向地球大气和天空辐射。 然而,如果地球大气层对可见辐射非常透明,那么红外辐射就不是这样了。 大气层阻止了其中一些辐射返回太空。 正是著名的温室效应使我们的星球的平均温度为 15°C,如果没有这种现象,则为 -18°C。 白天,太阳辐射的吸收量远大于地面通过大气的排放量,因此最终地面加热到十厘米的小厚度。 到了晚上,不再吸收太阳辐射,地面通过大气向天空冷却。
或多或少透明的气氛
大气的透明度取决于几个参数。 它取决于所考虑的辐射(可见光、红外线)、某些温室气体的浓度(CO2, 甲烷, 水蒸气), 它的厚度和云量。 因此,在红外线中,大气越干燥,大气越稀薄(例如在海拔高度),它就越透明。 相反,含有云的大气层实际上对红外辐射是不透明的。 在沙漠中,夏季的湿度可能会降至非常低的水平,低至相对湿度的百分之几。 在这些条件下,大气几乎是透明的,因此地面直接与温度仅比绝对零高几度的空间进行交换。 然后满足非常显着的辐射冷却的条件。
其他参数可以进一步增加这种现象。 首先,地面的热辐射取决于其成分。 因此,沙子和雪的排放量远远超过植被,尤其是构成平原和森林的植被。 另一方面,风的存在增加了空气与地面之间的交换。
然后,我们处于对流的热传递中。 如果在夜间空气变得比地面温暖,后者会使地面变暖,从而减少其冷却。 相反,没有风会减少对流传递,并导致非常有利的冷却条件。
此外,构成沙漠土壤的沙子具有较低的热惯性。 换句话说,加热到一定温度的沙子所储存的热量低于泥土、潮湿、混凝土或水等材料。 对于给定的冷却,储存的热量越少,热量的排出就越快,导致夜间温度突然下降。 因此,沙漠的低湿度、没有云层以及它们由具有低热惯性的高发射物质构成,这些都是夜间强烈降温和在这些空间中观察到的大热振幅的原因。
前面的考虑也可以解释每日热幅值可能非常显着的其他情况。 因此,侏罗山脉的 Mouthe (Doubs) 村保持着法国寒冷 (-36,7°C) 和每日热幅 (37,8°C) 的记录。 它在冬季位于白雪皑皑的高原上,使其成为在湿度非常低时向太空强烈发射的场所。 这种高原配置也更有利于没有风,这与山区城镇不同,不同海拔高度的温差会触发对流,从而减弱地面的冷却。
相反,像 Ouessant 这样每天经历不到一天霜冻的岛屿被认为是低热幅的地方。 Ouessant 的气候多风多云,地处海洋中部,海洋温度均匀,厚度大,热惯性大。 它的温度全天几乎没有变化。 最后,强夜间降温的条件(无风、晴朗的夜晚、低湿度和低热惯性)几乎从未满足。 所有这些限制辐射冷却的因素意味着岛屿上的温度以及更普遍地在海边的温度在一天中的变化比内陆要小得多。