6.3: Почніть з джерела - Земля обертається навколо Сонця

Last updated
Save as PDF

Page ID: 37945

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Сонячна радіація керує земною системою і робить можливим життя. Сонячне випромінювання поглинається, а потім використовується для підвищення температури поверхні, зміни фази води та палива хімії атмосфери. Нерівномірний розподіл сонячної радіації на поверхні Землі керує атмосферною динамікою.

2019-08-16 8.35.01 пнг — Орбіта Землі навколо Сонця. *Кредит:* *Національна служба погоди*

Загальна кількість сонячної енергії за одиницю часу та одиницю площі, яку також називають сонячним випромінюванням, становить 1361 Вт м ^—2 у верхній частині атмосфери (Stephens et al., 2012, Nature Geoscience 5, стор. 691). Він розподілений нерівномірно по поверхні Землі. Цей розподіл змінюється протягом сезонів (див. Наступні дві цифри). Пори року виникають насамперед з того, що вісь обертання Землі не перпендикулярна площині орбіти Землі навколо Сонця.

2019-08-16 8.36.15.png — Поточний нахил орбіти Землі. Більше сонячної радіації поглинається земною поверхнею поблизу екватора, ніж на високих широтах в результаті кривизни Землі. Кредит: Служба національних парків

Спін Землі і її орбіта навколо Сонця не постійні, а натомість змінюються з часом, як спінінг. Ексцентриситет орбіти (тобто, наскільки він відрізняється від кругової) змінюється з періодом 100 000 років. Нахил осі обертання Землі по відношенню до перпендикуляра від її орбіти, який називається її конусністю, змінюється від 22,1 ^о до 24,5 ^о протягом 41,000-річного циклу. В даний час він становить 23,4 ^o і зменшується. Нарешті, прецесія орбіти Землі, яка є орієнтацією осі обертання щодо орбітального положення Землі, також змінюється з періодом близько 26 000 років, хоча ексцентриситет орбіти також обертається навколо Сонця, так що ефективний період прецесії становить близько 21 000 років. Ці рухи, приймаючись разом, повільно і періодично змінюють розподіл сонячного опромінення на поверхні Землі і описуються Теорією Міланковича (див. Наступні дві цифри).

2019-08-16 8.37.32 PNG — Зміни орбіти Землі, які відбуваються з часом (зверху). Ексцентриситет (некругла форма) змінюється протягом 100 000 років (середина). Косовість (нахил осі обертання Землі) змінюється кожні 41 000 років (дно). Прецесія (конусність щодо положення на орбіті Землі) змінюється протягом циклу з періодом приблизно 20 000 років. Кредит: CO2CRC

Зміни орбіти та спина Землі - це не єдиний спосіб зміни сонячного опромінення - вихід енергії Сонця також змінюється. За останні 300 років він дещо збільшується (0,05— 0,10%) і змінюється ще на ~ 0,1% протягом 11-річного сонячного циклу. Ультрафіолетове (200—300 нм) опромінення збільшилося приблизно на 3% за останні 300 років і коливається на ~ 1,5% між сонячним максимумом та сонячним мінімумом. Цей підвищений УФ призводить до більшого виробництва стратосферного озону, що збільшує стратосферний нагрів, що призводить до полюсного зміщення стратосферного меридіонального вітру.

2019-08-16 8.49.49.png — Зміна сонячного випромінювання (тобто форсування) спостерігається в результаті зміни ексцентриситету, конусності та прецесії. Посилання на зледеніння складні, але розподіл сонячного випромінювання на Землі важливий для клімату. Кредит: Проект «Азимут»