لماذا تتغير درجة حرارة الهواء أثناء النهار؟

درجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي لهما تغيرات يومية دورية وبالتالي فإن توزيع درجة حرارة يتغير أيضًا بشكل دوري.

في الأيام المشمسة يكون للتنوع اليومي لدرجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي ودرجة حرارة لها أنماط معينة ويظهر التباين النموذجي لدرجة حرارة الرصيف اليومية ودرجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي في الشكل 2.5 أ.

في الظروف الجوية الأخرى يكون نمط التنوع اليومي لدرجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي ودرجة حرارة الرصيف معقدًا للغاية.

على سبيل المثال: في سيناريو هطول الأمطار لفترة وجيزة في فترة ما بعد الظهيرة يظهر التباين في درجة الحرارة اليومية ودرجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي في الشكل 2.5 ب.

درجة الحرارة

درجة الحرارة هي مقياس طاقة الجزيئات في مادة ما، كلما زادت سخونتهم كلما تحركوا أكثر.

ويتم التحكم في درجة حرارة سطح الأرض بشكل أساسي عن طريق التسخين الشمسي الذي يتم عند الفجر ثم ينتهي عند غروب الشمس.

وخلال النهار العادي يسخن السطح ويبرد أثناء الليل، تحدث استثناءات لهذا أثناء أحداث الرياح غير العادية حيث يتحرك الهواء الدافئ أو البارد فوق السطح. التغيرات في حرارة السطح أو تبريد الهواء أعلاه مما يؤدي إلى حركة الهواء (الرياح).
توفر الشمس تدفقًا ثابتًا ملحوظًا للطاقة ويُطلق عليه أحيانًا اسم الثابت الشمسي من قبل العلماء إلى الغلاف الجوي الخارجي ويمتص هذا التدفق وينتقل ويتناثر في الغلاف الجوي أدناه ثم ينعكس الجزء المرسل أو يمتص أو يتشتت.

لماذا تتغير درجة حرارة الهواء خلال النهار؟

في الظروف المشمسة تحدث أعلى درجة حرارة للهواء عادةً بين الساعة 12:00 و 14:00 وعادةً ما تحدث أدنى درجة حرارة للهواء بين الساعة 04:00 والساعة 06:00.

لذلك فإن الوقت المطلوب لارتفاع درجة حرارة الهواء من أدنى درجة حرارة إلى أعلى درجة حرارة هو أقل من 10 ساعات ، ولكن الوقت المطلوب لارتفاع درجة حرارة الهواء من الأعلى إلى الأدنى هو أكثر من 14 ساعة.

وفي غضون ساعتين إلى أربع ساعات بعد شروق الشمس ترتفع درجة حرارة الهواء بشكل أسرع، حوالي ساعة واحدة قبل غروب الشمس ، تنخفض درجة حرارة الهواء بشكل أسرع.

ويصل الإشعاع الشمسي عادة إلى ذروته عند الظهيرة، تكاد تكون عملية الزيادة والنقصان في الإشعاع الشمسي متناظرة ، ولكن في الظروف الجوية الأخرى ستتأثر درجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي بعدة عوامل وتكون أكثر تعقيدًا في تنوعها.
بشكل عام فإن اختلاف درجة الحرارة مشابه للتغير في درجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي، قد تتسبب هذه العوامل في تأثيرات عابرة على درجة حرارة سطح الرصيف بحيث تتزامن تبايناتها تقريبًا مع درجة حرارة الهواء.

وعندما توصل الطاقة الحرارية نفسها إلى عمق في هيكل الرصيف فقد يستغرق الأمر بعض الوقت ولا يمكن أن يحدث مرة واحدة، لذلك لا يمكن أن ينعكس التباين العابر في درجة حرارة الهواء أو العوامل البيئية الأخرى على الفور في الجزء السفلي من طبقة الإسفلت.

وسيزداد الوقت الفاصل بين درجات الحرارة عند عمق معين مع العوامل البيئية مع العمق، لذلك فإن تأثير العوامل البيئية على توزيع درجة الحرارة في طبقة عميقة له خصائص متأخرة كبيرةفي حين أن التأثير على توزيع درجة الحرارة عند أي عمق له خصائص تراكم كبيرة.

باختصار: لا يتأثر توزيع درجة الحرارة في وقت معين فقط بدرجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي في الوقت الحالي ولكنه ينعكس أيضًا من خلال الجهود المشتركة لدرجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي خلال فترة زمنية سابقة.

وانخفاض تأثير العوامل البيئية على درجة حرارة سيكون تباين التقلبات اليومية في درجة حرارة الرصيف عند هذا العمق أقل وأقل أهمية

سطح الأرض

يتكون سطح الأرض من 71٪ ماء و 29٪ أرض، هناك اختلافات كبيرة في الطريقة التي تسخن بها الشمس الماء والأرض ويتمتع الماء بسعة حرارية أعلى (~ 4x) وهي كمية الحرارة (المقاسة بالسعرات الحرارية) المطلوبة لتغيير درجة الحرارة بدرجة واحدة (مئوية).

وتتغير درجة حرارة سطح الماء بسرعة أقل بكثير من درجة حرارة الأرض، لذلك غالبًا ما تكون مناطق اليابسة أكثر سخونة من المحيط القريب أثناء النهار ، وأكثر برودة أثناء الليل.

وإن التسخين الشمسي لسطح الأرض غير متساوٍ لأن حرارة الأرض أسرع من الماء وهذا يتسبب في تدفئة الهواء والتوسع والارتفاع على الأرض بينما يبرد ويغرق فوق أسطح الماء الأكثر برودة.

يكون الاحترار الشمسي بشكل عام أكبر عند خط الاستواء حيث تشرق الشمس مباشرة وأقل بكثير في القطبين حيث تكون الشمس منخفضة في السماء. الأسطح التي تكون متعامدة مع مسار شعاع الشمس تسخن بسرعة أكبر من الأسطح التي تكون بزاوية.

ويتم تمرير هذا التسخين التفاضلي إلى الهواء أعلاه عن طريق التوصيل الذي يتسبب في تمدد الهواء وتغيرات في الضغط، الرياح هي نتيجة تغيرات الضغط في الغلاف الجوي. أي خط ساحلي هو آلة رياح ، بسبب تأثيرات التسخين الشمسي.
على مدار العام تكون المناطق القطبية باردة والمناطق الاستوائية دافئة أو ساخنة، يتحرك الهواء بسبب هذه الاختلافات حيث يتمدد حيث يكون الجو حارًا ويتقلص حيث يكون الجو باردًا. تهب الرياح من مناطق الضغط العالي إلى مناطق الضغط المنخفض.