为什么早晨比晚上凉爽?

Question

在早上，谷歌显示四五个小时前(凌晨2点左右)的温度。但是当我更新报告时，我得到的温度比以前稍微低一些。

为什么凌晨2点的温度比早上7点的温度高?

Answer 1

地球一直在向太空辐射热量。但在白天，太阳会传递一些热量。然后将净热通量定义为这两个因素的总和。如果太阳传递的能量大于冷却速率，地球是净变暖的(正净通量——我们可以想象它就像热量“向我们”传播一样)，而相反的情况(冷却;负净通量——热量“散失”)。

白天，太阳温暖着地面，直到傍晚。太阳的加热速率大于冷却速率，所以温度一直上升，直到达到加热速率和冷却速率相同的一点。这发生在晚上，所以那个点的温度是稳定的。但是太阳更低，所以净通量变成负的。在夜间，地球只有降温，所以温度稳定下降，直到太阳足够高，与降温相平衡。这发生在最低温度点。

当然，这对大多数日子是有效的，但我们可以有一些其他的影响，可以改变最低温度的时间(云，锋面或平流，例如)。

图:

所以，在日落之后，温度在夜间下降，但在日出之后又上升。因此，早晨的温度是最低的。

---

附录为所有你喜欢的计算:

注:简化为玩具模型，没有气氛

地球的冷却速率可以用斯特凡-玻尔兹曼方程近似地给出:

$ $ j_Eσ= \ \ cdot T ^ 4 = 5.670 \ cdot 10 ^{8} \压裂{W} {m ^ 2 K ^ 4} \ cdot (288.15 K) ^ 4 = 390 \压裂{W} {m ^ 2} $ $

太阳在天顶的最大升温速率为$j_{\text{S max}}=1361 \frac{W}{m^2}$．所以，太阳在高空的升温速率\α美元是:$ $ j_S = j_{\文本{年代max}} \ cdot \罪{\α}= 1361 \压裂{W} {m ^ 2} \ cdot \{\α}$ $的罪

什么时候加热速率等于零?

$ $ 0 = j_S-j_E = 1361 \压裂{W} {m ^ 2} \ cdot \罪{\α}- 390 \压裂{W} {m ^ 2} $ $美元1361美元\压裂{W} {m ^ 2} \ cdot \罪{\α}= 390 \压裂{W} {m ^ 2} $ $$$\alpha = 17°$$

因此，根据我们的计算，最低温度是在海拔等于17°的时候。

Answer 2

你的问题有点问题。还有更精确的陈述，我们可能会认为你在问，例如，你可能会声称低潮发生在日出之后，并问为什么会这样。温度的一个非常基本的模型是它是时间的正弦函数，它是由太阳能强度驱动的，也被建模为时间的正弦函数(也就是说，净功率，当从地球辐射的热量减去来自太阳的热量时，被建模为正弦函数)。如果我们有太阳能P(t) = - cos(t)$午夜被认为是两者兼而有之的地方$ 0 $和2 \π美元，温度为T (T)美元在哪里$T'(T) = P(T)$，那么我们实际上有元新台币和$ P $被\π/ 2美元(也就是6个小时)彼此不一致。也就是求T (T)美元给了我们罪\美元,罪\ (t)美元等于$ P (t - \π/ 2)美元．

实际的方程式要复杂得多:太阳能不是正弦波，有热储效应，辐射冷却取决于当前温度，等等。最小值之间的实际位移取决于所有这些因素，但一般原则是强制函数而响应函数往往是反相的。