日射で地面が暖まり空気へ伝わる順序を説明しよう

まず知る

このレッスンの役割と目標

このレッスンは「一日の気温変化」6レッスンの3番目です。前回、条件をそろえた連続観測を設計しました。今回は、なぜ気温は日の出後に上がり、太陽が最も高くなるころを過ぎても上がり続けることがあるのかを説明します。

中心となる順序は 日射 → 地面 → 地面近くの空気 です。太陽からのエネルギーはまず地面に多く吸収され、暖まった地面が接する空気へ熱を伝えます。空気は混ざりながら、地面付近から暖まります。

理解する

受熱と放熱の差を見る

正午ごろに太陽高度が最大になり、日射はその前後で強くなります。しかし、正午を少し過ぎても、地面が受け取る熱が失う熱より大きければ、地面の温度はまだ上がります。その熱が空気へ伝わるため、気温の最高時刻は太陽高度最大より遅れることが多いのです。

夕方、地面が受け取る熱より失う熱のほうが大きくなると、地面と空気の温度は下がります。夜間も地面は熱を失い続けるため、最低気温は日没直後ではなく、日の出前後になることが多くなります。

使う

状態から気温変化を予測する

「太陽が空気を直接暖めるから正午が最高」という説明は二か所ずれています。地面を通して空気が暖まる順序を省き、受熱と放熱の時間差も無視しています。

例えば12時から14時に太陽高度が下がり始めても、地面の受熱が放熱より大きければ気温は上昇できます。問われているのは日射の強さだけではなく、入る熱と出る熱の差です。

転用する

まとめと次へのつながり

初見の資料では、太陽高度、日射量、地表面温度、気温の最大時刻を順に並べます。一般に変化は同時ではなく、地面と空気へ伝わる時間のずれがあります。ただし、雲、風、雨、地面の種類で時刻は変わるため「毎日14時」と固定しません。

次は晴天と曇天の曲線を比べ、最高と最低の差である日較差を計算します。

理解チェック

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