Сколько сезонов сменится в течение года. Почему на Земле наступает зима и лето: причины смены времен года на Земле. Смена погоды по адресу: орбита планеты Земля
Смена времён года – природное явление, к которому мы относимся как к совершенно обыденной вещи, но, тем не менее, этот процесс обусловлен самыми что ни на есть глобальными астрофизическими «катаклизмами». Мы не можем их заметить даже вооружённым глазом, как, например, затмение Солнца, и всё-таки они есть.
Если говорить упрощённо, то времена года – это периоды, на которые можно разделить годовой цикл. Причём это разделение достаточно условно – ведь не существует в погодном и климатическом смысле совершенно чёткой границы смены сезонов. Например, основными характеристиками зимы являются холод и снег (для средней полосы России, к примеру). Однако в марте иногда бывает гораздо более холодно и снежно, чем в январе. Неспроста существует поговорка: «пришёл марток – одевай трое порток». Так что когда мы говорим о смене времён года, то мы должны понимать, о чём именно говорим. Условно говоря, времена года разделяются по способу их определения. А этих способов несколько.
Автор фото, представленного выше, делал снимки одного и того же места каждый день в течение года. Результат собран в одном фото – условно, каждая вертикальная линия соответствует одному календарному дню. Наглядно, не правда ли?
Наиболее привычным для нас является определение годовых циклов по календарю. Это самое условное деление, придуманное человеком исключительно для удобства. Названия месяцев и их начало носят условный характер, в разных календарях оно определено, скажем так, схематично. Достаточно вспомнить разницу между (которым мы сейчас пользуемся) и юлианским календарём. Последний был в ходу до революции 1917 года. И им до сих пор пользуется православная церковь. По григорианскому календарю смена времён года происходит примерно на 13 дней позже. Кто застал советские времена, помнит, что мы праздновали День Октябрьской (!) Революции 7 ноября, хотя случилась она на самом деле 25 октября.
Кстати говоря, деление на 4 сезона (в каждом по 3 месяца) принято у большинства народов мира, но далеко не у всех. Например, в саамском календаре восемь сезонов, а у индусов – шесть.
Астрономический способ определения времени года – менее условный и не зависящий от человека. При астрономическом способе определения лета, осени, зимы и весны, за точку отсчёта берутся не конкретные даты в календаре, а моменты времени, в которые происходят солнцестояния и равноденствия. В моменты солнцестояния начинаются зима и лето, а в моменты равноденствия – весна и осень. Так, например, в 2015 году зима началась 22 декабря (2014 года) в 4:48 утра, весна – 20 марта в 22:45, лето – 21 июня в 16:38, а осень – 23 сентября в 8:20 утра. Очевидно, что с точки зрения погодных условий, это больше похоже на правду.
Почему происходят циклические изменения климата
Основная причина смены времён года известна – сезоны меняются из-за того, что Земля имеет наклонную ось. Вследствие этого, в разные моменты времени наша планета получает разное количество тепла и солнечного света в разных широтах.
С 22 сентября по 21 марта Земля находится в таком положении относительно Солнца, что её северное полушарие обращено к звезде меньшую часть суток и солнечные лучи падают под меньшим углом, соответственно, меньше прогревается солнечным светом. В Южном же полушарии в это время всё как раз наоборот. Проходит полгода, и наша планета перемещается уже на обратную точку своей орбиты. И опять же, из-за наклона оси уже Северное полушарие гораздо больше времени обращено своей поверхностью к Солнцу, а, следовательно, получает больше тепла. Вот, собственно, так и происходит смена времен года.
Объяснить студентам причину смены на Земле времен года - это, наверное, самая сложная задача для любого преподавателя астрономии. Как бы преподаватель ни старался объяснить, что смена времен года никак не связана с тем, насколько далеко Земля находится от Солнца, многие или даже большинство студентов в это не верят. Проведенные опросы показали: даже выпускники Гарвардского университета думают, что лето - это когда Земля находится ближе всего к Солнцу, а зима - когда Земля дальше всего от Солнца.
При этом студенты забывают, что, когда в Северном полушарии лето, в Южном полушарии - зима. И когда в Австралии лето, в России - зима. Но и Австралия, и Россия находятся на одной и той же планете Земля.
Истинная причина смены времен года - это наклон земной оси (рис. 5.2). Ось вращения, воображаемая линия, соединяющая северный и южный полюса Земли, не перпендикулярна плоскости земной орбиты, по которой она движется вокруг Солнца. И отклонение оси от перпендикуляра составляет 23,5°. Ось направлена на север в точку среди звезд возле Полярной звезды. (На самом деле, ось медленно меняет свое направление и со временем будет указывать не на Полярную, а на другую звезду.)
Рис. 5.2. Смена времен года
В настоящее время Полярная звезда (т. е. та, на которую указывает северный полюс Земли) - это
Ось Земли направлена "вверх" сквозь Северный полюс и "вниз" - сквозь Южный. Когда Земля находится на одной стороне своей орбиты, ось, направленная "вверх", указывает тоже примерно в сторону Солнца, поскольку в полдень в Северном полушарии Солнце находится высоко в небе. Через шесть месяцев ось, направленная "вверх", теперь будет указывать в противоположную сторону от Солнца. На самом деле, ось всегда направлена в одном и том же направлении в космосе, но теперь Земля находится с противоположной стороны от Солнца.
Лето приходит в Северное полушарие, когда ось, направленная через Северный полюс вверх, указывает примерно в сторону Солнца. В этой ситуации Солнце в полдень находится выше над горизонтом, чем во все остальные сезоны года, поэтому оно лучше освещает Северное полушарие и дает больше тепла. В это же самое время ось, проходящая вниз через Южный полюс, направлена от Солнца, поэтому Солнце в полдень находится ниже над горизонтом, чем в любое другое время года, и хуже освещает Южное полушарие. В это время в Австралии наступает зима.
Летом светлого времени суток больше, чем зимой, потому что Солнце находится выше над горизонтом. Поэтому ему требуется больше времени, чтобы сначала подняться на эту высоту, а потом - спуститься. И, поскольку день длится дольше, в это время года теплее.
По мере того как Земля движется по орбите вокруг Солнца, кажется, что Солнце перемещается по небу по некой окружности, которая называется эклиптикой (об этом говорилось в главе 3). Плоскость эклиптики наклонена к плоскости экватора точно под таким же углом, как ось Земли - 23,5°. С этой точки зрения определим следующие понятия.
Момент пересечения небесного экватора центром видимого солнечного диска. Весеннее равноденствие наступает, когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное и обычно происходит около 21 марта. Осеннее равноденствие бывает около 23 сентября. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.
Когда Солнце переходит из южного полушария небесной сферы в северное, т. е. пересекает небесный экватор "снизу вверх", наступает первый день весны, который называется днем весеннего равноденствия . Он приходится на 20–21 марта. В Южном полушарии Земли наступает астрономическая осень, а в Северном - астрономическая весна. Вблизи равноденствия продолжительность дня в средних широтах примерно равна продолжительности ночи.
Когда Солнце достигает самой высокой (северной) точки на эклиптике, это день летнего солнцестояния . Приходится примерно на 21–22 июня. С этого дня в Северном полушарии начинается астрономическое лето, а в Южном - астрономическая зима.
Когда Солнце переходит из северного полушария небесной сферы в южное, т. е. пересекает небесный экватор "сверху вниз", это начало осени, день осеннего равноденствия . Обычно он приходится примерно на 23 сентября. В Южном полушарии Земли наступает астрономическая весна, а в Северном - астрономическая осень.
Когда Солнце достигает самой нижней (южной) точки на эклиптике, это день зимнего солнцестояния . Приходится примерно на 21–22 декабря. С этого дня в Северном полушарии начинается астрономическая зима, а в Южном - астрономическое лето.
Время года является частью годового цикла, и подразделяется на три календарных месяца, хотя в некоторых стран могут быть свои деления календаря.
В большинстве регионов мира существует четыре удивительных времени года: Весна, Лето, Осень и Зима. Каждый из этих сезонов является неповторим и характеризуется различными изменениями в природе и .
Почему происходит смена времен года?
Прошла долгая холодная зима, и мы очень весело провели время в снегу. Однако большинство людей с нетерпением ждут возможности снять шапки и перчатки, и надеть шорты и майки, когда погода станет теплой. Но как понять, что теплая погода действительно скоро наступит? Есть ли шанс, что весь год будет холодным и снежным?
К счастью, ответ на этот вопрос «нет». Мы все знаем, что после того, как зима закончится, придет весна, с теплой погодой и обилием зеленых растений. Затем летом люди будут наслаждаться жарой, а осень принесет прохладу. Морозы вернутся, когда осень сменится зимой, и цикл будет повторяться снова и снова.
Вы уже знаете, что в течение года мы можем наблюдать разную погоду и природные явления, но вы когда-нибудь задумывались, почему меняются сезоны?
Ответы можно найти в том, как Земля движется по отношению к Солнцу. Ось Земли представляет собой воображаемую линию, проходящую между и . Каждый день Земля делает одно полное вращение вокруг своей оси. Это вращение занимает 24 часа, что мы называем сутками.
В то время как Земля занята ежедневным вращением, она также движется вдоль гигантского эллиптического пути вокруг Солнца. Этот путь называется орбитой Земли. Одно полное путешествие Земли вокруг Солнца занимает 365 дней, что равно одному году.
Когда Земля вращается вокруг Солнца, она наклоняется на своей оси. Наклон означает, что в определенный период, одно полушарие слегка направлено к Солнцу или, наоборот, отдалено от него.
Поскольку Земля движется вокруг Солнца в течение года, а наклон оси указывает, что ваше полушарие ближе к Солнце или дальше от него, вы испытываете смену времен года.
Вы когда-нибудь замечали, что в летнее время темнеет позже, чем зимой. Количество дневного света, получаемого вашим полушарием, также зависит от наклоненной земной оси.
Когда Северный полюс склоняется к Солнцу, получает больше солнечного света и поэтому дни длиннее. Этот период продолжительных дней, теплой погоды и большого количества солнечного света называют летом. Но только потому, что вы наслаждаетесь приятным жарким летом, не значит, что все на планете тоже это делают.
Когда Северное полушарие склоняется к Солнцу, немного отклоняется от него. Когда жители Северного полушария могут отдыхать у бассейна, Южное полушарие испытывает более короткие дни с меньшим солнечным светом. Если в Южном полушарии лето, то в Северном полушарии зима. Вот почему в январе у нас может быть -20° С, а в Австралии в это же время будет +30° С.
Районы вблизи , как правило, имеют теплую погоду круглый год. Это связано с тем, что наклон Земли влияет на них незначительно. Независимо от того, направляется ли Земля к Солнцу или от него, экваториальные районы продолжают получать более стабильное количество света и тепла, чем места с широтами ближе к полюсам.
Изменения в природе весной
Весна - это время пробуждение природы. Она приходит после зимы и предшествует лету. Зимний холод отступает, а на смену ему приходит весеннее тепло. Растаявший снег стекает в реки и озера.
Это время года является настоящим праздником для растений, так называемым возрождением. После холодной, суровой зимы, солнце снова пробуждает их к новой жизни.
Цветы на деревьях являются доказательством зарождения нового урожая, который можно получить летом и осенью.
Животные могут с радостью отказаться от вынужденной зимней спячки и голодовки. Зеленая трава и молодые, мягкие листья кустарников привлекают огромное количество изголодавшихся животных.
Это совершенно подходящее время для молодого поколения. Теплой весной у многих представителей фауны появляются маленькие детеныши.
В середине весны домой возвращаются стаи , которые зимой были вынуждены мигрировать в теплые края.
Изменения в природе летом
Летом природа красива и плодотворна. Летнее солнышко создает хорошие условия для жизни животных, растений и микробов. Дождь позволяет растениям и животным пить воду, что очень важно для их выживания.
В этом сезоне можно наблюдать такие природные явления, как гроза, радуга, роса и др.
У большинства зверей летом появляется потомство. Лето - это отличное время для животных хорошо питаться и подготовиться к осени.
Лето является сезоном интенсивного размножения птиц. В летнее время они сражаются за территорию, гнездятся, собирают еду, пытаются избегать разных хищников и защищают будущее поколение. К концу лета у птиц вырастают новые перья, которые смогут защитить их холодной зимой. Птицы обычно едят нектар, растения, фрукты, падаль, семена, мелких животных, и даже других мелких птиц. Все это легко можно найти в течение летнего сезона.
Изменения в природе осенью
Осенняя природа отличается особой красотой. Это время года является переходным между летом и зимой. В начале сезона еще можно наблюдать теплую летнюю погоду. Затем листья на деревьях приобретают яркие краски и опадают на землю. Позже начинаются холодные дни, так присущие зиме.
Осенью можно увидеть разные природные явления: сильные дожди и бури, снижение температуры и даже первый снег указывают на упрямый характер этого времени года.
У многих растений осенью заканчивается жизнь или они переходят в другую стадию. Деревья и кустарники без листьев теряют свою защиту.
Осень - это важное время года для животных, ведь многим из них необходимо запастись едой, чтобы не голодать зимой. Другие животные накапливают слой жира в теле, который будет их защищать в морозную погоду.
Мелкие животные, чтобы избежать , меняют цвет меха, и зимой сливаются с белым снегом.
Даже такие огромные животные, как медведь, вынуждены искать себе хорошее укрытие для зимней спячки, где появятся и будут расти их маленькие детеныши до весны.
Одни птицы улетают в другие страны, где есть еда и теплый климат, а другие в родном краю.
Изменения в природе зимой
Зима - это самое загадочное и холодное время года. Начало этого сезона можно заметить по короткому солнечному дню, отсутствию многих животных, инею на траве и лавочках, а также замерзшей воде в лужах.
Холодные дожди, дикие ветры, метели и холод не позволят этот сезон спутать с любым другим.
Одним из долгожданных событий зимы является выпадение снега. Как и камни на берегу моря, снежинки никогда не повторяются. Загадочная форма снежинок радует детей и взрослых, и часто описывается поэтами. Замерзшие сосульки завораживают, и даже во время оттаивания падающие на землю капельки имеют свое очарование.
Большинство растений зимой не погибают, а накапливают силы и энергию, чтобы расти и покрываться молодыми листьями весной.
Некоторые животные не выдерживают низких температур и отправляются в теплые страны или впадают в спячку. Главная проблема для животных в это время - отсутствия еды в достаточном количестве. Многие животные в это время страдают, поскольку им нужно искать укрытие, чтобы не замерзнуть и они вынуждены голодать.
Птицы, как и другие животные, также сталкиваются со множеством проблем - они мерзнут и им не хватает пищи. Однако те птицы, которые в теплые страны имеют более хорошие условия для жизни.
Последний месяц зимы ознаменовывает приход следующего сезона, Весны. Дни становятся длиннее, солнечные лучи греют сильнее, а природа готовится к весеннему пробуждению.
Еще в детстве мы замечаем, что природа вокруг нас непрерывно меняется. То на дворе жарко и солнечно, буйствует зелень и мы знаем, что это — лето. Но вот проходит месяц, другой и становится прохладнее, начинают падать листья, моросят дожди. Это — осень. Вслед за осенью приходит снежная зима, которая, в свою очередь, сменяется весной, когда тает снег и бегут ручьи. А потом вновь наступает лето. Почему же происходит смена времен года? Давайте попробуем разобраться.
Наша планета Земля, которая имеет форму шара, вращается вокруг звезды под названием Солнце. Полный оборот вокруг Солнца Земля делает ровно за один год. При этом Земля еще и вращается вокруг своей оси, делая один оборот в сутки. Именно за счет вращения вокруг своей оси на Земле происходит смена дня и ночи.
Точки, через которые проходит ось вращения Земли, называются полюсами. В Северном полушарии такая точка называется Северный полюс и находится он в Северном Ледовитом океане, а в Южном полушарии есть Южный полюс, который находится на материке под названием Антарктида.
Астрономы давно выяснили, что земная ось наклонена по отношению к плоскости, в которой Земля вращается вокруг Солнца. За счет этого наклона земной оси в разные времена года высота восхода Солнца над горизонтом разная. Например, летом Северное полушарие наклонено в сторону Солнца и можно заметить, что в полдень Солнце находится высоко над головой, почти в зените. При этом Солнце настолько хорошо прогревает поверхность Северного полушария, что там наступает лето и вся природа расцветает. Летом день очень длинный, а ночь короткая. А в областях, близких к Северному полюсу Солнце летом вообще не заходит за горизонт и там наступает полярный день.
Когда же Земля сделает еще полоборота вокруг Солнца, Северное полушарие будет наклонено в сторону, обратную от Солнца, и наступит зима. Солнце будет подниматься над горизонтом совсем невысоко. День станет коротким, а ночь — длинной. За счет короткого светового дня и низкой высоты Солнца над горизонтом поверхность Северного полушария прогревается плохо и наступает зима. В приполярных областях зимой наступает полярная ночь, когда Солнце вообще не поднимается из-за горизонта.
В Южном полушарии все происходит с точностью до наоборот — в июне, июле, августе там зима и идет снег, а в декабре, январе, феврале наступает летняя пора.
В промежуточных положениях Земли между «зимним» и «летним», когда Северный и Южный полюса одинаково удалены от Солнца, наступают, в зависимости от полушария, весенний или осенний периоды. Осенью и весной есть два особенных дня, когда день равен ночи. Такие дни называются днями равноденствия.
Содержание статьи
ВРЕМЕНА ГОДА, четыре периода года (весна, лето, осень и зима), характеризующиеся определенными средними температурами. Начало каждого времени года имеет четкую астрономическую границу. Эклиптика (видимый путь движения Солнца по небесной сфере) делится четырьмя точками – весеннего и осеннего равноденствий и летнего и зимнего солнцестояний – на секторы по 90°. Период, за который Солнце проходит один из этих секторов, называется временем года. Весна в Северном полушарии и осень в Южном начинаются, когда Солнце проходит через начальный круг склонения и его прямое восхождение равно 0° (весеннее равноденствие). Лето в Северном полушарии и зима в Южном наступают, когда прямое восхождение Солнца равно 90° (летнее солнцестояние). Осень в Северном полушарии и весна в Южном начинаются, когда прямое восхождение Солнца составляет 180° (осеннее равноденствие). Началом зимы в Северном полушарии и лета в Южном считается зимнее солнцестояние, когда прямое восхождение Солнца составляет 270°.
Различия в продолжительности времен года.
Из-за изменений скорости движения Земли по орбите в течение года, обусловленных эллиптичностью орбиты и законами движения, меняется и продолжительность времен года. Земля находится в перигелии (на ближайшей к Солнцу точке орбиты) примерно 2 января. В это время она движется быстрее, чем в середине года, и поэтому осень и зима короче остальных сезонов Северного полушария. Из приведенной ниже таблицы следует, что лето в Южном полушарии короче, чем в Северном, а зима длиннее.
ПРИЧИНЫ РАЗЛИЧИЙ ВРЕМЕН ГОДА
Географические причины.
Причины сезонных изменений состояния природы можно подразделить на прямые и косвенные. К первым относятся географические причины.
1. Сезонные изменения продолжительности светлого времени суток: летом дни длинные, а ночи короткие; зимой их соотношение меняется на обратное.
2. Сезонные изменения высоты полуденного стояния Солнца над горизонтом. Летом в умеренных широтах в полдень Солнце находится ближе к зениту, чем зимой, и, следовательно, одинаковое количество солнечной радиации летом распределяется на меньшей площади земной поверхности.
3. Сезонные изменения длины пути прохождения солнечных лучей в атмосфере влияют на степень их поглощения. Находящееся низко над горизонтом Солнце дает меньше тепла и света, чем Солнце, расположенное высоко, ближе к зениту, поскольку солнечные лучи в первом случае преодолевают более мощный слой атмосферы.
В низких широтах в любое время года бóльшую часть дня Солнце находится высоко над горизонтом. В умеренных широтах оно поднимается высоко над горизонтом только летом, а в остальное время года стоит низко. В полярных районах Солнце высоко никогда не поднимается. Несмотря на различные механизмы действия двух последних причин, их иногда объединяют и объясняют углом падения солнечных лучей.
Астрономические причины.
К косвенным существенным причинам смены времен года, имеющим астрономическую природу, относятся: шарообразная форма Земли, параллельность солнечных лучей, вращение Земли вокруг своей оси с периодом в одни сутки, движение Земли вокруг Солнца с периодом в один год, наклон земной оси к плоскости земной орбиты и постоянство наклона земной оси при движении Земли по орбите. Наклон земной оси в сочетании с движением Земли вокруг Солнца представляет собой основную астрономическую причину смены времен года. Земная ось отклоняется под углом 23°27ў от перпендикуляра к плоскости эклиптики, и, поскольку ее направление в пространстве практически постоянно, каждый из географических полюсов Земли часть года наклонен в сторону Солнца, а другую часть года – в противоположную от него сторону.
Последствия наклона земной оси.
Климатическая зональность.
Положение границ климатических зон зависит от наклона земной оси к плоскости эклиптики. Северный полярный круг проходит по широте 66°33ў с.ш., а Южный полярный круг – по широте 66°33ў ю.ш. Полярные круги отделяют, соответственно, северную и южную полярные зоны от умеренных зон Северного и Южного полушарий. Северный тропик (23°27ў с.ш.) и Южный тропик (23°27ў ю.ш.) являются границами между северной и южной умеренными зонами и внутритропической зоной. Таким образом, последняя охватывает по широте 46°54ў.
Часть года в полярных областях Солнце не заходит и движется по кругу почти параллельно горизонту (полярный день). В другое время года в тех же областях Солнце не восходит (полярная ночь). Продолжительность полярного дня и полярной ночи вблизи полюсов шесть месяцев, она сокращается по мере удаления от полюсов и приближения к Северному или Южному полярному кругу. На 78° северной и южной широты полярный день и полярная ночь продолжаются по четыре месяца, а на широтах Северного и Южного полярных кругов – по 24 часа.
В умеренных зонах Солнце никогда не достигает зенита и никогда не описывает полного круга на небосводе. В пределах этих зон, но ближе к тропикам Солнце в полдень приближается к зениту. Вблизи полярных кругов Солнце описывает на небосводе почти полный круг или даже видимый полный круг из-за влияния атмосферной рефракции и некоторой сплюснутости Земли у полюсов.
Изменение склонения Солнца в течение года
– еще одно важное следствие наклона земной оси. Оно проявляется в постепенном увеличении или уменьшении высоты полуденного стояния Солнца над горизонтом. В дни весеннего равноденствия Солнце проходит через точку пересечения небесного экватора и эклиптики. Для наблюдателя, находящегося на земном экваторе, небесный экватор располагается под прямым углом к горизонту и его плоскость пересекает точки, соответствующие востоку, солнечному зениту и западу. В дни весеннего равноденствия Солнце восходит на востоке и, следуя по эклиптике, проходит точно через зенит в полдень, а затем заходит на западе. В эти дни солнечные лучи перпендикулярны экватору и освещают Землю от Северного полюса до Южного, и на всей планете одинакова продолжительность дня и ночи.
После весеннего равноденствия Солнце покидает небесный экватор и сдвигается по эклиптике к северу от него, перемещаясь к востоку в своем видимом движении среди созвездий. Для наблюдателя на экваторе Солнце восходит несколько севернее точки востока. Затем Солнце пересекает небесный меридиан севернее точки зенита и заходит севернее западной точки горизонта. С каждым днем оно смещается дальше и дальше к северу вплоть до летнего солнцестояния, когда достигается максимальное отклонение в видимом смещении Солнца к северу – на 23°27ў (точка восхода наиболее смещена от восточной точки горизонта к северу, а точка захода Солнца находится на наибольшем удалении к северу от точки запада). В день летнего солнцестояния солнечные лучи падают отвесно на Северном тропике и максимально освещают всю полярную область, касаясь Северного полярного круга, даже на противоположной стороне земного шара. В то же самое время в Южном полушарии Солнцем освещены лишь территории к северу от Южного полярного круга, а собственно полярная область не получает солнечного света. Из-за наклона земной оси, а также в зависимости от положения Земли на орбите круг, ограничивающий освещенную Солнцем часть земной поверхности, или линия восходов и заходов, проходящая вокруг Земли, неодинаково охватывает разные широты. Поэтому продолжительность светового дня в Северном полушарии оказывается больше, чем темное время суток, и меньше – в Южном.
После летнего солнцестояния изменения протекают в обратном направлении. Отклонение Солнца к северу уменьшается, и, если наблюдать с экватора, видно, что оно пересекает небесный меридиан с каждым днем все ближе и ближе к зениту вплоть до осеннего равноденствия, когда создаются условия, аналогичные времени весеннего равноденствия. Возрастает отклонение Солнца к югу, оно восходит южнее точки востока, пересекает небесный меридиан южнее зенита и заходит южнее точки запада. Максимальное южное отклонение достигается во время зимнего солнцестояния, когда условия Южного полушария близки тем, которые складываются в Северном во время летнего солнцестояния. Теперь уже в Южном полушарии отмечается большая продолжительность дня и короткие ночи. После 22 декабря отклонение Солнца к югу начинает уменьшаться, условия в каждом пункте земной поверхности меняются на противоположные, сохраняющиеся вплоть до весеннего равноденствия. В любой точке, расположенной на экваторе, Солнце проходит через зенит дважды в год, поднимаясь над горизонтом на 90°. При этом предметы отбрасывают самые короткие тени.
В умеренных широтах Солнце перемещается так, что продолжительность дня и ночи неодинакова, за исключением дней равноденствий. Солнце в полдень достигает максимальной высоты над горизонтом в день летнего солнцестояния, т.е. в первый день астрономического лета в каждом полушарии. Минимальная полуденная высота Солнца над горизонтом отмечается в день зимнего солнцестояния (в первый день астрономической зимы). Когда Солнце наиболее высоко поднимается над горизонтом, каждый конкретный участок земной поверхности получает максимальное количество солнечной радиации на единицу площади. При этом поглощение солнечных лучей при прохождении через атмосферу минимально. Чем с бóльшим наклоном падают солнечные лучи, тем сильнее они поглощаются более мощным слоем газообразной атмосферы Земли и тем слабее освещают и нагревают предметы. На экваторе Солнце в полдень никогда не отклоняется от точки зенита более, чем на 23°27ў (если пренебречь рефракцией). В умеренных широтах полуденное отклонение Солнца от зенита – от 0° до 90°. На полюсах Солнце никогда не поднимается над горизонтом выше, чем на 23°27ў.
В целом сезонные температурные колебания обусловлены изменением количества солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли (инсоляции). Величина инсоляции в данной точке зависит от угла падения солнечных лучей, прозрачности атмосферы, солнечной постоянной и расстояния до Солнца.
Запаздывание времен года.
Середина астрономического лета – день летнего солнцестояния в Северном полушарии – время, когда инсоляция максимальна. Однако «макушка» лета, а именно реальное количество тепла, накопленное на поверхности, запаздывает по сравнению с этой датой в различных регионах на разные сроки. В целом температура воздуха в Северном полушарии достигает максимума приблизительно 1 августа, а минимума – примерно 1 февраля, а в Южном – наоборот.
Запаздывание времен года происходит в основном из-за влияния атмосферы. После летнего солнцестояния сокращается количество тепла, ежесуточно поступающего от Солнца. Тем не менее каждый день в течение нескольких недель количество полученного тепла превышает количество тепла, отраженного земной поверхностью, так как воздух еще продолжает его удерживать и препятствует его быстрой потере. Значительное количество тепловой энергии накапливается в почвах, горных породах и водоемах. С начала августа потери тепла начинают превышать его поступление, что приводит к понижению среднесуточной температуры. Хотя серединой астрономической зимы является день зимнего солнцестояния, в течение нескольких недель после него суточные потери тепла превышают его поступление, так что температура понижается до тех пор, пока темпы прогревания Земли не превысят темпы ее охлаждения. Запаздывание времен года в пределах океанических акваторий больше, чем на материках, поскольку суша нагревается и остывает быстрее, чем вода. Существует также запаздывание в суточном ходе температур, и наиболее теплое время суток приходится не на полдень, а на время от 13 до 17 ч (в зависимости от региона).
Различия между полушариями.
Времена года в Южном полушарии прямо противоположны временам года в Северном полушарии. Лето в Южном полушарии начинается примерно 22 декабря. Однако существуют некоторые различия, обусловленные эксцентриситетом земной орбиты. Зимнее солнцестояние там происходит всего за несколько дней перед тем, как Земля достигнет перигелия. В это время Земля в целом получает от Солнца больше тепла, чем в афелии – максимально удаленной от Солнца точке орбиты. Казалось бы из этого должно следовать, что лето в Южном полушарии теплее, чем на соответствующих широтах Северного полушария, а зима – холоднее. Тем не менее в умеренных широтах часто наблюдается обратное соотношение. Разность количества тепла, получаемого Землей в перигелии и афелии, составляет 6%, однако благодаря огромной площади океанов в Южном полушарии климат меняется больше, чем в результате упомянутого выше эффекта.
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
Внутритропическое пространство.
В низких широтах между Северным и Южным тропиками температуры всегда высоки и мало изменяются от месяца к месяцу. Годовая амплитуда температур (разность между температурами наиболее теплого и наиболее холодного месяцев) никогда не превышает 11° С, а вблизи экватора составляет менее 2° С. Сезонные различия обусловлены распределением атмосферных осадков. В таких районах, за исключением собственно приэкваториальной полосы, где сезонные изменения вообще отсутствуют, зиме соответствует сухой сезон, а лету – влажный.
Умеренные широты
характеризуются отчетливо выраженными сезонными изменениями температур. Холодное время года называется зимой, теплое – летом, а осень и весна являются переходными сезонами. В умеренных широтах отмечается большое разнообразие условий. В одних регионах летом очень жарко (от +32 до +38° С), в других – прохладно (в среднем +10° С). Зимы могут быть как весьма мягкими (+4° С), так и очень холодными (в среднем –23° С). Более того, поскольку на этих широтах сталкиваются контрастные арктические и субтропические воздушные массы, погода здесь очень неустойчива и быстро меняется как от суток к суткам, так и от года к году.