Все они неизменно идут друг за другом и повторяются из года в год. Разумеется, каждый год погода может иметь какие-то отличия: иногда зима бывает теплой, а лето достаточно прохладным, однако перепутать зимнюю погоду с летней попросту невозможно. И это все легко объясняется. Сегодня мы как раз и хотим разобраться в вопросе о том, почему на Земле бывает зима и лето.
Основная причина изменения времен года на земле
Совершенно очевидно, что в нашей вселенной все взаимосвязано, и на погоду, а точнее – на её изменения, влияют многие факторы. Однако если говорить непосредственно об изменении времен года, то они напрямую зависят от вращения нашей планеты. Примечательно то, что речь идет не просто о вращении вокруг своей оси, а еще и о вращении вокруг Солнца, ведь, как вы знаете, Земля делает каждые сутки оборот вокруг своей оси, и каждый год – вокруг Солнца.
Но как это влияет непосредственно на погоду, которая и является отличительной чертой времен года? Давайте разберемся.
Почему на Земле наступает зима и лето
Все мы знаем о том, какие вращения производит наша планета, однако не все знают о том, что по отношению к своему естественному светилу, к Солнцу, Земля находится под наклоном. Чтобы объяснить это простыми словами, необходимо вспомнить обычный школьный глобус и расположение Земного шара на нем относительно крепления. Вспомнили? Крепление проходит по диагонали. Формально оно выполняет роль оси, по которой вращается Земля.
За счет такого специфического положения, повернутое к Солнцу полушарие планеты в дневное время одной своей частью находится ближе к Солнцу, а другой – дальше от него. Несложно догадаться, что в области, которая находится дальше от Солнца, температура воздуха находится на более низких показателях, то есть – там наблюдается зима.
Однако, учитывая то, что наша планета также вращается вокруг Солнца, не изменяя при этом траекторию своего вращения по собственной оси, спустя полгода мы уже находимся в другом положении, и та часть, которая 6 месяцев назад находилась дальше от Солнца, уже пребывает в более выгодном расположении. И там, соответственно, наблюдается лето.
Вот так вот просто и доступно можно объяснить, каким образом и почему на Земле изменяются времена года, и как определить, где сейчас лето, а где зима.
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.
С древних времен людей мучили вопросы о мироздании. Как и кем создана Земля, что такое звезды, Солнце и Луна? Как происходит Первым на многие из этих вопросов ответил Николай Коперник. Он предположил, что смена времен года происходит за один оборот Земли вокруг Солнца. Но сомневались люди еще долго.
Общеизвестные факты
Во-первых, происходит смена дня и ночи. Все это благодаря тому, что наша планета обращается вокруг своей оси. В итоге получается, что постоянно половина ее находится в тени, и там, соответственно, ночь. Время оборота - двадцать три часа пятьдесят шесть минут и четыре секунды.
Во-вторых, наша планета, как удачно предположил еще Коперник, вращается вокруг Солнца. И время, которое ей требуется, чтобы сделать круг, составляет 365,24 суток. Это число принято называть одним звездным годом. Как мы видим, он немного отличается от календарного, примерно на одну четвертую часть суток. Каждые четыре года эти нецелые числа складываются и получается один «лишний» день. Последний и прибавляется к четвертому по счету, образуя И в нем, как мы знаем, триста шестьдесят шесть дней.
Причина
По мнению подавляющего большинства современных ученых, смена времен года происходит потому, чтоЗемля движется вокруг Солнца. Но и не только. Ось, вокруг которой обращается наша планета при смене суток, наклонена к плоскости ее движения вокруг звезды под углом 66 градусов 33 минуты и 22 секунды. Причем направленность остается неизменной вне зависимости от места на орбите.
Проведем эксперимент
Для того чтобы было легче понять, представьте себе, что данная ось материальна - как у глобуса. Если вы будете двигать последний вокруг источника света, та часть, которая не обращена к лампе, будет находиться в темноте. Понятно, что Земля, как и глобус, вращается еще и вокруг оси, и за сутки она все равно будет вся освещена. Но обратите внимание на положение Северного и Южного полюсов. На одном конце орбиты верхняя часть глобуса наклонена в сторону светила, а нижняя - от него. И даже вращая нашу импровизированную Землю, мы увидим, что самая нижняя ее часть в крайней точке орбиты находится полностью в тени. Граница последней была названа Южным полярным кругом.
Поместим наш глобус на противоположную точку орбиты. Теперь, наоборот, его нижняя часть хорошо освещена «Солнцем», а верхняя - в тени. Это Северный полярный круг. А крайние точки орбиты - это дни зимнего и летнего солнцестояния. Смена времен года происходит потому, что температура планеты напрямую зависит от того, сколько та или иная ее часть получает от звезды. Солнечная энергия практически не задерживается атмосферой. Она разогревает поверхность Земли, а уже последняя передает тепло воздуху. А поэтому в тех частях планеты, которые получают меньше всего света, обычно очень холодно. Например, на Южном полюсе и Северном.
Неровная поверхность Земли
Но ведь они тоже некоторое, пусть и не очень продолжительное время, освещаются солнцем. Почему же там всегда мороз? Все дело в том, что солнечный свет, а значит, и его энергия, неодинаково поглощаются разными поверхностями. А как вы знаете, Земля неоднородна. Большую ее часть занимает Мировой океан. Он нагревается медленнее суши и также неспешно отдает тепло в атмосферу. Северный и Южный полюса покрыты снегами и льдами, и свет от них отражается почти как от зеркала. И лишь незначительная его доля переходит в тепло. А поэтому за то короткое время, пока длится арктическое лето, весь лед растаять обычно не успевает. Антарктида также практически вся покрыта снегами.
Между тем середина нашей планеты, где проходит экватор, получает солнечную энергию весьма равномерно в течение всего года. А потому температура здесь всегда высокая, а смена времени года происходит в основном формально. И житель средней полосы России, попав в экваториальную Африку, мог бы подумать, что там всегда лето. Чем дальше от экватора, тем отчетливее смена времен года происходит, потому что свет, падая на поверхность под углом, распределяется более неравномерно. И наверно, наиболее очевидна она в умеренном климатическом поясе. В этих широтах лето обычно жаркое, а зима снежная и холодная. Например, как на европейской территории России. Нам к тому же «не повезло» в том, что нас, в отличие от европейцев, не обогревают теплые морские течения, за исключением дальневосточных «окраин».
Другие причины
Есть мнение, что наклонена не ось (или не только она), а плоскость орбиты Земли к экватору Солнца. Эффект должен получаться тот же либо еще более сильный.
Предполагают также, что смена времен года происходит и расстояние до светила не всегда одинаково. Все дело в том, что Земля вращается не по кругу, а по эллипсу. И самая близкая точка к Солнцу находится на расстоянии в 147 000 000 км, а самая дальняя - примерно в 152 000 000. Все-таки пять миллионов километров - это совсем немало!
Говорят еще, что на движение Земли также оказывает влияние и наш естественный спутник. Луна настолько велика, что сопоставима по размерам с нашей планетой. Это единственный подобный случай в Солнечной системе. Утверждается, что вместе с ней Земля обращается еще и вокруг общего центра масс - за двадцать семь суток и восемь часов.
Как видно из всего вышесказанного, смена времен года обусловлена, как и практически все на нашей планете, положением относительно Солнца.
Привычная для нас смена времен года происходит не повсеместно. В школе про это не говорят, но факт остается фактом. Четыре периода, на которые условно разделен «наш» год, можно выделить лишь в пределах умеренного климатического пояса. В других географических поясах картина чередования погодных циклов значительно упрощена.
Например, в экваториальном климатическом поясе погода одинакова весь год – среднесуточные температуры равняются 24°C, а количество осадков зависит от расположения конкретного участка земной поверхности относительно океана, рельефа и господствующих ветров.
В тропическом климатическом поясе выделяют 2 сезона – сухой и жаркий, а потом сухой и очень жаркий сезон. В Антарктиде – тоже самое, только в другой тональности. Холодный и сухой и очень-очень холодный и сухой сезоны. Таким образом – Времена года доступны лишь жителям умеренного климатического пояса в обоих полушариях , а также в прилегающих к ним суб-поясах – субтропическом, субарктическом и субантарктическом, но в более смазанном и нивелированном варианте.
Материалы по теме:
Почему осенью возникает плохое настроение?
Почему происходит смена времен года?
Основная причина смены времен года это вращение Земли вокруг Солнца. Еще одна ключевая причина, которая максимально проявляет себя в умеренных широтах, является характерный наклон земной оси . По отношению к плоскости эклиптики она находится под углом 66,56°.
Поэтому именно на этой широте мы видим самую полноценную, полнокровную и яркую смену времен года, дни солнцестояния, равноденствия, полярный день-ночь.
Благодаря наклону земной оси Солнце всходит над землей на протяжении всего года под разными углами. Зимой – угол острее. Летом – тянется к прямому углу. Но не дотягивается. Полноценные 90° можно зафиксировать лишь на экваторе. А на полюсах солнечные лучи просто скользят, ограниченные максимальным значением угла падения в 27-30 °.
Для умеренного пояса время, когда планета максимально приближена и наклонена к Солнцу, будет именоваться «летом». Отдалена и отклонена по оси от плоскости эклиптики – «зимой». Правило действует лишь для одного полушария. Переходные процессы между двумя крайними точками назвали «осенью» и «весной».
Привычная для нас смена времен года происходит не повсеместно. В школе про это не говорят, но факт остается фактом. Четыре периода, на которые условно разделен «наш» год, можно выделить лишь в пределах умеренного климатического пояса. В других географических поясах картина чередования погодных циклов значительно упрощена.
Например, в экваториальном климатическом поясе погода одинакова весь год – среднесуточные температуры равняются 24°C, а количество осадков зависит от расположения конкретного участка земной поверхности относительно океана, рельефа и господствующих ветров.
В тропическом климатическом поясе выделяют 2 сезона – сухой и жаркий, а потом сухой и очень жаркий сезон. В Антарктиде – тоже самое, только в другой тональности. Холодный и сухой и очень-очень холодный и сухой сезоны. Таким образом – Времена года доступны лишь жителям умеренного климатического пояса в обоих полушариях , а также в прилегающих к ним суб-поясах – субтропическом, субарктическом и субантарктическом, но в более смазанном и нивелированном варианте.
Материалы по теме:
Почему осенью возникает плохое настроение?
Почему происходит смена времен года?
Основная причина смены времен года это вращение Земли вокруг Солнца. Еще одна ключевая причина, которая максимально проявляет себя в умеренных широтах, является характерный наклон земной оси . По отношению к плоскости эклиптики она находится под углом 66,56°.
Поэтому именно на этой широте мы видим самую полноценную, полнокровную и яркую смену времен года, дни солнцестояния, равноденствия, полярный день-ночь.
Благодаря наклону земной оси Солнце всходит над землей на протяжении всего года под разными углами. Зимой – угол острее. Летом – тянется к прямому углу. Но не дотягивается. Полноценные 90° можно зафиксировать лишь на экваторе. А на полюсах солнечные лучи просто скользят, ограниченные максимальным значением угла падения в 27-30 °.
Для умеренного пояса время, когда планета максимально приближена и наклонена к Солнцу, будет именоваться «летом». Отдалена и отклонена по оси от плоскости эклиптики – «зимой». Правило действует лишь для одного полушария. Переходные процессы между двумя крайними точками назвали «осенью» и «весной».
