地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道,并不是一個正圓,而是一個橢圓,太陽位于橢圓的一個焦點上。
每年1月初,地球到達(dá)距離太陽最近的位置,即近日點,此時日地距離為1.471億千米。此時為北半球夏季。
每年7月初,地球到達(dá)遠(yuǎn)日點,日地距離為1.521億千米。此時為南半球夏季。
遠(yuǎn)/近日點時,日地距離相差0.05億千米,大約是日地平均距離的3.34%。
地球上的太陽輻射強(qiáng)度和日地距離的平方成反比,通過計算可知,對于整個地球而言,遠(yuǎn)日點單位時間到達(dá)地球的太陽輻射,比近日點少6.5%左右。
再來看一下其他影響因素,做個對比:
1、首先對比一下,冬、夏太陽高度角和太陽輻射量的關(guān)系。
太陽輻射強(qiáng)度,與太陽高度角的正弦值成正比,以北緯30°為例,暫不考慮穿透大氣的衰減:
夏至日,太陽直射北回歸線,北緯30°太陽高度角為83°26′,sin83°26′≈0.993;
冬至日,北緯30°太陽入射角度為36°34′,sin36°34′≈0.596。
對比可知,北緯30°夏至日接受到太陽輻射量,比冬至日多66.6%。這比遠(yuǎn)近日點帶來的6.5%的差異要大很多。如果考慮到冬季太陽斜射,穿越大氣層更厚的衰減作用,則相差會更大。
2、再來對比一下海陸熱力性質(zhì)差異的影響
北半球陸地面積占39%,南半球陸地面積占19%,北半球陸地面積遠(yuǎn)大于南半球。
干泥土的比熱容是0.84×103 J/(kg·℃)。水的比熱容是4.2×103 J/( kg·℃),幾乎是干泥土的5倍。在同等太陽輻射條件下,干泥土升溫大致要比水快5倍。
由此可知,南北半球海陸熱力性質(zhì)差異,帶來的影響也要遠(yuǎn)超過遠(yuǎn)/近日點太陽輻射差異的6.5%。
3、對比完地球上的情況,還有一點是不能忽略的:
根據(jù)開普勒行星運(yùn)動第二定律,地球公轉(zhuǎn)半徑向量,在單位時間內(nèi)掃過的面積相等。
因此,地球在近日點時公轉(zhuǎn)速度更快,遠(yuǎn)日點更慢。
也就是說:
當(dāng)?shù)厍蛱幱谶h(yuǎn)日點時,太陽直射北半球。這時日地距離雖遠(yuǎn),地球受到的太陽總輻射弱,但地球公轉(zhuǎn)慢,北半球受太陽直射的時間長。二者在一定程度上是相互抵消的關(guān)系。
反之亦然,地球在近日點時,太陽直射南半球。這時雖然日地距離更近,地球接受的太陽輻射強(qiáng),但公轉(zhuǎn)速度快,南半球受太陽直射時間短。
綜合以上情況??梢缘贸鼋Y(jié)論。太陽高度角季節(jié)性變化、海陸熱力性質(zhì)差異兩個因素,對南北半球氣候的影響,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于日地距離變化帶來的影響。
另外,基于行星運(yùn)行定律,地球近日點公轉(zhuǎn)快,遠(yuǎn)日點公轉(zhuǎn)慢,還在一定程度上抵消了距離的影響。
因此,地球公轉(zhuǎn)的近日點/遠(yuǎn)日點,對地球氣候的影響是非常小的,在其他更明顯影響氣候的因素作用下,我們甚至幾乎都感受不到。