この実験について
正午の観測地点を緯度間で移動させ、概算の年間カレンダーをたどります。太陽光の角度、太陽正午の放射照度、日照時間、日平均放射照度を比較できます。同じ太陽でも、高緯度では正午の放射束が小さくなる一方、日照時間は長くなることがあります。グラフは、選択した日付と大気圏上端での分点の基準を比較します。
学習目標
- 緯度と太陽赤緯が正午の太陽高度にどう関係するかを確認する
- 正午の放射照度と、1日を通じて受け取るエネルギーを比較する
- 理想的な幾何学モデルで白夜と極夜を見分ける
- 日光の当たる角度の観点から、なぜ熱帯地域は極地より暖かいのか説明しなさい。
- 季節は太陽からの距離ではなく、地球の地軸の傾きによって生じることを説明しなさい。
使い方
- 1春分・秋分のプリセットを選び、赤道と北緯40度、南緯40度を比較します。
- 2北緯40度で、6月と12月の至点プリセットを比較します。
- 36月と12月に北緯80度へ移動し、昼の長さと南中高度を比較します。
- 41年を再生し、同じ緯度で季節による変化を比較します。暦と軌道は近似であることに注意してください。
- 56月の至における北極と赤道の日平均放射照度を比較しなさい。どちらが大きく、その理由は何ですか？
モデル
前提条件
- 光線に垂直な面での太陽放射照度は 1361 W/m² に固定されています。地球は円軌道をたどるものとし、距離の変化は考慮していません。
- 赤緯は365日周期の正弦波状の学習用暦に従います。これは、精密な日の出時刻や暦を計算するためのものではありません。
- 大気による吸収、雲、大気差、地表アルベド、地形は考慮していません。
- 緯度は北緯・南緯ともに80度までです。角度と昼の長さは、屈折して見える太陽円盤ではなく、幾何学的な太陽中心を基準にしています。
授業で試してみましょう
- Q1正午の太陽が比較的低い位置にとどまるのに、極地の夏はなぜ昼が長くなるのでしょうか？
- Q2分点の曲線では、なぜ北緯と南緯が対称になるのでしょうか？
- Q3正午の日射強度が高ければ、1日に受けるエネルギー量も推定できるのでしょうか？
- Q4カナダが冬のとき、なぜオーストラリアは夏なのですか？
- Q5真夏に一日あたり多くの日光を受けるにもかかわらず、なぜ北極圏は依然として寒いのですか？
よくある質問
これらは地表に届く太陽光のワット数ですか？
いいえ。これらは大気圏外の水平面における幾何学的な値です。実際の地表の日射強度は、大気、天候、地域の地形にも左右されます。
正午の太陽高度が負になることがあるのはなぜですか？
極夜の間は、太陽が南中時でも地平線の下にとどまることがあります。その場合、正午の日射強度はゼロに切り下げられ、幾何学的な昼の長さはゼロになります。
季節は地球が太陽に近づくことによって起こるのですか？
いいえ。実際、地球が太陽に最も近づくのは1月初旬で、北半球では冬です。季節は地軸が23.4°傾いていることによって生じます。この傾きが、一年を通じて日光の当たる角度と昼の長さを変化させるのです。