لماذا تتغير درجة حرارة الهواء أثناء النهار ؟

عندما كنت في المدرسة ، لم يكن لدي المعطف المناسب. إذا مشيت إلى المدرسة في الساعة 7:30 صباحا (0730) مرتديا معطفي الثقيل ، فغالبا ما أكون حارا جدا في طريقي إلى المنزل في الساعة 3:30 مساء (1530) من ناحية أخرى ، سيكون الجو باردا جدا في الصباح لارتداء معطف أخف.

الآن ، بصفتي عالم أرصاد جوية مدربا ، أعرف أسباب ذلك. هل تعرف في أي وقت من اليوم هو أبرد؟ أو عندما يكون الأكثر دفئا؟
لحسن الحظ ، من السهل إلى حد ما العثور على بعض البيانات للإجابة على هذا السؤال. على موقع GLOBE على الويب ، يمكنك العثور على GLOBE ONE ضمن “المشاريع” والعثور على بيانات ل 10 محطات أرصاد جوية أوتوماتيكية من مقاطعة بلاك هوك ، أيوا. ويبين الشكل 1 كيف تفاوتت درجة الحرارة خلال خمسة أيام من الطقس المعتدل في نيسان/أبريل 2002، في المحطة 4.

الشكل 1. درجة حرارة الهواء Tavg (أحمر) ونقطة الندى Tdavg (الأزرق) في موقع في مقاطعة بلاك هوك ، أيوا. الارتفاع: 1.5 متر فوق السطح. ويبلغ متوسط البيانات خمسة أيام مع سماء صافية في نيسان/أبريل 2004.
بالنظر إلى الرسم البياني ، تكون أعلى درجة حرارة في حوالي 2230 UTC أو 4:30 (1630) في فترة ما بعد الظهر ، بالتوقيت الرسمي المحلي. أدنى درجة حرارة حوالي 7 في الصباح بالتوقيت المحلي القياسي.

هل توقعت أن تكون درجة الحرارة أكثر دفئا عند الظهر ، عندما تكون الشمس أعلى في السماء؟ كثير من الناس يفعلون. لماذا لا يحدث ذلك؟
لنبدأ بالنظر إلى الطاقة القادمة من الشمس. بين شروق الشمس وغروبها ، يضيف الإشعاع الصادر عن الشمس باستمرار المزيد من الطاقة إلى سطح الأرض. إذا لم تفلت هذه الطاقة بطريقة ما ، فستكون درجة الحرارة أكثر دفئا عند غروب الشمس.

نحن نعلم أن هذا لا يحدث. لذا ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما يحدث. سأستخدم البيانات من جنوب شرق كانساس.

الشكل 2. لمدة يومين من السماء الصافية في موقع عشبي في جنوب شرق كانساس ، درجة حرارة سطح الأرض ودرجة حرارة الهواء (أعلى) ، والإشعاع الشمسي الهابط (السفلي) والإشعاع الصافي (أسفل). لاحظ كيف يصل الإشعاع الصافي إلى الصفر بعد منتصف الليل بحوالي 19 ساعة ويظل سالبا حتى حوالي 5 ساعات بعد منتصف الليل. جميع الأوقات بالتوقيت المحلي. ^[1]
في الشكل 2 ، مثل الشكل 1 ، تبلغ درجة حرارة الهواء ذروتها في وقت متأخر من بعد الظهر. في الساعة 16 بعد منتصف الليل (1600 أو 4 مساء بالتوقيت المحلي القياسي) في 30 مايو ، و 16 ساعة بعد منتصف الليل في 31 مايو (40 ناقص 24 ساعة = 16 ساعة أو 1600 أو 4 مساء).
كما أن الهواء (غازات الدفيئة) والسحب وسطح الأرض يشعان الطاقة في الأشعة تحت الحمراء. في الأيام الممثلة في الشكلين 1 و 2 ، الغيوم بالطبع ليست عاملا. عادة ما تكون الأشعة تحت الحمراء من الأرض أكبر من تلك الصادرة من الهواء. الأشعة تحت الحمراء السطحية هي ما تقاس بواسطة الأداة المستخدمة في بروتوكول درجة حرارة سطح GLOBE.