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.
Инструкция
Как известно, Земля постоянно совершает два разных движения – вокруг собственной оси с периодом обращения 24 часа, и вокруг Солнца по эллиптической орбите, с цикличностью 1 год. Первое обеспечивает смену дня и ночи, второе – смену времен года. То, что орбита Земли имеет форму эллипса и она в своем годичном движении периодически оказывается на разных расстояниях от Солнца – от 147,1 в перигелии до 152,1 млн.км в афелии - на смену холодных и теплых периодов практически не влияет. В результате этой разницы Земля получает дополнительно всего лишь 7% солнечного тепла.
Ключевое значение имеет угол наклона оси планеты к плоскости эклиптики. Земная ось – это воображаемая линия, проходящая через центр планеты и ее полюса. Именно вокруг нее и происходит суточное вращение. Эклиптика – плоскость, в которой лежит орбита планеты. Если бы земная ось была перпендикулярна к плоскости эклиптики, смены времен года на планете не происходило бы. Их бы просто не существовало. Земная ось находится под углом 66,5° к плоскости эклиптики и отклонена от ее оси на угол 23,5°. Такое положение планета сохраняет постоянно, ее ось всегда «глядит» на Полярную звезду.
В результате движения Земли по орбите ее Северное и Южное полушария поочередно оказываются наклонены в сторону Солнца. Полушарие, находящееся ближе к Солнцу получает в 3 раза больше тепла и света, чем противоположное - в это время зима там лето.
Земля продолжает свое движение по орбите, сохраняя угол наклона оси, и положение дел меняется. Теперь другое полушарие наклонено к Солнцу и получает больше тепла и света. Наступает лето.
Но разница расстояний до Солнца тоже оказывает некоторое влияние на земной климат. Южное полушарие оказывается ближе к Солнцу в момент прохождения Землей перигелия - ближайшей к Солнцу точки на орбите планеты. Поэтому Южное полушарие несколько теплее Северного. В свою очередь Северное полушарие наклонено к Солнцу в афелии - самой дальней точке орбиты. Несмотря на то, что в это время в Северном полушарии лето, температура там ниже, в Южном.
В своем движении по орбите, 2 раза в год Земля находится в таком положении, когда солнечные лучи практически перпендикулярны ее поверхности и оси вращения. 21 марта и 23 сентября - дни весеннего и осеннего равноденствия, когда день и ночь практически равны по продолжительности. В это время Земля пересекает небесный экватор, и переходит из Северного полушария в Южное или наоборот. Именно на дни равноденствия приходится астрономическая смена времен года.
Моменты равноденствия ежегодно смещаются относительно начала суток. В обычный год оно наступает позже на 5 часов 48 минут 46 секунд относительно предыдущего года. В високосный - раньше на 18 часов 11 минут 14 секунд. Именно поэтому равноденствие иногда приходится не на указанные дни, а на соседние с ними календарные даты.
Смена времен года - вечное и неизменное явление природы. Причина его заключается в движении Земли вокруг Солнца. Путь, по которому в космическом пространстве движется земной шар, имеет форму вытянутого круга - эллипса. Солнце находится не в центре этого эллипса, а в одном из ее фокусов. Поэтому на протяжении года расстояние от Солнца до Земли периодически меняется. Переход от тёплого времени года (весна, лето) к холодному (осень, зима) происходит вовсе не потому, что Земля то приближается к Солнцу, то удаляется от него. А ведь и сегодня так думают многие люди!
Дело в том, что Земля, помимо обращения вокруг Солнца, вращается вокруг воображаемой оси (линии, проходящей через Северный и Южный полюса). Если бы ось Земли располагалась под прямым углом к орбите Земли вокруг Солнца, у нас не было бы времен года, а все дни были бы одинаковыми. Но эта ось наклонена по отношению к Солнцу (на 23°27"). В результате Земля вращается вокруг Солнца в наклонном положении. Это положение сохраняется круглый год, а ось Земли всегда направлена в одну точку - на Полярную звезду. Поэтому в разное время года Земля по-разному подставляет солнечным лучам свою поверхность. Когда солнечные лучи падают отвесно, прямо, Солнце жарче. Если же лучи Солнца падают на земную поверхность под углом, то они греют земную поверхность слабее.
Лучи Солнца падают на Землю Солнце всегда стоит прямо на экваторе и в тропиках, поэтому жители этих мест не знают холодов. Там не так резко, как у нас, сменяются времена года, и никогда не бывает снега. В то же время часть года каждый из двух полюсов повернут к Солнцу, а вторую часть скрыт от него. Когда Северное полушарие повернуто к Солнцу, в странах к северу от экватора - лето и день длинный, к югу - зима, а день короткий. Когда прямые лучи Солнца падают на Южное полушарие - здесь наступает лето, а в Северном - зима.
Зима и лето в Северном и Южном полушарии Самые длинные и самые короткие дни в году называются днями зимнего и летнего солнцестояния. Летнее солнцестояние наступает 20, 21 или 22 июня, а зимнее - 21 или 22 декабря. А еще во всем мире в каждом году имеются двое суток, когда день равен ночи. Это происходит весной и осенью, ровно между днями солнцестояния. Осенью это происходит около 23 сентября - это осеннее равноденствие, весной около 21 марта - весеннее равноденствие. Годичное движение Земли вокруг Солнца
Почему существуют времена года?
Смена времен года - вечное и неизменное явление природы. Причина его заключается в движении Земли вокруг Солнца.
Путь, по которому в космическом пространстве движется земной шар, имеет форму вытянутого круга - эллипса. Солнце находится не в центре этого эллипса, а в одном из его фокусов. Поэтому на протяжении года расстояние от Солнца до Земли периодически меняется: от 147,1 млн. км (в начале января) до 152,1 млн. км (в начале июля). Переход от тёплого времени года (весна, лето) к холодному (осень, зима) происходит вовсе не потому, что Земля то приближается к Солнцу, то удаляется от него. А ведь и сегодня так думают многие люди! Взгляните на приведенные выше цифры: в июне Земля находится дальше от Солнца, чем в январе!
Дело в том, что Земля, помимо обращения вокруг Солнца, вращается вокруг воображаемой оси (линии, проходящей черезСеверный и Южный полюса). Если бы ось Земли располагалась под прямым углом к орбите Земли вокруг Солнца, у нас не было бы времен года, а все дни были бы одинаковыми. Но эта ось наклонена по отношению к Солнцу (на 23°27"). В результате Земля вращается вокруг Солнца в наклонном положении. Это положение сохраняется круглый год, а ось Земли всегда направлена в одну точку - на Полярную звезду.
Поэтому в разное время года Земля по-разному подставляет солнечным лучам свою поверхность. Когда солнечные лучипадают отвесно, прямо, Солнце жарче. Если же лучи Солнца падают на земную поверхность под углом, то они греют земную поверхность слабее.
Солнце всегда стоит прямо на экваторе и в тропиках, поэтому жители этих мест не знают холодов. Там не так резко, как у нас, сменяются времена года, и никогда не бывает снега.
В то же время часть года каждый из двух полюсов повернут к Солнцу, а вторую часть скрыт от него. Когда Северное полушарие повернуто к Солнцу, в странах к северу от экватора - лето и день длинный, к югу - зима, а день короткий. Когда прямые лучи Солнца падают на Южное полушарие - здесь наступает лето, а в Северном - зима.
Самые длинные и самые короткие дни в году называются днями зимнего и летнего солнцестояния. Летнее солнцестояние наступает 20, 21 или 22 июня, а зимнее - 21 или 22 декабря. А еще во всем мире в каждом году имеются двое суток, когда день равен ночи. Это происходит весной и осенью, ровно между днями солнцестояния. Осенью это происходит около 23 сентября - это осеннее равноденствие, весной около 21 марта - весеннее равноденствие.
Между прочим...
В жарких странах тоже бывает смена времен года, она только выражается по-иному, не как у нас, в средних широтах.
В Индии зима - это время жестокой засухи, от которой страдает все живое. В это время дуют зимние муссоны - с суши на море. Весной, муссоны меняют направление, они начинают дуть с моря на сушу, приносят с собой влагу, обильную, напитывают влагой высохшую, жаждущую землю. Природа оживает. Наступает сезон дождей. А дожди там льют как из ведра - не отдельными струями, а сплошным потоком!
Мало отличаются друг от друга времена года на Крайнем Севере - в Арктике, или на Крайнем Юге - в Антарктике. Там всегда стоит зима. Настоящего тепла никогда не бывает, и снег только кое-где оттаивает сверху, обнажая мерзлую землю. Отличие зимы от лета заключается в количестве света, а не тепла. Весной и летом Солнце ходит по небу круглыми сутками, не опускается за горизонт, но лучи его хотя светят хорошо, а греют плохо: они падают косо, как бы скользят по поверхности.
И все же под высокими северными широтами бывает что-то похожее на наши весну и лето, кое-где даже распускаются скромные северные цветы, а на скалистых островах северных морей гнездятся морские птицы.
В Антарктике в это время зима, жесточайшие морозы и ветры. Стоит полярная ночь. Летом туда приходит солнце, и там оносветит день и ночь, но тепла от этого не прибавляется. В Южном полушарии под высокими широтами климат куда суровей, чем в Северном. Выше нуля температура никогда не поднимается.
Понятие «Времена года»
В течение года на нашей планете происходят сезонные изменения в природе. Благодаря наклону земной оси к плоскости орбиты под углом $66$ градусов и вращению по орбите вокруг Солнца, на планете происходит смена времен года. На Земле $4$ времени года – весна, лето, осень, зима. Наклон земной оси и постоянное её направление в пространстве приводят к тому, что Северное и Южное полушария освещаются не одинаково в один и тот же период года. В Северном полушарии планеты астрономическое начало времен года совпадает с того момента, когда Солнце проходит через точку весеннего равноденствия – $21$ марта, точку летнего солнцестояния –$22$ июня, точку осеннего равноденствия –$23$ сентября и точку зимнего солнцестояния – $22$ декабря. Таким образом, получается, что видимый путь движения Солнца по небесной сфере делится этими точками на секторы по 90 градусов.
Определение 1
Период, за который Солнце проходит один из этих секторов, называется временем года .
Продолжительность времен года с астрономической точки зрения тоже разная:
- Продолжительность весны – $92,8$ суток;
- Продолжительность лета – $93,6$ суток;
- Продолжительность осени – $89,8$ суток;
- Продолжительность зимы – $89,0$ суток.
Времена года характеризуются определенными средними температурами.
Замечание 1
Осень в Южном полушарии и весна в Северном начинается тогда, когда Солнце проходит через начальный круг склонения. В это время прямое восхождение Солнца будет равно нулю (весеннее равноденствие). Когда прямое восхождение Солнца будет равно $90$ градусов (летнее солнцестояние), тогда в Южном полушарии наступает зима, а в Северное полушарие приходит лето. С наступлением осеннего равноденствия прямое восхождение Солнца составляет $180$ градусов, в это время в Южное полушарие приходит весна, а в Северное полушарие – осень. С началом зимнего солнцестояния в Северное полушарие приходит зима, а в Южное полушарие – лето.
Времена года в Северном полушарии
Солнце посылает Земле очень много тепла, благодаря которому существует жизнь. Однако тепло, достигающее поверхности Земли, в разных её районах будет различно, потому что распределяется неравномерно. Естественно, что зимний период повсюду холоднее летнего. Причина заключается в том, что земная ось (воображаемая линия), которая соединяет Северный и Южный полюсы имеет наклон к плоскости земного экватора под углом $66$ градусов. Благодаря наклону Земля, вращаясь вокруг Солнца, обращается к нему поочередно либо Северным, либо Южным полушарием. Наклон падающих на земную поверхность солнечных лучей в течение года изменяется – зимой он будет больше, а летом – меньше. Более отвесные лучи несут больше энергии.
Определение 2
Термин «Климат» в переводе с греческого означает «наклон». В Северное полушарие зима приходит тогда, когда планета, как бы «отворачивается» от Солнца. В это время диск Солнца поднимается над горизонтом все ниже и ниже, а лучи становятся пологими и менее горячими. Средние широты северного полушария четко делятся на два главных, противоположных по своему характеру, сезона – летний и зимний. Они отличаются друг от друга температурами, разница между которыми составляет $20-30$ градусов. В континентальных районах эта разница еще больше, в Сибири, например, она составляет до $50$ градусов.
Основными климатическими поясами Северного полушария являются арктический пояс, умеренный и тропический. Атлантическое побережье Северной Америки и Западная Европа лежат в зоне умеренного океанического климата, поэтому основная часть осадков приходится на осень и первую половину зимы. Эпизодические дожди вместе с циклонами начинаются весной и летом. В арктическом поясе смена времен года выражается в смене полярного дня и полярной ночи. Сезонные колебания уровня осадков здесь невелики, а температуры остаются ниже нуля. Континентальная часть умеренного пояса – Восточная Европа и Южная Сибирь – имеют более сухую осень и зиму, а летние месяцы оказываются самыми влажными. На Дальнем Востоке, который находится в области муссонного климата, осадки выпадают в виде интенсивных ливней исключительно летом. Солнце находится в зените в день летнего и зимнего солнцестояния, а это есть тропические широты Северного и Южного полушария. Атмосфера здесь прозрачна, воздушные массы сухие с очень высокой температурой, которая над сушей может достигать наивысшего значения на Земле $+58$ градусов. В зимний период температура быстро остывает и на почве возможны заморозки. Резкие контрасты связаны с выпадением осадков. Область тропического пустынного климата формируется на западе и во внутренних районах материков. Здесь, при нисходящих токах воздуха, за год может выпадать менее $100$ мм осадков. Восточная часть тропического пояса расположена во влажной области с морскими тропическими воздушными массами, поступающими с океанов, поэтому в течение года выпадает несколько тысяч миллиметров осадков.
Времена года в Южном полушарии
В Южном полушарии смена поясов идет от экватора к югу. Пояса повторяются и основными являются – тропический, умеренный, антарктический. Только экваториальный пояс, расположенный по обе стороны от экватора будет один. Здесь в течение всего года день равен ночи и полуденная высота Солнца над горизонтом не меняется. Температура воздуха практически постоянна. Здесь нет времен года, это край «вечного лета».
Климаты на планете и времена года были бы совсем другие, если бы земная ось не имела наклона к плоскости орбиты. По существу было бы всего два времени года, плавно переходящие друг в друга – вечная зима в полярной области и вечное лето в экваториальной области. В условиях одинакового климата жизнь на Земле была бы более однообразна.
Причины различий времен года
Сезонные изменения состояния природы имеют свои причины, которые подразделяются на прямые причины и косвенные. К прямым причинам относятся географические:
- Сезонные изменения связаны с продолжительностью светлого времени суток – дни летом длинные, а ночи короткие. В зимний период их соотношение меняется на обратное;
Сезонные изменения связаны с полуденной высотой Солнца над горизонтом.
В умеренных широтах летом в полдень Солнце находится ближе к зениту, и одинаковое количество солнечной радиации распределяется на меньшей площади земной поверхности.
Длина пути прохождения лучей Солнца в атмосфере влияет на степень их поглощения.
Чем ниже Солнце над горизонтом, тем меньше тепла и света оно дает.
Косвенными являются астрономические причины:
- Шарообразная форма Земли;
- Параллельность солнечных лучей;
- Вращение Земли вокруг оси;
- Движение Земли вокруг Солнца;
Замечание 3
Основная астрономическая причина смены времен года связана с наклоном земной оси и движением Земли вокруг Солнца.
Загрузка...
