DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

日照時間と緯度の関係 そして太陽の大きさも無視できず...

日照時間について書いて行きたいと思う。

 

1. 日照時間の長さ

日照時間は夏場になると長くなり、冬場になると短くなるがこの理由は地球の自転軸に傾きがあるからであり、実際に地軸の傾きが無い場合は昼夜の長さはほぼ12時間ずつとなり、これが年間中続くこととなる。

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この図のように太陽の光が当たる右半分が昼、左半分が夜となっており、赤道でも高緯度側でも昼と夜の長さ(紫色の線の左側が夜, 右側が昼)は同じであるがこれは太陽が赤道に直角に当たっている状態であり、現実でも春分と秋分の日はこのような状態になっている。

しかし、地軸の傾きが無い場合はこの状態が延々と続くこととなるので太陽から浴びる光の量が年がら年中一定となり、結果として季節が無くなるのである。

けれども実際には地軸に傾きがあるので...

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これは夏至の日の太陽との位置関係であるが夏至の日とは太陽が直角に当たる場所の緯度が最も高くなる日のことであり、太陽は北緯23.4度(北回帰線)に直角に当たる。

このようになると北半球では太陽との南中光度が大きくなり、春分, 秋分の時と比較すると太陽からより多くのエネルギーを受けることとなるので気温は高くなる。

更に昼夜の長さに着目すると赤道では昼夜の長さは地軸の傾きが無い時と変わらないが北半球の高緯度側では図のように昼間の長さが長くなり、北緯が66.6(90-23.4)度以上の所では太陽の光が一日中当たる、つまり白夜となるが逆に南緯が66.6度以上の所は一日中太陽の当たらない極夜となる。

 

そして、この時北半球では昼間の時間が長くなる、つまり日照時間が長くなるので気温は地軸の傾きが0の時と同じ状態、つまり春分や秋分の日と比較すると太陽の南中光度が大きいことも踏まえて非情に太陽光が当たる状態となるので北回帰線付近の比較的低緯度の所では赤道付近と比較しても太陽からのエネルギーを多く受けることとなり、結果として気温が熱帯レベルに高くなる。

よく東京都の夏場は熱帯並みかそれ以上と言われることが多いがこれは上記のように

  • 南中光度が赤道よりも高くなる(赤道: 66.6, 東京都: 78.4)
  • 昼間の時間が東京のほうが長い

からであり、このことを考えると確かに熱帯以上になることはうかがえる。

 

また、東京都だけではなく、更に高緯度の札幌市でも夏の気温が熱帯並みに高くなるがその理由も太陽との南中光度は東京ほどでは無いが赤道よりも若干高く、更に昼間の時間は東京よりも長くなるので冬場の気温, 南中光度の低さを考慮すると東京都よりかは気温はましではあるがそれでも最暖月気温は22℃を超えるほどである。

 

反対に冬場になると高緯度側になればなるほど日照時間がより短くなるうえに更に太陽の南中高度も低くなり、東京都でさえ31.4度程度にまで下がることとなる。

そのため、東京都の冬場の気温は夏場と比較すると相当低くなり、最寒月気温が6℃を若干下回るほどとなる。

東京都よりも高緯度側ともなると南中光度の低さはより顕著となり、札幌市当たりともなると太陽の角度が低い上に昼間の時間も東京都と比較すると短くなり、最寒月気温がマイナス3度を下回る亜寒帯気候になるほどである。

更に高緯度側になると気温の低下はさらに加速していくためにシベリアやカナダのような本格的な亜寒帯気候となり、これらの地域では太陽の南中高度も異常に低く南中した時でさえ10度を下回る程度となり、更に昼間の時間は相当短くなるので気温は下がるに下がることとなる。

しかし、シベリアやカナダでは夏至の日の南中高度は低いものの日本の春分や秋分の日と同じぐらいの高さになる上に昼間の時間もほぼ一日と言っても過言ではないぐらいに長くなるので最暖月気温は10℃を上回ることになる。

この地軸の傾きこそが極端な気候である亜寒帯気候を形成する要因となっており、先ほども書いたようにもし地軸の傾きが無ければ亜寒帯気候が生じることも無く世界の気候は熱帯か温帯, 寒帯だけになっていたと考えられる(海洋から遠い所は乾燥帯になっていると思われるが)。

 

ちなみに亜寒帯よりも更に高緯度である寒帯ではほぼ北極圏以上になるため白夜が生じ、夏の気温も高くなるように思われるが実際には最暖月の平均気温でさえ10℃を下回るほどとなり、この理由は

  • そもそも南中高度が低い
  • 冬場に下がった気温を補えない

の2通りが考えられ、確かに一日中太陽が当たっていると気温は上がることになるが南中高度は低いままなので極端に気温が上がることは無く、更に冬場になると極夜になるので気温は下がる一方となるため、この下がりきった気温を上げるためには南中高度の低い太陽光では十分に補えないのである。

そもそも高緯度側では南中高度が一年中低いままであり、緯度が46.8度を超えるとどんなに高い時でも赤道の南中高度を上回ることは無い。

 

 

 

2. 太陽の大きさは日照時間を増やす

ここまでは緯度の違いと地軸の傾きによる日照時間の長さについて書いてきたがここからは太陽の大きさによる日照時間の影響について書いて行きたいと思う。

さきほど赤道の太陽が出ている時間は12時間と書いたが実際には12時間よりも若干長く、この理由は太陽に大きさがあるからである。

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もし、太陽に大きさが無ければ太陽が半分出ている時が昼と夜の境目になるが太陽には1,392,000キロメートルという大きさがあるので実際には太陽が全く見えなくなった時が昼と夜の境目となる。

このことより昼と夜の時間は計算上と比較すると昼のほうが若干長くなることとなり、そのため白夜のボーダーは緯度66.6度よりも若干下がり、極夜のボーダーは緯度66.6度よりも若干上がることとなる。

 

また、今の地球での話ではなく、他の恒星系の話となるが恒星の表面温度が低い場合はたとえ恒星の直径が小さくてもそれ以上に恒星に近づかなければならないので恒星の大きさは大きく見え、この場合は昼間の長さがより長くなると考えられる。

逆に恒星が小さく見える場合は昼間の長さは理論値に近づくことになるが...

 

以上のことより日照時間は

  • 地軸の傾き
  • 太陽の大きさ

に影響があり、実際に地軸の傾きが小さいと日照時間の緯度による差は小さくなり、太陽の大きさが小さいと赤道での日照時間は12時間により近づくこととなる。

 

 

 

以上、日照時間についてでした。