黄赤交角的变化对全球气候的影响及钟摆理论米兰科维奇理论即是从全球尺度上研究日射量与地球气候之间关系的天文 理论该理论认为,北半球高纬夏季太阳辐射变化(地球轨道偏心率、黄赤交角 及岁差等三要素变化引起的夏季日射量变化)是驱动第四纪冰期旋回的主因这 个理论的核心是单一敏感区的触发驱动机制,即北半球高纬气候变化信号被放 大、传输进而影响全球米氏理论的起点是天文因素变化导致的地球轨道三要素(偏心率、地轴倾斜 度、岁差)的周期性变化地球轨道变化进一步引起地球大气圈顶部太阳辐射纬 度配置和季节配置的周期性变化,从而驱动气候波动但必须指出,如果将一年内 大气圈顶部接受的太阳辐射沿不同纬度及不同季节加和的话,则不管轨道要素如 何变化,其总量总是基本不变的,而变化的只是其纬度分配和季节分配这就面临 一个核心问题:地球轨道怎样的配置才有利冰期气候的出现?对此,米兰科维奇 的回答是,当地轴倾斜度减小,北半球夏季地球处在远日点时有利于冰期气候的 出现可以看出,这样的轨道要素配置将导致北半球高纬区夏季太阳辐射量的减 小因此,米氏理论可以概括为:65N附近夏季太阳辐射变化是驱动第四纪冰 期旋回的主因从气候变化的角度看可以发现地球气候变化的基本特点是:冷暖、干湿时期 交替出现。
根据研究,气候存在着10〜108年的不同时间的尺度变化,现在为科 学界所公认的变化有:1、 大冰期气候与大间冰期气候;时间尺度约为100〜1000百万年;2、 亚冰期气候与亚间冰期气候:时间尺度约为10万年;3、 副冰期气候与副间冰期气候;时间尺度约为10000〜1000年;4、 寒冷期(或小冰期)与温暖期(或小间冰期气候):时间尺度为100〜1000年;5、 世纪和世纪以内气候变化:时间尺度为1〜100年本文主要介绍黄赤交角的变化对气候的影响,另外论述下本人大胆假设的钟 摆理论黄赤交角概念地球的自转轴与其公转的轨道面成6634'的倾 斜地球的自转同它公转之间的这种关系,天文学 和地理学上通常用它的余角(2326,),即赤道面 与轨道面的交角来表示;而在地心天球上,则表现 为黄道与天赤道的交角,并被称为黄赤交角,又称 "黄赤大距"黄道与天赤道的两个交点,叫白羊宫 (白羊座)第一点和天秤宫(天秤座)第一点,在 北半球分别称为春分点和秋分点,合称二分点黄道上距天赤道最远的两点,叫 巨蟹宫(巨蟹座)第一点和摩羯宫(摩羯座)第一点,即北半球的夏至点和冬 至点,合称二至点二至点距天赤道2326',称黄赤大距,是黄角交角在地心天球上的表现。
黄赤交角在天球上也表现为南北天极对于南北黄极的偏离天轴垂直于赤道面,黄轴垂直于黄道面,既然黄赤交角是2326',那么,天极对于黄极的偏 离,必然也是 23大 小23 °26基本不 变特点:一轴两 面三角度,三 个基本不变 两个变影响:太阳直 射点在南北 回归线之间 作回归移动; 造成了昼夜 长短及正午 太阳高度的 周年变化;进而产生 了四季的更替比较地球自转与公转的差异:地球自转心地轴方向自西向东 北逆南顺周期太阳日、恒星日肃速度157h除南北两极点外, 各地自转角速度相等因纬度而异V=wr口五懈划分昼夜更替、时差、水平物体偏移太阳自西向东恒星年、回归年远日点:577d近日点61 7d远日点:29.3km/s近日点30,4km/s四李形成 五带划分黄赤交角的大小决定着 各地昼夜长短的比例以 夏至日的北半球为例,当 黄赤交角变大时,北半球 的昼变长夜变短(有极昼 现象的地区除外),也就 是昼夜的差距扩大了;当 黄赤交角变小时,北半球 的昼变短夜变长(有极昼 现象的地区除外),也就 是昼夜的差距缩小了, 即:各地一年中昼长的年 变幅随黄赤交角的增大 而增大、减小而减小由 于正午太阳高度和昼夜地球公转演示:春分日(3月21日前洁〉夏至日(6月22日前后〉冬至日(12月22日前后)秋分日(9月23日前后〉长短在一年中作有规律的变化,产生了四季的更替,并影响着五带的范围。
黄赤交角除对地球运动的意义产生影响外,还深刻影响着与其紧密联系的其他自 然地理现象女如黄赤交角变化f太阳直射点移动范围变化f五带范围变化和气甫回』二殳 -W23L或阴北回归线 4tSC压带、风带移动范围几个角度关系:黄赤交角的大小二回归线纬度值=90 —极圈纬度值= 1/2热带范围=90 —地轴与黄道面夹角黄赤交角的存在,具有重要的天文和地理意义前已述及,黄赤交角是地轴 进动的成因之一;它还是视太阳日长度周年变化的主要原因黄赤交角是地球上 四季变化和五带区分的根本原因1.地球自转产生的赤道面与地球公转产生的黄道面之间的夹角为黄赤交角由于 地球公转时斜着身子,地轴与黄道面的夹角(66° 34’)基本不变,地轴的空间指 向(指向北极星附近)基本不变,故黄赤交角(目前23 ° 26 z )也基本不变1)黄赤交角的存在,使太阳直射点到达的最北界线是23° 26’ N,即北回归线; 最南界线到23° 26’ S,即南回归线,也就是太阳直射点在23° 26’ S〜23° 26’ N作周年往返移动因此地表获得热量随时间和空间发生变化这样的变化 用昼夜长短和正午太阳高度的时间和空间变化来假设黄赤交角变大,那么太阳 的直射点的位置也会相应变动,直射点会超过现在的最北及最南界限(23 ° 26’),同样极线(66° 34’)也会向赤道靠近,因此地表获得热量随时间和空 间发生变化。
从而使温带范围缩小既然极地范围的扩大,那么极昼极夜的范围 也会相应增大2•在地球上某个特定地点,根据太阳的具体位置所确定的时刻,称为“地方时” 不同经度的地方时是不一样的 而区时是以每15°经度间隔划分为一个时区,以每个时区中央经线的地方平太阳时为本时区的区时比如北京与天津在地理 位置上相距很近,但地方时是不一样的,北京的时间要比天津的晚但为了方便 两地都会统一采用东八时区的区时即我们所说的北京时间3•地球上每15°经度范围作为一个时区(即太阳1个小时内走过的经度)这 样,整个地球的表面就被划分为24个时区各时区的“中央经线”规定为0°(即“本初子午线”、东西经15°、东西经30°、东西经45° ……直到180° 经线,在每条中央经线东西两侧各7.5°范围内的所有地点,一律使用该中央经 线的地方时作为标准时刻区时系统”在很大程度上解决了各地时刻的混乱现 象,使得世界上只有24种不同时刻存在,而且由于相邻时区间的时差恰好为1 个小时,这样各不同时区间的时刻换算变得极为简单因为时区的划分使每个时 区之间只相差一小时,所以时区差就等于时差了4•算出中央经线的作用很多,就拿时间来说,算出中央经线就可以推算出所在时 区。
自己推想及钟摆理论上面提到,如果将一年内大气圈顶部接受的太阳辐射沿不同纬度及不同季节 加和的话,则不管轨道要素如何变化,其总量总是基本不变的,而变化的只是其纬 度分配和季节分配就是说,不管地球的黄赤交角是变大还是变小,地球本身获 得的太阳辐射的总量是不变的1.黄赤交角变化对全球气候的影响1・1黄赤交角变大时全球气候变化而上面说到,假设黄赤交角变大,那么太阳的直射点的位置也会相应变动, 直射点会超过现在的最北及最南界限(23° 26’),同样极线(66° 34’)也会 向赤道靠近,因此地表获得热量随时间和空间发生变化从而使温带范围缩小 既然极地范围的扩大,那么极昼极夜的范围也会相应增大就是说,黄赤交角 变大的话,热带跟寒带的范围将变大,而温带减小,这样地球气候会发生及其巨 大的变化,首先热带的扩张,将使原先温带靠近赤道的地方变成热带,初期,由 于太阳辐射量增多,导致温度增高,地面水汽被大量蒸发到空中,而原先属于热 带的水汽还没来得及补充道此地,可能引发干旱等自然灾害,但是随着时间的推 移,大量的水汽向此地集聚,此地气候开始演变,有的地方可能变成典型的湿热 多雨的气候,而有些地方则可能演变成热带沙漠。
而相反的,原先温带靠近极圈 的地方则变成寒带,温带遭到蚕食,这些地区温度下降,而由此可能使人类因气 候的意外变化而准备不足,导致有些地方可能发生冻死冻伤等事件,于此同时, 极地的温度变的更低,冰山开始加厚,人们也不用再担心气候变暖引起的冰川融 化而引起的海平面上升的问题了但是根据全球能量守恒定律,经历过初期的震 荡后,气候变化将趋于平稳总之,当黄赤交角变大的时候,热带跟寒带的地域开始扩张,而温带遭到蚕 食,但是,于此同时,根据能量守恒定律,热的地方将不如以前热,冷的地方也 不如以前冷1・2黄赤交角变小时全球气候变化现在我们来研究当黄赤交角变小时,地球气候的变化假设黄赤交角变小, 那么太阳的直射点的位置也会相应变动,直射点会小于现在的最北及最南界限 (23° 26'),同样极线(66° 34')也会向极点靠近,因此地表获得热量随时 间和空间发生变化从而使温带范围增大既然极地范围的缩小,那么极昼极夜 的范围也会相应缩小也就是说,当黄赤交角变小时,热带跟寒带所占区域将回 缩变小,而温带将向两边扩张变大此等情况也会引起全球气候的极大变化首先,温带的变大,使人类适宜生活的区域变大,但是季节交替带来的变化 的程度将比现在小很多,春夏秋冬的分界线将会模糊,人们很难感受到季节的变 迁,当黄赤交角为0°时,人类甚至不会感觉到季节的变化,地球上的四季交替 现象将消失。
其次,热带跟寒带缩小,也会对全球气候产生巨大的影响,热带的 减小,可能导致大量的热带动植物因为气温跟降水量的减少而无法适应造成死亡 和大规模的迁移;而寒带的内缩对全球气候的影响尤为巨大,这就牵扯到我假想 的理论一一钟摆理论2.钟摆理论当黄赤交角变小的时候,寒带所占区域开始向极点内缩,原先寒带边缘地区 转变成温带,温带随之提高,这时候就出现了一个棘手的问题,就是该区域的冰 山跟积雪会随着温度的升高而开始融化,这跟人类最担心的问题之一,地球变暖 引起的冰川融化,从而引起海平面的上升,及其类似笔者认为,当黄赤交角变小时,在初期,会造成一些地区的冰山跟积雪融化, 造成海平面的升高,一些陆地将被海水淹没,但随着时间的推移,经历过最初的 震荡后,根据能量守恒定律,寒带的气温将变的比以前低很多,这就造成冰山的 隆起,而海平面也会逐渐下降,甚至可能恢复到以前的水平面,这就像是一个钟 摆,最初是停止在原地,忽然收到外力作用开始来回摆动,但是随着时间的推移, 失去最初的推动力之后,会慢慢的回到原地,所以笔者大胆的把黄赤交角变小时 气候变化的现象称为钟摆理论!钟摆理论示意图此文为推测文,欢迎大家各抒己见。