赤道上太阳能的日变化比极地大！

张学文 2021 04 17

最近注意到气温的日变化究竟是高纬度大，还是低纬度大是个应当分析讨论的问题。http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=1280518 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=1281728 ，我的这个分析的一个立足点就是极地气温没有日变化，所以气温日变化最大的地点应当在热带。

其实大家都认可：有太阳气温就高（夜间气温低）。所以太阳高度的日变化大应当对应气温的日变化也大。好，现在我们就分析分析赤道与北极的太阳能的日变化情况。

根据气象书籍的介绍，在不考虑地球与太阳的距离的年变化的情况下，任何时刻的地平面的太阳能S由如下公式表达（忽略大气对它的吸收等等的影响）

S=S₀(sinφsinδ+cosφcosδcosω)

这里S₀是太阳能常数，φ是当地的纬度，δ是当天的赤纬值（一年中它缓慢地变化于正负23度之间）而ω是当地当时的时角（即地方时的时间，中午它=0）。

下面我们分析这个公式：

在赤道上其纬度为0，根据以上公式因为sin0=0,cos0=1所以太阳能简化为

S=S₀ cosδcosω

显然，在赤道上的中午（ω=0，所以cosω=1）于是太阳能最强，它是

S=S₀ cosδ

而它也就是太阳能在一天中的最大值，而太阳能的最小值=0（夜间），所以赤道上的太阳能的日较差= S₀ cosδ

即赤道地区太阳能的日较差仅与当天的赤纬值有关。当赤纬=0时（春分，秋分）赤道太阳能的日较差=S₀，当赤纬出现于正负23度之间时，其日较差介于S₀与S₀乘以0.92之间（cos23度=0.92）。

下面分析在极地的太阳能公式，这时极地纬度=90度，由于cos90度=0，而其sin值=1，所以上面的瞬时太阳能公式简化为

S=S₀ sinδ

此公式里没有时角的地位，这表示太阳能没有日变化而仅随着赤纬在一年中的慢变化而变化。而且当赤纬小于0时，其太阳能应当是0，而不可能是负值。简单地说，就是极地的太阳能没有日变化，仅在暖半年慢慢的有季节变化。

根据以上分析，太阳能的日变化显然赤道上最大，而极地的太阳能没有日变化（仅有年变化）。

鉴于气温主要受太阳能的影响。赤道上太阳能的日变化最大，应当导致（一般而言）气温在赤道附近的日变化大，而极地则气温没有日变化。