Глеб (heart_beater) wrote,
Глеб
heart_beater

Занимательная физика, математика и климатология для домохозяек и автомобилистов :)

Иногда ко мне приходит понимание, как можно просто объяснить некоторые сложные вещи.

Сначала возьмём пример для домохозяек. Кастрюля с водой стоит на плите. Вы медленно крутите ручку комфорки, постепенно прибавляя прогрев, а затем постепенно убавляя. Вопрос: как будет себя вести температура воды в кастрюле? Ответ: через некоторое количество циклов установятся колебания температуры с периодом, равным периоду изменения прогрева. Но есть одна важная деталь: любая домохозяйка знает, что вода в кастрюле может закипеть не обязательно в момент, когда прогрев максимален, а и через некоторое время после, то есть когда прогрев уже уменьшается. Отсюда вывод: максимум температуры воды в кастрюле наступает несколько позже максимума прогрева.

К чему это я? А к тому что модель "кастрюля на плите" очень хорошо подходит для объяснения другого явления. Заменим комфорку на солнце, а нагревать будем поверхность земли и воздух. Как изменяется температура воздуха в течение года - известно всем. Но я думаю что мало кто сможет внятно ответить на вопрос, почему если солнце выше всего и дольше всего светит (в северном полушарии) в день летнего солнцестояния (22 июня), то этот день не самый тёплый в году? А 22 декабря - не самый холодный день.

А дело-то всё в том же. Высота солнца в полдень меняется в течение года примерно по синусоиде (хотя, не совсем по ней, этот вопрос меня интересовал в 10-11 классе, и тогда я даже написал программу для программируемого калькулятора, а на 1 курсе - для компьютера). Вместе с высотой меняется и продолжительность светового дня. Чтобы подсчитать энергию, получаемую землей от солнца, нужно взять интеграл, но в целом понятно что это тоже будет кривая, отдалённо похожая на синусоиду, с максимумом 22 июня и минимумом 22 декабря. Вместе с тем, земля всё время и отдаёт тепло, причём скорость отдачи тем больше, чем выше температура. Если радиационный баланс положительный (солнце греет больше, чем земля отдаёт) - температура растёт, если отрицательный - падает. И для того чтобы найти зависимость температуры от времени года, исходя из этих рассуждений можно написать диффур, решением которого, очевидно, будет тоже какая-то периодическая функция. И она будет сдвинута по фазе относительно исходной функции - солнечного прогрева.

Величина сдвига зависит от того, насколько быстро система отдаёт тепло. В случае воздуха это зависит от его влажности. Поэтому в случае континентального климата сдвиг будет минимален, а в случае морского - максимален. Для умеренно-континентального климата Петербурга сдвиг составляет примерно месяц. Это означает, что самое тёплое время летом наступает в конце июля, а самые холодные дни зимой - в конце января. А в день весеннего равноденствия (22 марта) будет значительно холоднее, чем в день осеннего равноденствия (22 сентября). На всё это, естественно, накладываются метеорологические процессы конкретного года, но в среднем будет вот так.

Среднегодовая температура для Питера составляет примерно +5 (да, уныло). Осенью температура обычно переходит через это значение в конце октября, а весной - в конце апреля. Отсюда следует один практический вывод для автомобилистов. +5 - это примерно та температура, при которой рекомендуется менять шины, осенью на зимние, а весной - на летние. Я решил, что буду это делать в конце октября и в конце апреля. Тогда и ездить на них придётся одинаково, по полгода. Вчера вот поменял, очередей нет, все ждут снега. Потом умные будут слушать прогнозы и побегут в шиномонтаж, услышав про снег, и будут стоять в очередях. А глупые просто попадут под снег на летней резине. И то, и другое - плохо. Так что лучше уж делать это в соответствии с климатом.
Tags: Погода
Subscribe
promo heart_beater april 19, 2021 19:40 42
Buy for 100 tokens
Этот пост написан, в основном, для тех, кто зашёл в этот журнал впервые. Остальные, наверное, почти всё, что тут написано, и так знают. Я буду отсылать к этому посту в ответ на комментарии типа "Крутой журнал! Давай дружить!" Как относиться к таким комментариям, я долго не понимал. С одной…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 4 comments