张学文
太阳能公式不应当是气象学里的孤岛,它应当是...
2024-6-18 19:01
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太阳能公式不应当是气象学里的孤岛,它应当是...

张学文,2024 06 18

气象学研究大气的运动变化规律。其有关理论部分一般称为动力气象学。动力气象学给出了空气运动的基本方程。从理论上讲,你只要有本领解这个方程就知道任何时刻和任何地点的气象状态。--在这种视角下,牛顿力学等等的物理规律才是气象学的核心规律所在。

 

其实,在气象学中还有关于日光的变化规律的公式,它来自天文学。这个公式给出了不同赤纬,不同纬度,不同地方时当地的太阳能强度。应当承认太阳能是空气运动的基本能量来源。但是如何利用这个太阳能分布公式导出世界各地各个季节,小时的气象状态的事,在气象方面的探索分析就很少见到。地面获得的太阳能的情况有时也仅是气候分析对象中普通的一个项目而已,而谈不上太阳能公式在气候学中的基础理论地位。

 

近年我在考虑宏观气象学问题。我感到来自天文学的太阳能公式,

s=so(sinφsinδ+cosφcosδcosω)      很有启发性。

这个公式把物理学的无限空间,无限时间都具体化为有限的周期性自变量了。而这种特异的时间,空间其实恰好是气象学所特别要求的求解的时空范围。我们不是回避“赤纬,δ”,“时角,ω”这种天文学名词,而是应当把它们具体化为月份与小时

 

气温为什么有如此明显的日变化,年变化?以及极地冷赤道热的特点?这显然是地球上的太阳能具有类似变化的一种衍生结果。所以,在太阳能的年变化日变化纬向变化的公式基础上进一步导出类似的全球,各个季节各个小时各个经度各个纬度的对应公式应当是自然的事。

这个思路提示我们不应当把天文学的太阳能公式孤立化,成为一个特殊的无法推广利用的知识点,而应当在其公式的特色的启发下,探索如何用类似公式去表达地球上的各个气象变量在各个经度纬度,季节,小时的变化公式。

太阳能公式应当成为开发其他气象公式的一种重要参考模板

 

是的天文学的太阳能公式里的赤纬对应着地球上的季节(月份)这个时间轴(变量),而太阳能公式里的时角变量 ω ,又联系着小时与经度。这种在一个公式里即包括日期与小时,经度的特征让时间变成为两个独立变量了!这看似奇怪,但是又合理!

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