WCYue 發表於 2022-1-20 13:32:25

為什麼冬至不是北半球一年中最冷的日子?

本帖最後由 WCYue 於 2022-1-20 13:38 編輯

冬至日期,太陽直射南回歸線,北半球日照最短的時間。這個時候北半球地表接受最少陽光。但是為什麼這段時間不是北半球一年中最冷的日子?

這是因為地球熱容量的熱慣性效應(thermal inertia effect based on the heat capacity of the Earth),熱慣性效應是一種材料的特性,材料儲存熱量(稱為熱容量)並延遲其傳輸的能力。

例如:煲水時,如果在火爐上放一大壺水,就算火力強勁,需幾分鐘後才會沸騰,關掉爐頭後,它仍然會沸騰多幾分鐘,這種現象就是因為水的熱慣性效應。

熱容量延遲時間的長短視乎材料特性和它的質量大小。一大壼水是幾分鐘,地球南、北半球因為陸地和海洋面積分佈不同,延遲時間的長短也有區域上的差異。通常是介乎一至兩個月之間。

WCYue 發表於 2022-1-21 09:12:48

本帖最後由 WCYue 於 2022-1-21 09:23 編輯

材料儲存的熱量 Qi (單位是J/m^2)由它的溫度 Ti 和參考溫度 T0 之間的差值定義:



其中
材料厚度為 ei 的
材料質量密度 ρi
材料熱容量 cp,i


總熱慣性是所有各種材料 n 儲存能量的總和:

熱慣性的計算公式

WCYue 發表於 2022-1-21 09:35:04

本帖最後由 WCYue 於 2022-1-21 09:52 編輯

計算溫度隨時間的演變,材料的熱流阻力值(R-value)和傳熱速率值(U-value)的函數。 這些值取決於離散化大小和材料屬性。

計算溫差(Δt)考慮的因素包括:材料的表面面積;材料的熱流阻力值和傳熱速率值;由材料的表面熱損失,空氣滲透熱損失構成的總熱損失。



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