為什麼冬至不是北半球一年中最冷的日子？

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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。

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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

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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。