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天氣預報常說的「輻射冷卻」是什麼?為什麼清晨特別冷?

文/Tr.Vivi 親子科學 | Vivi 老師

Tr.Vivi 親子科學・科學解答

晚上沒有太陽之後,地面雖然不再得到白天那麼多能量,卻還是會持續把自己的熱往外放。如果散掉的熱比得到的多,地面就會越來越冷,附近的空氣也跟著降溫。 地面主要會用看不見的「紅外線」把熱能往外傳。這種因為向外放出的熱比收到的多,而造成地面持續降溫的現象,就叫做「輻射冷卻」。晴朗少雲的夜晚通常更明顯,所以最低溫常出現在清晨前後。

冬天天氣預報常會說:「今晚晴朗少雲,受到輻射冷卻影響,清晨氣溫偏低。」

這裡的「輻射」不是核能輻射,而是一種熱量可以不用直接接觸,就從一個地方傳到另一個地方的方式。

太陽下山後,地面為什麼還會一直變冷?

白天時,太陽持續把能量送到地面,地面吸收之後就會升溫。

但地面並不是只會吸收熱,它也一直在把自己的能量向外放出去。只是白天太陽補進來的能量很多,所以通常感覺不到這個散熱效果。

太陽下山後,最大的能量來源突然少了,但地面仍然繼續向外放熱。

地面主要會用我們看不見的「紅外線」把能量傳出去,這屬於「熱輻射」。

如果一整晚放出去的能量比從周圍得到的更多,地面溫度就會一路下降。靠近地面的空氣也會被較冷的地表冷卻,因此我們量到的氣溫也跟著降低。

這種因為熱輻射造成的持續降溫,就叫做「輻射冷卻」。

為什麼晴朗的夜晚反而更容易冷?

因為地面放出去的熱,不一定全部都會一路離開。

有雲時,雲層會吸收地面放出的部分紅外線,同時也會向四周放出紅外線,其中一部分會重新回到地面。

所以雲多的晚上,地面得到的能量會比較多一些,降溫速度通常沒那麼快。

晴朗少雲時,從天空方向回到地面的熱比較少,地面一整晚淨流失的能量就比較多,因此輻射冷卻會更加明顯。

這也是為什麼冬天有時白天天氣很好、天空很乾淨,隔天清晨反而會特別冷。

為什麼最冷的時候常常在清晨,而不是半夜?

因為地面從太陽下山後,就一路處在「散掉的熱比得到的多」的狀態。

午夜時雖然已經很冷,但地面還會繼續散熱好幾個小時。

到了接近日出時,已經累積了一整晚的熱量流失,因此地面和附近空氣通常降到最低溫附近。

太陽升起後,雖然開始重新提供能量,但一開始的陽光還不強,地面得到的能量未必立刻超過散掉的熱。

等到吸收的太陽能量逐漸增加,地面才會停止降溫並開始回暖。

所以輻射冷卻明顯的日子,一天最低溫常出現在清晨或日出前後,而不是午夜 12 點。

參考資料

  1. 交通部中央氣象署數位科普網|輻射冷卻究竟在輻射什麼?
  2. OpenStax|Radiation

本文由 Tr.Vivi 親子科學原創整理,引用請註明出處:Tr.Vivi 親子科學(trvivi.com)。

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