北極圏など高い緯度の地域が寒くなるのはなぜでしょう?

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気象と天気の疑問 part2 ~北極など緯度が高いと、なぜ寒くなる? ~

私たちが住んでいる北半球の場合、日本付近よりも赤道付近のほうが暑くて、北極圏やシベリヤでは寒くなります。なぜでしょう?

これには太陽が地球を照らす角度が大きく関係しています。

ある一定の束の太陽光を考えてみましょう。赤道付近では常に太陽が頭上にあるため、太陽光はほぼ直角で入射します。

一方、北極圏などの高緯度地方では、太陽は地平線からあまり高く昇らないため、太陽光の入射角度が小さくなってしまいます。

地球は球体なので、赤道付近に入射した太陽光が照らす地表の面積に比べると、高緯度地方へ入射した太陽光が照らす面積が広いことがわかります。

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太陽光が照らし出す面積が極地方では広いため、太陽エネルギーが拡散してしまいます

一定の束の太陽光がもつエネルギーは共通なので、広く照らされる高緯度地方は、照らされる範囲が狭い赤道付近よりも、エネルギーが拡散してしまい、単位面積あたりの太陽エネルギーが小さくなってしまいます。

そのため、北半球では北上して緯度が高くなるに従って寒くなり、気温が低下していくのです。

また、赤道付近へ入射する太陽光が大気中を通過する距離と、極地方へ入射する太陽光が大気中を進む距離を比べると、極地方へ入射する太陽光のほうが長いことがわかります。

それは極地方へ入射した太陽光のほうが、赤道付近へ入射した太陽光よりも、そのエネルギーを大気に吸収され、弱くなることを示しています。

地球は自転しながら太陽の周りを公転していますが、地球の自転軸は約23度傾いています。そのため、北半球では、冬は太陽から遠ざかり、入射角が小さくなるために寒くなり、夏は太陽に近づいて入射角が大きくなるため、太陽が照らす面積が狭くなるので暑くなります。南半球では、北半球とは逆に冬は暑く、夏が寒くなります。