Kiedy mamy do czynienia z gorącą pogodą, albo też słoneczny dzień z anomalnie wyższą temperaturą dla danego okresu w roku, często mówi się o „temperaturze w słońcu”. Wówczas twierdzi się, że jest znacznie wyższa niż podawana przez stacje meteorologiczne, których termometry mierzą temperaturę w zacienionym miejscu.
Jako, że przebywając na dworze jesteśmy zarówno w słońcu jak i w cieniu ta pierwsza wartość ma dla nas znaczenie. Dlaczego więc w meteorologii pomija się tak wydawałoby się istotną wartość jak temperatura w słońcu? Poniższy artykuł jest odpowiedzą na to pytanie, a także rozprawieniem się z mitami, które urosły wokół tego zagadnienia.
Klatka meteorologiczna, która zapewnia cień instrumentom mierzącym temperaturę
Przede wszystkim temperatury w słońcu zmierzyć dokładnie się nie da. Wartości podawane corocznie przez ludzi w czasie fal upałów rzędu 40-50 ºC z zaokiennych termometrów (rekord Polski to 40,2ºC) nie mają nic wspólnego z rzeczywistą temperaturą.
To z tego powodu, że termometr, albo po prostu najróżniejsza aparatura służąca do pomiaru cały czas się ogrzewa na wskutek promieniowania słonecznego. Ogrzewając się ogrzewa też ponadto powietrze przy punkcie pomiarowym.
W rzeczywistości, więc zmierzona temperatura to albo temperatura nagrzanego powietrza, którą cały czas podwyższa nagrzane urządzenie albo po prostu temperatura urządzenia w zależności od technologii wykonania miernika. Żeby lepiej to zobrazować rozpatrzmy dwa przypadki-pomiar w cieniu oraz pomiar w słońcu. W poniższych rysunkach zarys „prostokąta” symbolizuje urządzenie pomiarowe, a poza nim to powietrze.
Rozkład temperatury przy mierniku podczas pomiaru temperatury w cieniu
W pierwszym przypadku urządzenie nagrzewa się tylko przez powietrze otaczające, więc nigdy nie może mieć wartości wyższej, albo też skokowo się zmienia, a osiąga właściwie identyczną wartość. Wpływu na pomiar nie ma.
Rozkład temperatury przy mierniku podczas pomiaru temperatury w słońcu
W przypadku temperatury w słońcu urządzenie się nagrzewa na wskutek temperatury otoczenia i promieniowania, a kiedy ma temperaturę już wyższą od powietrza to tylko promieniowania słonecznego. Wówczas oddaje ciepło do otoczenia, tym samym ogrzewając najbliższe warstwy powietrza.
Temperatura aparatury podwyższa się tak długo jak długo wystarczająca ilość ciepła przez promieniowanie słoneczne jest przekazywana. Nie może więc temperatura się zwiększać w nieskończoność.
Po pewnym czasie nastąpi stan ustalony, bo poszczególne elementy nie będą już dłużej się ogrzewać. To z tego powodu, że im większa temperatura ciała, tym więcej energii trzeba włożyć, żeby ją utrzymać/podwyższyć, więc w końcu energia przekazywana z promieniowania będzie niewystarczająca. Obrazuje to poniższy poglądowy wykres.
Linia ciemnozielona-temperatura powietrza na słońcu, jasnozielona-w cieniu, niebieska-odczyt z pomiaru w cieniu, czerwona – Odczyt z pomiaru w słońcu
Wykres przedstawia dwie sytuacje, gdzie umieściliśmy mierniki o takiej samej temperaturze na słońce i w cień. Jak widać w cieniu po pewnym czasie wskazanie zrówna się z rzeczywistością i takie już pozostanie. Z kolei w słońcu rośnie szybko i po pewnym czasie się ustala w wartości nagrzanego urządzenia lub powietrza przez aparaturę.
Jak widać w końcu odczyt zetknąłby się z rzeczywistą wartością temperatury w słońcu. Rozwiązaniem mógłby być błyskawiczny pomiar temperatury, choć wpływ promieniowania na aparaturę, również by występował, więc wynik byłby w mniejszym lub większym stopniu obarczony błędem.
Jednak pomiar takiej temperatury przez cały dzień byłby niemożliwy, ponieważ wyeksponowany sprzęt pomiarowy cały dzień na słońce zawsze by się ogrzewał niezależnie od technologii wykonania.
Dlatego w meteorologii nie praktykuje się tej czynności, bo w zasadzie dokładna jej wartość nie ma aż tak dużego sensu. To z tego powodu, że jest nam tym goręcej im dłużej jesteśmy wyeksponowani na promieniowanie słoneczne (identycznie jak termometr). Dlatego nagrzejemy się bardziej niż powietrze na słońcu, toteż jej wartość dokładna nie znalazłaby tak dużego zastosowania.
