تتفاوت درجات الحرارة في كل منطقة على الأرض خلال العام بشكل ملحوظ بل أن هذا التفاوت يمكن ملاحظته خلال اليوم الواحد حيث في الأيام المشرقة والمستقرة تشرق الشمس وتبدء درجات الحرارة بالارتفاع التدريجي لتصل أقصى قيمة لها خلال فترة بعد الظهيرة وتسمى اعلى درجة حرارة مسجلة خلال اليوم بدرجة الحرارة العظمى ثم تعود للانخفاض بشكل تدريجي حتى طوال الليل حتى تصل أدنى قيمة لها خلال ساعات الفجر وتسمى عندئذ بدرجة الحرارة الصغرى.
الجدير بالملاحظة أنه في العادة يتم تسجيل درجات الحرارة العظمى بعد الظهيرة وليس منتصف النهار حين تكون الشمس في كبد السماء وكذلك تسجل درجات الحرارة الصغرى خلال الفجر وليس في منتصف الليل لفهم كيفية حدوث ذلك نتابع سويا الشكلين التاليين:
الشكل 2
الشكلان السابقان يوضحان الاشعاع الشمسي والارضي - المقصود بالإشعاع الأرضي هنا هو ما تعيد الأرض إشعاعه من موجات وليس ما تعكسه - على منطقة معينة خلال 24 ساعة وهذه القراءات مبنية على افتراضات وهي أن طول الليل والنهار في هذه المنطقة متساوي بمقدار 12 ساعة لكل منهما وكذلك أن الجو مستقر تماما بمعنى أن تبادل الطاقة يتم بواسطة الاشعاع فقط ولا توجد حركة رأسية للهواء نتيجة عدم وجود حمل حراري كذلك الرياح الأفقية شبه ساكنة والسماء شبه خالية من الغطاء السحابي والعوالق الترابية وهذه ظروف ممكن توافرها في الأيام العادية والمستقرة.
من الشكل (1) نلاحظ أن مقدار الاشعاع الشمسي يبدأ تقريبا مع شروق الشمس ويتزايد بشكل تدريجي حتى يصل أقصى قيمة له عند منتصف النهار حين تكون الشمس في منتصف السماء والأشعة تسقط بشكل عمودي على سطح الأرض ثم يبدأ مقدار الاشعاع الشمسي بالانخفاض بعد الزوال حتى يتوقف تماما بعد الغروب. بينما من الشكل (2) تكون أدنى قيمة للإشعاع الأرضي تقريبا عند شروق الشمس وذلك لأن الأرض تكتسب أغلب طاقتها من الاشعاع الشمسي على شكل ضوء وأشعة فوق بنفسجية وتحت حمراء وتعيد إشعاعها على شكل اشعة تحت حمراء وبذلك فطوال الليل تشع الأرض طاقة بدون أن تكتسب أي طاقة أخرى فينخفض مقدار الاشعاع إلى أدنى قيمة لها قبل شروق الشمس مباشرة لكن مع شروق الشمس تبدء الأرض تكتسب مزيد من الطاقة من خلال الاشعاع الشمسي فيرتفع مقدار إشعاعها تدريجيا وحتى مع زوال الشمس للغرب فمقدار الاشعاع الأرضي يستمر في التزايد بعد ذلك بمدة وسبب ذلك هو ما يعرف بالسعة الحرارية للمادة التي تحدثنا عنها سابقا والسؤال الذي يطرح نفسه, ما علاقة ذلك كله بدرجة الحرارة اليومية؟ والجواب ممكن استنتاجه من الشكل التالي:
الشكل 3
الشكل (3) يوضح دمج منحنى الاشعاع الشمسي والارضي في منطقة معينة خلال 24 ساعة، ومن خلال دمج المنحنيين نلاحظ أنه مع شروق الشمس يكون مقدار الاشعاع الأرضي في ادنى قيمة له لكن مع مرور ساعات النهار تبدأ الأرض تتلقى المزيد من الاشعاع الشمسي وبذلك يصبح مقدار من تكتسبه الأرض من الطاقة اعلى مما تفقده وبذلك يكون لدينا فائض في الطاقة يترجم على شكل ارتفاع في درجات الحرارة السطحية وتستمر درجات الحرارة في الارتفاع طالما بقي الفائض في الطاقة موجود ويستمر حتى ينخفض مقدار الاشعاع الشمسي إلى درجة يكون فيها مقدار الفقد في الطاقة أعلى من مقدار الكسب عند ذلك يصبح لدينا عجز في الطاقة.
إن النقطة التي يتقاطع فيها منحنى الاشعاع الشمسي مع الشعاع الأرضي بحيث ينتقل تبادل الطاقة من الفائض إلى العجز تكون درجة الحرارة فيها عند قيمتها العظمى وذلك بحوالي 3 إلى 5 ساعات بعد وقوف الشمس في منتصف السماء وبلوغ مقدار الاشعاع الشمسي قيمته القصوى، في حين وبنفس الطريقة يتم تسجيل درجات الحرارة الصغرى عند انتقال تبادل الطاقة من العجز إلى الفائض وهذا يفسر لماذا يتم تسجيل درجات الحرارة العظمى بعد منتصف النهار والصغرى بعد منتصف الليل بل ويفسر لماذا تسجل اعلى درجات حرارة خلال السنة في يوليو وربما أغسطس وليس عند حدوث الانقلاب الصيفي في 21 يونيو وكذلك تسجل أدنى درجات حرارة في يناير وربما فبراير وليس عند حدوث الانقلاب الشتوي في 22 ديسمبر.
