沙漠白天那麼熱，為什麼晚上會冷得刺骨？
― 因為天上和地上，都沒有能鎖住熱量的「水」
同一個地方、同一片沙地，白天曬得像要燒起來，晚上卻冷得讓人縮成一團。造成這種落差的，不是沙漠「有」什麼，而是「沒有」什麼。沒有水、沒有雲，也沒有能儲熱的厚度。光是這樣，白天和夜晚的樣貌就會差這麼多。
在描寫沙漠旅行的影片裡，人們白天披著薄布遮陽，晚上卻圍著火堆、裹著毛毯。你是否曾對這種落差感到不可思議？
明明是同一片沙地。只是太陽下山而已，為什麼會冷成這樣？
線索就在日本也常有的那種感覺：晴朗無風的早晨特別冷。沙漠只是每天都以極端的形式，重複著這件事而已。
原因大致只有兩個
沙漠的空氣非常乾燥，幾乎沒有雲。地面白天儲存的熱，會毫無阻攔地逃向宇宙。
乾燥的沙子儲熱能力遠比水小，而且熱量不會往下傳導。不管是變熱還是變冷，都只發生在表面薄薄一層。
這兩點並不是各自獨立的現象，兩者都源自「沒有水」。讓我們依序來看。
夜晚的天空，是熱量的逃生出口
白天時，地面會被太陽曬熱。而變熱的物體，會以肉眼看不見的光把熱釋放出去，這稱為輻射。人的皮膚、沙子，都一直在放出這種光。
在一般的地方，這種光大部分會在半路被攔截下來，攔截它的正是空氣中的水蒸氣和雲。水蒸氣會吸收地面放出的光，再把其中一部分送回地面。也就是說，天空扮演著一條薄毯子的角色。
沙漠幾乎沒有這條毯子。沒有雲，水蒸氣也很少。地面放出的光，就這樣一路不返地穿透大氣、逃向宇宙。所以太陽一下山，地面就會不斷降溫。請看圖1的右側，向上的箭頭毫無阻攔地一路穿出去。
日本也會發生同樣的事。晴朗、空氣乾燥的冬天早晨最冷，原因就在這裡。陰天的夜晚不會像想像中那麼冷，也是因為有雲這條毯子在。
沙子不擅長儲熱
另一個原因出在地面本身。像海洋或湖泊這種有水的地方，水能大量儲存熱。因為以同樣重量比較，水是儲熱能力特別強的物質。
乾燥的沙子，儲熱能力大約只有水的五分之一。就算接收到同樣多的熱，沙子的溫度也會上升好幾倍。
而且沙粒之間有很多空氣間隙。空氣非常不擅長傳導熱，所以表面接收到的熱不會往下傳。無處可去的熱就堆積在表面，只有那裡會變得異常燙。就像盛夏的沙灘燙得沒法赤腳走，但稍微往下挖就是涼的，是同樣的道理。
接著就是夜晚了。因為變熱的只有表面薄薄一層，一旦把這些熱全部放光，後面就沒有補充了。海邊城鎮夜裡不會那麼冷,是因為白天海水幫忙把熱存了起來。而沙漠，沒有這個撲滿。
高山上和內陸盆地，也會因為同樣的原因而早晚寒冷。因為空氣乾燥，周圍沒有能儲熱的水。相反地，島嶼或海邊城鎮的日夜溫差就比較小，因為旁邊就有海這個巨大的撲滿。
淺色的沙子確實會把陽光反射得比較多，但那是讓白天沒那麼熱的因素。夜晚變冷的主角，終究還是「放出去的熱回不來」這件事。
總結
沙漠劇烈的日夜溫差，正是「沒有水」的另一種表現。天空沒有水蒸氣，就沒有攔住熱的毯子；地面沒有水，就沒有儲熱的撲滿。接收到的熱當場用光，到了夜裡又乾乾淨淨地全部放掉。於是同一個地方的白天和夜晚，就像變成了兩個世界。
讓沙漠變冷的，不是夜晚的寒氣本身。
而是哪裡都沒有能鎖住白天熱量的「水」。
晴朗早晨草地上會結露水的露水的原理，講的也是和這篇文章一樣的輻射冷卻現象。儲熱能力與傳導方式的差異，也和金屬比木頭摸起來更冰冷的原因有關。沙漠中動物的生存智慧，可以看駱駝不喝水也能走很久的原因；沙漠中常見的奇特景象，則收錄在海市蜃樓的原理。反過來，若身邊有水，日夜溫差又是如何被抑制的，讀海邊的風為何白天和夜晚方向不同，就能看出兩者互為對照。
- 比較晴朗無風的夜晚，和陰天的夜晚。分別在天氣預報上查看隔天早上的最低氣溫。晴朗的早晨溫度應該會比較低。
- 晴天的下午，用指尖碰觸沙坑或乾燥的泥土。接著把表面約3公分的沙子撥開，摸摸看下面。下面應該會冷得讓人不敢相信是同一個地方。
- 同一天，把手指伸進放在陽光下的水桶裡試試看。明明曬著同樣的陽光，水卻不會像沙子那麼燙。
※盛夏陽光下，地面可能會比想像中還燙。請不要直接用手掌壓上去，先用指尖輕輕碰觸確認。
想知道更多 ― 用語、公式，以及與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，會明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理科會學到的範圍
- 高中高中「物理基礎、地學基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄等級的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（氣象學、傳熱工程學）的內容
- 研究中連大學都還不會當作「定論」來教、目前研究人員正在探究中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 輻射冷卻：地面放出紅外線、釋放熱量，使溫度下降的現象。在晴朗、風弱的夜晚特別明顯。
- 比熱：讓1公克物質溫度上升1度所需要的熱量。已知水的比熱較大，乾燥沙子的比熱較小。
- 熱傳導率：表示熱在物體內部傳遞速度快慢的量。含有較多空氣間隙的乾燥沙子，這個值較小。
- 氣溫日較差：一天中最高氣溫和最低氣溫的差。沙漠和內陸盆地較大，海邊較小。
國中高中用公式確認：同樣接收到熱，沙子會比水熱幾倍
假設沙子和水接收到同樣多的熱。這裡只會用到國中就學過的「熱量＝比熱×質量×溫度變化」這個關係。先把符號的意義和單位定下來。
| 用符號寫 | Q ＝ m × C × T （若以1公克為單位，則 T ＝ Q ÷ C） |
| 用文字寫 | 給予的熱量 ＝ 質量 × 比熱 × 溫度上升幅度。因此溫度上升幅度 ＝ 每公克接收的熱 ÷ 比熱 |
| 公式從何而來 | 能量守恆。假設接收到的熱，全部都用來提升物體的溫度（這正是比熱的定義） |
| 符號 Q | 給予的熱量。單位是焦耳 |
| 符號 C | 比熱。單位是焦耳每公克每克耳文 |
| 符號 T | 溫度上升幅度。單位是克耳文（1克耳文的差等於1℃的差） |
| 乾燥沙子的比熱 | 約為 0.8 |
| 水的比熱 | 約為 4.2 |
| 每公克接收的熱 | 設為 8 焦耳 |
| 沙子的溫度上升幅度 | 8 ÷ 0.8 ＝ 10 |
| 水的溫度上升幅度 | 8 ÷ 4.2 ≒ 1.9 |
| 沙子的升溫是水的幾倍 | 10 ÷ 1.9 ≒ 5.3 |
| 水的比熱是沙子的幾倍 | 4.2 ÷ 0.8 ≒ 5.3 |
③ 換成實際感受來說，就是這樣。即使曬到同樣的陽光，沙子的溫度變化幅度也會比水多出5倍左右。白天容易升溫的東西，往往也是夜裡容易降溫的東西。海邊城鎮的溫和，與沙漠的劇烈，兩者的差異就是從這5倍多開始的。
高中高中＋把地面的熱量收支當成一個帳本來看
高中地面的溫度，是由進來的熱和出去的熱的差來決定的。白天太陽送進來的熱比較多，所以溫度上升；夜裡只有熱在往外跑，所以溫度下降。這正是地學基礎中「輻射收支」的概念本身。
高中＋物體放出的熱量，據稱與表面溫度的4次方成正比，這稱為史蒂芬－波茲曼定律。溫度越高，放熱的勢頭就越強，所以降溫是一開始很急、越接近黎明就越緩和。沙漠氣溫在日落後不久就急速下滑，原因就在這裡。
大學熱滲入地下的深度，是有大致標準的
沿著地面傳導的熱，會以一天為週期緩慢地上下變化。這種上下變化能到達的深度，可以根據熱的傳導難易度和週期來估算，在傳熱學領域稱為「溫度波的滲透深度」。乾燥的沙子大約只有數十公分，含水的土壤則能到達更深的地方。滲透深度越淺，溫度上下變化「發揮作用的厚度」就越薄，表面的溫度振幅就越大。就這個意義而言，沙漠的地面只運用了非常薄的一層。這種滲透方式，可以透過對熱傳導方程式（熱擴散方程式）求解週期性溫度變化而導出，深度的大致標準是由熱擴散率和週期決定的。
📖 公式推導與更進一步的內容：熱傳導方程式（維基百科，日文）
研究中目前還不完全清楚的事
- 殘留在沙子裡的微量水分。就算看起來乾燥的沙子，顆粒表面也可能殘留著極薄的一層水膜。這個量會如何左右夜間的降溫幅度，因為很難測量，研究仍在進行中。
- 多塵日子的降溫方式。飛沙揚塵的日子，塵埃會與紅外線互相作用。這會削弱還是加強降溫，據稱依條件而異，各地區的觀測仍在推進中。
- 乾燥地帶擴大的影響。乾燥地面增加之後，全球整體的熱量收支會如何改變，在氣候預測上估算仍存在不小的落差。
也就是說，這篇文章的內容，也是「目前已知範圍內的說明」。整體架構已經得到驗證，但細部數值會因地點和季節而有很大差異。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・熱量與溫度／氣象觀測 | 比熱的說明，以及沙子與水的比較方式 |
| 高中 | 物理基礎・熱／地學基礎・大氣的輻射收支 | 以收支角度看地面熱量進出的段落 |
| 高中＋ | 物理・熱輻射定律 | 與溫度4次方成正比的說明 |
| 大學 | 氣象學・傳熱工程學 | 溫度波的滲透深度 |
| 研究中 | 乾燥地氣候學・地表過程 | 沙中水分與塵埃的影響 |
| ― | 與生活的連結 | 晴朗早晨的寒冷、沙灘的燙熱、海邊城鎮的溫和 |
- 日本氣象廳「氣象等預報用語 ― 氣溫、濕度相關用語」(気象庁「気象等の予報用語 ― 気温、湿度に関する用語」)（輻射冷卻、日較差的說明）
- 國立天文台編《理科年表》丸善出版（国立天文台編『理科年表』丸善出版）（水、岩石、沙的比熱與熱傳導率）
- 小倉義光《一般氣象學》東京大學出版會（小倉義光『一般気象学』東京大学出版会）（地表面熱收支與輻射的基礎知識）
- 近藤純正《水環境的氣象學》朝倉書店（近藤純正『水環境の気象学』朝倉書店）（地表面熱量進出與往地下傳導的方式）
※本文為大眾科普解說。文中數值僅為理解原理所用的估計值、概略值。實際氣溫會因地點、季節、天候而有很大差異。戶外觀察時，請遵循氣象資訊與地方政府等單位的提醒。