太陽の角度が気候に与える影響

地球上のどの場所でも、太陽の角度が気候に直接影響を及ぼします。地球が太陽の周りを公転し、傾いた軸の周りを自転するため、太陽光が地球に当たる角度は場所、時刻、季節によって異なります。地軸の傾きによって引き起こされる太陽光の角度の季節的な変化は、夏が冬よりも暖かいという基本的なメカニズムです。[1] [2] [3] 日の長さの変化も別の要因です（ただし、^{それほど重要で}はありません）。^{[2] [3]}

図 1 は、太陽光が地球に低い角度で当たる場合(太陽が地平線に近い場合) を示しています。太陽光のエネルギーは広い領域に広がり、太陽が頭上高くにありエネルギーが狭い領域に集中している場合よりも弱くなります。

図 2 は、真上から地面に落ちる 1 マイル (1.6 km) の幅の太陽光線と、30 度の角度で地面に当たる別の太陽光線を示しています。 三角法によれば、 30 度の角度の正弦は 1/2 ですが、90 度の角度の正弦は 1 です。したがって、30 度の角度で地面に当たる太陽光線は、同じ量の光を 2 倍の面積に広げます (正午に太陽が南から照っていると想像すると、南北の幅は 2 倍になりますが、東西の幅は 2 倍になりません)。その結果、1 平方マイルに当たる光の量は半分になります。

図 3 は、北半球が冬、南半球が夏の場合に、地球の北軸が太陽から離れて傾いているときに、北半球と南半球で 地球に当たる太陽光の角度を示しています。

太陽の角度が異なると、低緯度と高緯度の間の気温が異なり、同じ緯度でも冬と夏の間にも気温の違いが生じます（ただし、熱帯地方では「冬」と「夏」の区別はより複雑です）。^{[a] [4]}

緯度が一定であれば、太陽の角度の季節による差の大きさ（つまり季節による気温の変化）は、地球の地軸の傾きの2倍に等しい。例えば、地軸の傾きが23°で緯度が45°の場合、夏の太陽の角度のピークは68°（地表での太陽日射量はsin(68°) = 93% ）、冬の太陽の角度の最小値は22°（地表での太陽日射量はsin(22°) = 37%）である。したがって、地軸の傾きが大きいほど、特定の緯度での季節の変化は大きくなる。^[4]

固定緯度での季節変動に加えて、緯度の関数としての年間総表面日射量は、地軸の傾きにも依存します。赤道 (緯度 0°) では、春分と秋分には、地軸の傾きに関係なく太陽角度は常に 90° ですが、夏至と冬至には、太陽角度の最小値は 90° から傾きを引いた値に等しくなります。したがって、傾きが大きいほど、同じ最大値に対して最小値は低くなり、赤道での年間総表面日射量は少なくなります。極 (緯度 90°) では、春分と極夜の間、太陽角度は地軸の傾きに関係なく常に 0° 以下ですが、夏至には、最大角度が傾きに等しくなります。したがって、傾きが大きいほど、同じ最小値に対して最大値が高くなり、極での年間総表面日射量は多くなります。したがって、傾きが小さいほど、赤道と極の年間気温差が広くなり、傾きが大きいほど、赤道と極の年間気温差が小さくなります。^{[4] （}天王星のような極端な傾斜では、両極は赤道と同程度の年間地表日射量を受けることができる。）特に、地球の温度では、他の条件が同じであれば、傾斜が大きいほど両極が温まり、極の氷の覆いが減少し、傾斜が小さいほど両極が冷え、極の氷の覆いが増加します。^[4]

これらの影響について最初に論文を発表した人の 1 人は、ミルティン・ミランコビッチです。軸の傾き、離心率、その他の軌道パラメータが地球の気候に及ぼす周期的な影響は、ミランコビッチ サイクルと名付けられました。軸の傾きや太陽の角度などの個々のメカニズムは理解されていると考えられていますが、軌道力が地球の気候に及ぼす全体的な影響は、まだ十分に解明されていません。

• 太陽の道
• 軸傾斜
• 太陽放射量（日射量）
• 軌道力
• ミランコビッチサイクル