太陽高度が気候に及ぼす影響

地球上のどの場所でも受け取る熱エネルギー の量は、太陽の角度が気候に直接影響を与える。太陽の天頂角（太陽光が地球に当たる入射角）は、地球の太陽周回軌道と傾いた自転軸の周りの自転により、場所、時間帯、季節によって変化する。地球の自転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、夏が冬よりも温暖になる基本的なメカニズムである。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}日照時間の変化も（程度は小さいものの）別の要因である。^{[ 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。この場合、太陽光のエネルギーはより広い範囲に分散されるため、太陽が真上にある場合よりも弱くなります。太陽が高い位置にある場合、エネルギーはより狭い範囲に集中します。

図2は、真上から地面に当たる幅 1マイル（1.6km ）の太陽光線と、30°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°の角度の正弦は1/2、90°の角度の正弦は1です。したがって、30°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りつけると想像すると、南北方向の幅は2倍になりますが、東西方向の幅は変わりません）。結果として、1平方マイルあたりに当たる光の量は半分になります。 

図3は、地球の北半球の自転軸が太陽から遠ざかるように傾いている場合、北半球が冬で南半球が夏のときに、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。

太陽の角度の違いにより、低緯度と高緯度の間、および同じ緯度での冬と夏の気温が異なります（ただし、熱帯では「冬」と「夏」はより複雑です）。^{[ a ] [ 4 ]}

一定の緯度では、太陽高度の季節差（したがって季節的な気温変化）の大きさは、地球の地軸の傾きの2倍に等しくなります。たとえば、地軸の傾きが23°で、緯度が45°の場合、夏の太陽高度のピークは68°（sin(68°) = 地表面での93%の日射量）であり、冬の太陽高度の最小値は22°（sin(22°) = 地表面での37%の日射量）です。したがって、地軸の傾きが大きいほど、特定の緯度における季節の変化は大きくなります。^{[ 4 ]}

緯度が一定の場合の季節変動に加えて、緯度に応じた年間総地表面日射量は、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の角度は常に90°ですが、夏至と冬至には、太陽の角度の最小値は90°から傾きを引いた値になります。したがって、傾きが大きいほど、最大値が同じ場合の最小値は低くなり、赤道での年間総地表面日射量は少なくなります。極（緯度90°）では、春分と秋分および極夜の間、地軸の傾きに関係なく太陽の角度は常に0°以下ですが、夏至には、太陽の角度の最大値は傾きに等しくなります。したがって、傾きが大きいほど、最小値が同じ場合の最大値は高くなり、極での年間総地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、赤道と極の間の年間気温差は大きくなり、傾きが大きいほど、赤道と極の間の年間気温差は小さくなります。^{[ 4 ]} （天王星のように極端に傾いている場合、極地は赤道と同様の年間表面日射量を受けることがある。）特に、地球の温度で、他の条件がすべて同じであれば、傾きが大きいほど極地は温暖化し、極地の氷の被覆面積は減少する一方、傾きが小さいほど極地は冷え、極地の氷の被覆面積は増加する。^{[ 4 ]}

これらの影響について最初に論文を発表した一人に、ミルティン・ミランコビッチがい​​ます。地球の気候に対する地軸の傾き、離心率、その他の軌道パラメータの周期的な影響は、ミランコビッチサイクルと名付けられました。地軸の傾きや太陽の角度といった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、地球の気候に対する軌道強制力の全体的な影響は、依然として十分に解明されていません。

• 太陽の軌跡
• 軸方向の傾斜
• 日射量（日射量）
• 軌道強制力
• ミランコビッチサイクル