Ilość energii słonecznej na 1 m² (insolacja) zależy od kąta padania promieni: I ∝ cos z, gdzie z to kąt zenitalny. Gdy Słońce jest nisko, ta sama wiązka rozkłada się na większą powierzchnię — energii na jednostkę powierzchni jest mniej. Dlatego okolice równika są cieplejsze niż bieguny. Zmień szerokość geograficzną, dzień w roku i porę dnia.
Co się właśnie stało?
Słońce opadło niżej nad horyzont, więc kąt zenitalny wzrósł. Ta sama wiązka — ta sama porcja energii — rozlała się na szerszą plamkę gruntu, więc na każdy metr kwadratowy przypada jej mniej.
Kąt zenitalny i wysokość Słońca:
— to szerokość geograficzna, deklinacja Słońca (zależna od dnia roku, od do ), kąt zenitalny w górowaniu, a wysokość Słońca nad horyzontem.
Insolacja zależy od kąta padania:
Insolacja (dopływ energii na 1 m²) jest największa, gdy Słońce świeci prosto w zenit (), i spada wraz ze wzrostem kąta zenitalnego. Przy Słońce chowa się pod horyzont — noc polarna, .
Dlaczego równik jest cieplejszy niż bieguny?
W okolicach równika Słońce w południe stoi wysoko (mały ), więc promienie padają niemal pionowo i grzeją intensywnie. Na biegunach nawet w dzień polarny Słońce ledwie wznosi się nad horyzont — kąt padania jest bardzo mały, energia rozkłada się na ogromną powierzchnię i mimo długiego dnia jest zimno. Tak powstają strefy oświetlenia Ziemi: międzyzwrotnikowa, umiarkowane i podbiegunowe.
Po co Ci to na maturze:
Zadania o oświetleniu Ziemi, strefach klimatycznych i górowaniu Słońca sprowadzają się do i . Chwyt: policz kąt zenitalny, a insolację oceniaj przez — im mniejszy kąt, tym silniejsze nasłonecznienie.
Zapamiętaj: im wyżej Słońce (mniejszy kąt zenitalny), tym więcej energii na 1 m² — , a maksimum wypada w zenicie.
Bo Słońce stoi tam bardzo nisko nad horyzontem — promienie padają skrajnie ukośnie, więc insolacja (energia na 1 m²) jest mała mimo długiego dnia.
Kąt między promieniem słonecznym a powierzchnią (lub jego dopełnienie — kąt zenitalny od pionu). Im wyżej Słońce, tym większa insolacja.
Bo Słońce wznosi się wyżej nad horyzont (mniejszy kąt zenitalny) i dzień jest dłuższy — insolacja rośnie.