NexTutor
Wirtualne laboratorium/Geografia/Geografia astronomiczna/Insolacja a kąt padania promieni słonecznych

Insolacja a kąt padania promieni słonecznych

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.

Geografia · Podstawy astronomiczne · Insolacja i kąt padania (GEO.ASTR)
Szerokość geogr. φ\varphi52 °
Deklinacja Słońca δ\delta (dzień)15.0 °
Ta sama wiązka światła pada bardziej ukośnie. Ilość energii na 1 m²:
szerokość φ
52°
deklinacja δ
15.0°
kąt zenit. z
37°
wysokość h
53°
insolacja I
0.80

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:

z=φδh=90zz = |\varphi - \delta| \qquad h = 90^{\circ} - z

φ\varphi to szerokość geograficzna, δ\delta deklinacja Słońca (zależna od dnia roku, od 23.5-23.5^{\circ} do +23.5+23.5^{\circ}), zz kąt zenitalny w górowaniu, a hh wysokość Słońca nad horyzontem.

Insolacja zależy od kąta padania:

IcoszI \propto \cos z

Insolacja (dopływ energii na 1 m²) jest największa, gdy Słońce świeci prosto w zenit (z=0,  cos0=1z = 0,\; \cos 0 = 1), i spada wraz ze wzrostem kąta zenitalnego. Przy z90z \ge 90^{\circ} Słońce chowa się pod horyzont — noc polarna, I=0I = 0.

Dlaczego równik jest cieplejszy niż bieguny?

W okolicach równika Słońce w południe stoi wysoko (mały zz), 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 z=φδz = |\varphi - \delta| i h=90zh = 90^{\circ} - z. Chwyt: policz kąt zenitalny, a insolację oceniaj przez cosz\cos z — im mniejszy kąt, tym silniejsze nasłonecznienie.

Zapamiętaj: im wyżej Słońce (mniejszy kąt zenitalny), tym więcej energii na 1 m² — IcoszI \propto \cos z, a maksimum wypada w zenicie.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Dlaczego przy biegunach jest zimno mimo długiego dnia polarnego?

Bo Słońce stoi tam bardzo nisko nad horyzontem — promienie padają skrajnie ukośnie, więc insolacja (energia na 1 m²) jest mała mimo długiego dnia.

Co to kąt padania promieni?

Kąt między promieniem słonecznym a powierzchnią (lub jego dopełnienie — kąt zenitalny od pionu). Im wyżej Słońce, tym większa insolacja.

Czemu latem jest cieplej?

Bo Słońce wznosi się wyżej nad horyzont (mniejszy kąt zenitalny) i dzień jest dłuższy — insolacja rośnie.