Solvinkelens effekt på klima

Vinkelen som sollyset treffer Jorden med varierer med breddegrad, tid på dagen og med årstidene. Dette er en viktig faktor for hvor mye varmeenergi et sted på Jorden kan motta. Hellingen av jordaksen fører til årstidsvariasjonene og er hovedårsaken til at det er varmere vær om sommeren enn om vinteren. Solinnstrålingen vinkelrett på atmosfæren er på 1367 Watt per kvadratmeter, men ca 30% reflekteres og ca 1000 W/m² er den høyeste effekten som når jordoverflaten.

Solvinkelens geometri 
Når sollyset skinner på Jorden med en lavere vinkel (er nærmere horisonten) blir energien fra lyset spredd utover et større område, og lyset er derfor svakere enn når solen står høyt på himmelen og energien blir konsentrert på et mindre område (se figur 2). 

Figur 1 viser vinkelen sollyset treffer Jorden med på den nordlige og sørlige halvkule når Jordens nordlige akse heller bort fra solen. Altså når det er vinter i nord og sommer i sør. 

Figur 2 viser en kilometer bred solstråle som treffer bakken rett ovenfra, og en annen, like bred solstråle som treffer bakken med en vinkel på 30°. Trigonometrien forteller oss at sinus til 30° er 1/2, mens sinus til 90° er 1. Derfor vil solstrålene som treffer bakken med en vinkel på 30° bli spredd over et dobbelt så stort område. 

Solstrålene som har lavere vinkel må i tillegg gå dobbelt så langt gjennom jordatmosfæren, som reflekterer noe av energien tilbake samtidig som det er større sjanse for at sollyset blir spredd av partikler i atmosfæren.

Klimaeffekt

Den økte effekten fra solen nær ekvator fører til økt oppvarming og får luften til å stige og skaper lavtrykk. Ved ca 30ºN og 30ºS er luften blitt avkjølt og synker, og det skapes en Hadleycelle på hver side av ekvator. Sammen med jordrotasjonen og coriolis-kraften skapes passatvindende som er jordens mest stabile værsystem. 

Jordens aksehelning gjør at vinkelen på solinnstrålingen endrer seg avhengig av hvor jorden er i forhold til solen, og dette skaper årstidene. Om sommeren, i Oslo, går solen opp til 53,5° over horisonten, mens om vinteren er solen bare 8,6° over horisonten, og varmen fra solen blir derfor svært forskjellig om sommeren og om vinteren. 

Den totale solinnstrålingen varierer i 11 års sykluser, men over tid er variasjonen bare 0,1%

Solkraft
Solcellepaneler fanger opp energi fra sola, og vil teoretisk virke best med en høy solvinkel og mye sol per kvadratmeter. For å utnytte solenergien best mulig må solcellepanelet også ha samme vinkel som solvinkelen, altså rett mot sola. Solceller av silisium har mindre enn 30% virkningsgrad og er mest effektive ved lave temperaturer,  så mens høy solinnstråling er positivt virker økt temperatur negativt.

Se også
 Klima
 Solinnstråling
 Årstider
 Aksehelning
 Passatvind

Referanser

Klimatologi
Atmosfærisk stråling