La quantità di insolazione ricevuta sulla superficie terrestre non è uniforme ovunque. Varia secondo il luogo e il tempo. Quando le regioni tropicali ricevono la massima insolazione annuale, essa diminuisce gradualmente verso i poli. L'insolazione è maggiore in estate e minore in inverno. I fattori principali che influenzano la quantità di insolazione ricevuta sono
- Costante solare
- L'angolo di incidenza dei raggi solari
- Durata del giorno
- Distanza della Terra dal Sole
- Trasparenza dell'atmosfera
Costante solare
Nella parte superiore dell'atmosfera terrestre, l'insolazione è espressa come costante solare, ricevuta nella parte superiore della superficie atmosferica (termopausa) su un piano perpendicolare al raggio solare. L'insolazione media ricevuta alla termopausa cioè 1368Wm2 (Watt per metro quadrato) di energia (costante solare) sotto forma di onda corta. Così, è definita come costante solare per quella distanza media dal sole. Questa costante solare varia oltre 1 Wm2 a causa di perturbazioni ed esplosioni periodiche nella superficie solare, fondamentalmente legate alle macchie solari. Le macchie solari sono aree scure e più fredde visibili sulla superficie del sole; le recenti ricerche hanno dimostrato che viene rilasciata sempre più energia quando le macchie solari sono in gran numero; il numero di macchie solari inoltre aumenta o diminuisce su base regolare, creando un ciclo di 11 anni.
L'angolo di incidenza
Poiché la terra è un geoide che assomiglia a una sfera, i raggi del sole colpiscono la superficie con angoli diversi in luoghi diversi. Questo dipende dalla latitudine del luogo: più alta è la latitudine, minore è l'angolo che fanno con la superficie della terra. L'area coperta dai raggi verticali è sempre inferiore a quella dei raggi obliqui. Se viene coperta più area, l'energia si distribuisce e l'energia netta ricevuta per unità di area diminuisce. Inoltre, i raggi del sole con un piccolo angolo attraversano più atmosfera dei raggi che colpiscono con un grande angolo.
Durata del giorno
La lunghezza del giorno determina la durata della luce solare che influenza la quantità di radiazione solare ricevuta dalla superficie terrestre. Per esempio, all'equatore la durata dei giorni e delle notti è di 12 ore in tutti i mesi, ma ai tropici dell'Artico e dell'Antartico la durata della luce solare varia tra 0 e 24. Nei quinozi d'autunno e di primavera (rispettivamente il 23 settembre e il 21 marzo), il sole è sopra la testa all'equatore a mezzogiorno, la notte e il giorno su tutta la terra sono uguali in questi giorni e la quantità massima di insolazione è ricevuta all'equatore, e la quantità di insolazione diminuisce verso i poli, a causa del sole verticale all'equatore, ma con l'aumento delle latitudini, i raggi diventano sempre più obliqui. Pertanto, verso i poli, l'energia ricevuta continua a diminuire.
Distanza della Terra dal Sole
La terra gira intorno al sole in un'orbita ellittica, con conseguente cambiamento continuo della distanza tra il sole e la terra su base annuale. La distanza media tra la terra e il sole è di circa 149.600.000 chilometri (92.900.000 miglia), quando la posizione della terra è più lontana (152 milioni di km) dal sole è conosciuta come 'afelio' il 4 luglio, mentre il perielio (147 milioni di km) si verifica il 3 gennaio di ogni anno ed è la distanza più vicina. Durante l'afelio l'emisfero nord è rivolto verso il sole e quindi riceve energia circa il 7% in meno rispetto al perielio (emisfero sud).
Trasparenza dell'atmosfera
L'atmosfera non è trasparente per tutte le radiazioni provenienti dal sole a causa della diversa composizione e dei diversi strati. È anche uno dei fattori di controllo dell'insolazione che raggiunge la superficie terrestre. L'atmosfera è composta da gas, vapore acqueo e particolato. L'atmosfera è una miscela di gas, come azoto (N), ossigeno (O2), argon, anidride carbonica, neon (Ne), elio (He), metano (CH4), krypton (Kr), ozono (O3), protossido di azoto (N2O), idrogeno (H) e xeno (Xe). L'atmosfera contiene anche vapore acqueo, l'acqua allo stato gassoso.
Più lunga è la durata della luce del giorno, maggiore è l'insolazione ricevuta al giorno.
