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地球的轴——假想的南北极连线，总是处于同样的位置。它倾斜于铅垂线约23.5°（图4.2）。地球每24小时绕地轴自转一圈，如图4.3所示。地球自转的同时，又每年沿着近似圆形的轨道环绕太阳缓慢地公转（图4.4）。如果地球不是偏离铅垂线而倾斜，那么在一年的公转过程中，在给定纬度上所接受的太阳能是没有变化的。太阳光线将直射赤道。随着太阳离赤道的距离增大，射向地球的太阳光线的角度也在增大，因此减小了太阳能的强度，并使气候产生了随纬度变化的规律性变化（图4.5和图4.6）。
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图 4.2 地球相对于太阳的位置变化。图为北半球在夏季的位置（即南半球在冬季的位置）。
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图 4.3 地球24小时绕轴自转的过程。
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图 4.4 地球每年绕太阳公转的过程。太阳距离地球大约1.496×108千米，在图中未按比例画出，太阳的体积要比地球大得多。
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图 4.5 注意下方的两个图，当地球旋转时，北极区在6月份沐浴于24小时阳光照射下，而南极区处于黑暗状态。赤道以北在6月经受的太阳光线最强烈，而赤道以南是在12月。上方两个地轴不倾斜的图中则不存在这种情况。
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（a）
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（b）
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图 4.6 （a）假想的太阳光线在春分和秋分，以及夏至和冬至时的情况。（b）假想来自太阳的三束相等的光线在春分、秋分时射向地球的不同纬度。随着离赤道的距离增大，太阳光线变得比较分散。这表明太阳光线的强度在高纬度地带变弱。
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但是，由于地轴是倾斜的，太阳能入射的最高位置在一年中就会有所变化。当北半球向太阳倾斜时，太阳的直射光线向北可以远达北纬23.5°（北回归线），这大约出现在6月21日，也就是北半球的夏至点和南半球的冬至点。大约在12月21日，当太阳光线直射点到达南纬23.5°（南回归线）附近时，就预示着南半球夏季和北半球冬季的来临。在一年中的其他时期，地球相对于太阳的位置直接导致太阳光线从大约北纬23.5°向南纬23.5°移动，然后再返回。大约在3月21日和9月21日（春分点和秋分点），太阳光线垂直射向赤道。
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地轴倾斜也意味着昼夜长度在一年中会发生变化。地球的一半总是在接受光照，但是只有阳光直射赤道时，全年的每一个白昼才是12小时。随着太阳离赤道的距离增大，白昼或黑夜的时间也随之变长，这取决于阳光直射赤道以北还是以南。在夏季，白昼长度从北极圈向北极逐渐增加，在北极达到最大值——24小时。而在同一时期，黑夜时间的长度从南极圈到南极增加，最终可达到24小时。
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由于极地夏季白昼有24小时，看起来应该有充分的太阳能可资利用。但是，由于太阳的入射角极为狭小（太阳在天空中的位置低），因此所有太阳能分摊在宽广的地面上。相比之下，南北纬15°—30°之间的地区，夏季白昼时间较长且阳光入射角接近90°，两者结合使这两个地区有大量的能量可供利用。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705395316]
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反射与逆辐射
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大部分可能被吸收的太阳辐射，实际上都被反射回外太空，或者扩散到大气层中，这一过程称为反射（reflection）。由悬浮的稠密水分微粒或冰粒聚集而成的云，反射了大量的能量。浅色的地面——特别是积雪，也反射大量的太阳能。
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太阳能量经逆辐射和反射而消失。在逆辐射（reradiation）过程中，地球表面起着能量交换器的作用。如图4.7所示，被吸收到陆地和水中的能量以地面辐射的形式返回到大气层中。在晴朗的夜晚，没有云的遮挡或扩散运动，地球把白天吸收和储存的能量以热的形式逆辐射出去，温度就会持续下降。
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