Årstiderna, dagjämningen och solstickorna
Det finns bara två tider på året då jordens axel inte lutar vare sig mot eller bort från solen, vilket resulterar i en ”nästan” lika stor mängd dagsljus och mörker på alla breddgrader. Dessa händelser kallas ekvinoxer.Ordet ekvinox kommer från två latinska ord – aequus (lika) och nox (natt). Vid ekvatorn står solen rakt ovanför oss vid middagstid vid dessa två dagjämningar. De ”nästan” lika långa timmarna av dag och natt beror på brytning av solljuset eller en böjning av ljusets strålar som får solen att synas ovanför horisonten när solens verkliga position är under horisonten. Dessutom blir dagarna lite längre på de högre latituderna (de som befinner sig på avstånd från ekvatorn) eftersom det tar längre tid för solen att gå upp och ner. Därför kommer dagslängden vid dagjämningen och under flera dagar före och efter dagjämningen att variera från cirka 12 timmar och sex och en halv minut vid ekvatorn, till 12 timmar och 8 minuter vid 30 graders latitud, till 12 timmar och 16 minuter vid 60 graders latitud.
Solståndet (Sommar & Vinter)
Sommarsolståndet inträffar i det ögonblick då jordens lutning mot från solen är som störst. På dagen för sommarsolståndet visas därför solen på sin högsta höjd med en position vid middagstid som förändras mycket lite under flera dagar före och efter sommarsolståndet. Sommarsolståndet inträffar när solen befinner sig direkt över Kräftans vändkrets, som ligger på 23,5° nordlig breddgrad och går genom Mexiko, Bahamas, Egypten, Saudiarabien, Indien och södra Kina. För varje plats norr om Kräftans vändkrets är solen på sin högsta punkt på himlen och detta är årets längsta dag.
Vintersolståndet markerar årets kortaste dag och längsta natt. På norra halvklotet inträffar det när solen befinner sig direkt över Stenbockens vändkrets, som ligger 23,5° söder om ekvatorn och löper genom Australien, Chile, södra Brasilien och norra Sydafrika.
För en fullständig lista över datum för vinter- och sommarsolståndet och vår- och höstdagjämningarna fram till 2025, se den här webbplatsen från U.S. Naval Observatory. En alternativ textlänk finns här.
Säsongerna
Vi vet alla att jorden gör ett fullständigt varv runt solen en gång var 365:e dag och följer en bana som är elliptisk till formen. Detta innebär att avståndet mellan jorden och solen, som i genomsnitt är 93 miljoner mil, varierar under året. Under den första veckan i januari är jorden ungefär 1,6 miljoner mil närmare solen. Detta kallas för perihelium. Afelion, eller den punkt då jorden befinner sig cirka 1,6 miljoner mil längre bort från solen, inträffar under den första veckan i juli. Detta faktum kan låta motsägelsefullt mot vad vi vet om årstider på norra halvklotet, men i själva verket är skillnaden inte betydande när det gäller klimatet och är INTE orsaken till att vi har årstider. Årstider orsakas av att jorden lutar 23,5° på sin axel. Lutningens orientering i förhållande till rymden ändras inte under året; det norra halvklotet lutar alltså mot solen i juni och bort från solen i december, vilket illustreras i figuren nedan.
Sambandet mellan dagslängd och temperatur
Det finns en fördröjning mellan årets längsta dag och de varmaste medeltemperaturerna för de flesta platser på mellersta och höga latituder.
I norra OH/nordvästra PA inträffar den högsta dygnstemperaturen nästan tre veckor senare i mitten av juli. Precis som den varmaste delen av dagen vanligtvis inträffar flera timmar efter middagstid, när solen står högst på himlen, så släpar den varmaste delen av sommaren efter sommarsolståndet. Denna fördröjning beror på den tid som marken och vattnet behöver för att värmas upp. Medeltemperaturen fortsätter att stiga tills solen sjunker lägre på himlen. Även om effekten är tydlig i en dagstemperaturkurva är den tydligare om man tittar på förändringar i den månatliga medeltemperaturen. I Cleveland är juli i genomsnitt 3,3°F grader högre än juni, och augusti är också 2,8°F varmare än juni, trots att dagslängden i augusti är betydligt kortare än dagslängden i juni.