Estación
Una estación es una de las cuatro divisiones anuales del clima causadas por la inclinación del eje de la Tierra, que cambia lo directa que es la luz solar y la duración del día.
Definition
Las estaciones son las cuatro partes del año, primavera, verano, otoño e invierno, y ocurren porque el eje de la Tierra está inclinado, así que diferentes partes de la Tierra se inclinan hacia el Sol en diferentes momentos del año. Cuando un hemisferio se inclina hacia el Sol, la luz solar lo golpea más directamente y los días son más largos, así que recibe más energía y tiene verano; seis meses después el mismo hemisferio se inclina lejos y tiene invierno, los dos hemisferios siempre tienen estaciones opuestas, y el ecuador tiene poco cambio estacional. En términos físicos, las estaciones surgen de la variación anual en la insolación solar en cada latitud, gobernada por la declinación solar $\delta$, que oscila entre $\pm 23.5^\circ$ mientras la Tierra orbita con un eje fijo. La insolación diaria depende tanto de la elevación solar de mediodía, que determina la energía por unidad de área mediante el coseno del ángulo cenital, como de la duración del día. La temperatura estacional se retrasa varias semanas respecto al pico de insolación porque los océanos y la tierra almacenan calor, razón por la cual el clima más caluroso llega en julio y agosto en lugar de en el solsticio de junio, y la excentricidad de la órbita de la Tierra hace que el verano del hemisferio sur, que ocurre cerca del perihelio, reciba cerca de $7\%$ más insolación que el verano del hemisferio norte.
Example
En julio, Carolina del Norte se inclina hacia el Sol y tiene días calurosos de verano, mientras que Australia se inclina lejos y tiene invierno. En el solsticio de junio el Sol de mediodía en Charlotte está a $78.5^\circ$ de altura y la luz de día dura $14.5$ horas; en el solsticio de diciembre el Sol de mediodía está a solo $31.5^\circ$ de altura y la luz de día dura menos de $10$ horas, así que menos luz directa por menos horas significa menos calentamiento. La luz solar que llega a un ángulo cenital $z$ entrega $S \cos z$ por unidad de área horizontal, donde $S \approx 1{,}360\ \text{W/m}^2$ es la constante solar. Para Charlotte al mediodía del solsticio de junio, $z = 11.5^\circ$ da $S \cos z \approx 1{,}330\ \text{W/m}^2$; al mediodía del solsticio de diciembre, $z = 58.5^\circ$ da cerca de $710\ \text{W/m}^2$, casi la mitad.
Key Insight
Las estaciones no son causadas por la distancia al Sol; la Tierra está más cerca del Sol a principios de enero, durante el invierno en Carolina del Norte. La Tierra está en el perihelio, su punto más cercano, alrededor del 3 de enero y en el afelio, el más lejano, alrededor del 4 de julio, y la diferencia del $3\%$ en distancia es demasiado pequeña para causar las estaciones, trabajando en contra del invierno del hemisferio norte en lugar de a favor. Los ciclos de Milankovitch, los cambios lentos en la oblicuidad, excentricidad y precesión de la Tierra a lo largo de decenas de miles de años, alteran la intensidad de las estaciones y son el marcapasos de las edades de hielo. La misma inclinación que nos da verano e invierno, variada lentamente, ha enterrado repetidamente a Norteamérica bajo hielo.