时光荏苒，岁月如梭，似乎转眼之间，我们又迎来了2024年的冬至，正如我们所知，冬至了，就意味着寒冷冬季的来临。
另一方面来讲，地球是一颗围绕着太阳公转的行星，由于地球的公转轨道是一个椭圆，因此在地球的公转过程中，它与太阳的距离也在不断地发生变化，有时远一些，有时近一些。那么问题就来了，在冬至的时候，地球与太阳的距离是远还是近呢？
按常理来讲，距离太阳越远，地球接收到的太阳辐射就越弱，据此我们似乎可以认为，冬至来临时，地球应该距离太阳更远才对。
但实际情况却并非如此，因为科学家早已确定，地球运行到近日点的时间点，其实是每年的1月初，也就是说，每年冬至来临时，地球却即将抵达距离太阳最近的位置。
既然如此，为何我们却在过寒冷的冬季呢？其实这是可以解释的。首先来讲，地球与太阳的距离变化，确实会对地球表面的温度造成影响，具体影响有多大呢？这是可以计算的。
根据平方反比定律，太阳的辐射强度与距离的平方成反比，已知地球在近日点距离太阳约1.47亿公里，而在远日点则约为1.52亿公里，简单计算一下可知，地球与太阳的距离变化，最多可以造成地球表面单位面积接收到的太阳辐射强度出现大约7%的差异。
然而在地球上，还有一种机制可以对地球表面温度造成更大的影响，是什么呢？答案就是：太阳光在地球表面的入射角度的变化。
想象一个场景，现在你用一只手电筒照射地面，手电筒发出的光线在地面上形成一个光斑。在这种情况下，当你调整手电筒光线的入射角度时，就可以观察到，光斑的面积与光线的入射角度密切相关，具体表现为，入射角度越倾斜，光斑的面积就越大，而当光线与地面垂直时，光斑面积达到最小值。
这就说明了一个道理，即：在这个场景中，手电筒发出的光线相对于地面越倾斜，光斑上的单位面积接收到的光通量就越少，反之亦然，而当光线垂直入射时，光斑面积最小，其单位面积接收到的光通量就可以达到最大值。
实际上，这个道理同样也适用于地球，我们可以简单地将其理解为，对于地球表面的一个特定区域来讲，太阳光相对于地面越倾斜，其单位面积接收到的太阳辐射强度就越弱，反之亦然，而当太阳光垂直入射时，其单位面积接收到的太阳辐射就可以达到最大值。
需要知道的是，由于地球的自转轴相对于黄道面（即地球公转轨道所在的平面）有一个大约23.44度的倾角，这就造成了在地球围绕太阳公转的过程中，太阳光在地球表面的直射区域，会在一个特定的纬度范围出现周期性的南北移动，通常来讲，我们将其最北的界线称为北回归线，最南的界线称为南回归线。
也就是说，随着地球的公转，对于地球表面同一个区域来讲，太阳光的入射角度其实也在变化，根据前面提到的道理，其单位面积接收到的太阳辐射强度，也会发生相应的变化，其表面温度当然也会受到影响，具体有多大影响呢？这也是可以计算的。
太阳辐射强度因为入射角度的变化，可以用一个简单的公式“I = I0 * sin(h)”来进行描述，其中“I”为地面单位面积接收到的实际太阳辐射强度，“I0”为太阳光垂直于地面时的，地面单位面积接收到的太阳辐射强度，“h”为太阳高度角（正午时，下同），“sin”为正弦函数。
以北回归线为例，每年夏至，这里是太阳光在地球表面的直射区域，此时太阳光垂直于地面，而每年冬至，太阳光在地球表面的直射区域则在南回归线，而此时这里的太阳高度角则大约为43度。
简单计算可知，随着太阳光在地球表面的入射角度的变化，其地表单位面积太阳辐射强度在一年内的变化幅度，可以达到大约32%。
需要指出的是，根据纬度的不同，这种变化的幅度也不一样，纬度越高，幅度越大，以至于在极地区域，甚至会出现极夜期间太阳辐射强度接近零的情况，反过来讲，纬度越低，幅度也就越小，而在赤道附近，由于太阳高度角全年变化不大，这种变化的幅度也就相对很小。
尽管如此，我们也可以清楚地看到，与地球与太阳的距离变化相比，太阳光在地球表面的入射角度的变化所造成的影响显然要大得多，所以后者才是影响地球四季变化的主要原因。
综上所述可知，在冬至来临之时，尽管地球即将抵达距离太阳最近的位置，但由于此时太阳光的直射区域在南半球，而对于北半球来讲，太阳光的入射角度却倾斜得很厉害，这就使得北半球单位面积接收到的太阳辐射强度很弱，温度自然也就比其他的时候更低，所以我们就在过寒冷的冬季。
是的，当生活在北半球的我们在过寒冷的冬季时，生活在南半球的人们却在过炎热的夏季。
看到这里，可能有人会问了，如果真是这样的话，那南半球的夏季距离太阳更近，冬季则距离太阳更远，如此一来，那里的夏季就应该比北半球更热，冬季则会更冷，但实际情况却似乎并非如此，这又是为什么呢？
其实这也是可以解释的，简单来讲，最主要的原因其实就是海陆分布的不同。
由于南半球的海洋面积比北半球大得多，而海洋的比热容比陆地更高，这意味着在质量相同的条件下，海洋吸收或释放单位温度变化所需的热量比陆地更多，因此在同等太阳辐射强度的情况下，南半球夏季的升温和冬季的降温幅度就应该比北半球更小。
但实际上，由于地球与太阳的距离变化，南半球的夏季接收到的太阳辐射要强一些，冬季接收到的太阳辐射则要弱一些，如此一来，从整体上来讲，南半球夏季和冬季，也就与北半球差不多了。不得不说，作为人类在宇宙中唯一的家园，地球的“设计”真是非常奇妙，你觉得呢？
