أن اختلاف المناخ بين وقت وأخر ومكان وأخر يعود إلى جملة من العوامل التي تؤثر فيه. هذه العوامل قسم منها يأتي من خارج الغلاف الغازي والقسم الأخر يعمل من داخل حدود الغلاف الغازي. كما أن هذه العوامل متباينة في تأثيرها، فمنها ما يؤثر على جميع العناصر، والتباين فيها يؤدي إلى تباين المناخ على مستوى الكرة الأرضية ومنها ما يؤثر على عنصر أو عدة عناصر ويكون تأثيرها محلياً أي في منطقة وجودها. وفيما يأتي شـرح مفصل لهذه العوامل والتي تقسم إلى عامل خارجي وعوامل داخلية:

ـ  العامل الخارجي: الإشعاع External Factor: Radiation

الإشعاع الشمسي Solar Radiation هو مصدر الطاقة الأساسي للغلاف الغازي والأرض والهواء لا يسخن من الإشعاع الشمسي المباشر لان الهواء غير قادر على امتصاص الأشعة القصيرة الموجة Short Waves في حين يسخن الهواء من الإشعاع الأرضي لأنه طويل الموجة Long Waves فالأطوال الموجية للأشعة المنبعثة من الأجسام تتناسب عكسيا مع درجة حرارة الجسم. ولان درجة حرارة السطح الخارجي للشمس 1000م فأنها تبعث أشعة معظمها قصيرة الموجة، ومعدل الطول الموجي للإشعاع الشمسي هو  ميكرون بينما معدل درجة حرارة سطح الأرض 15م فأنها تبعث أشعة ذات أمواج أطول ويتراوح معدل الطول الموجي للأشعة الأرضية Earth Radiation بين 8-10 ميكرون. وهذه الأشعة هي التي يستطيع غاز ثاني أوكسيد الكاربون CO₂ وبخار الماء من امتصاصها لترفع حرارته. بينما يمكن لمعظم الإشعاع الشمسي أن ينفذ من خلال الهواء ليصل سطح الأرض.

يمكن تشبيه الأرض بحبة رمل قياسا إلى الشمس التي ستكون على شكل مصباح كهربائي بحجم كرة القدم المسافة بين المصباح وحبة الرمل 91,5 متر. لذلك فان نسبة ما يصل من الإشعاع إلى حبة الرمل سيكون قليلاً جداً. وهكذا فان الأرض التي تبعد عن الشمس بمعدل 150 مليون كم سوف تستلم كميات قليلة جداً من الإشعاع الشمسي تقدر ب 2,6 15 سعرة / دقيقة. هذه الكمية الكلية التي تستلمها الأرض خلال دقيقة تساوي الطاقة التي تنتج من مكائن توليد الكهرباء خلال سنة . ويمكن القول أن كمية الطاقة الواصلة أعلى الغلاف الغازي ثابتة، لذلك يطلق عليها (الثابت الشمسي Solar Constant( معدل قيمة الثابت الشمسي السنوي هو 1,94 سعرة /سم / دقيقة. هذه المعلومات تم أخذها من قياس المركبات الفضائية وصواريخ القياس والمناطق الجبلية ذات الارتفاعات الكبيرة. إن كمية الإشعاع الشمسي الواصل إلى سطح الأرض يختلف بين يوم وأخر وبين فصل وأخر، ولكنها كمعدل يقدر بحوالي 47% من كمية الأشعة الواصلة إلى أعلى الغلاف الغازي. أي أن الغلاف الغازي يستطيع أن يمتص أو يعكس حوالي 53٪ من الأشعة الداخلة من خلاله وفي النهاية، فان كمية الأشعة التي تمتصها الأرض سوف تنبعث من جديد إلى الفضاء لتقوم بتسخين الهواء.

أن ما يصل من إشعاع شمسي إلى سطح الأرض لا يتوزع بشكل متساوي عليها وذلك لان الأرض كروية، وهي تدور حول الشمس بمدار إهليجي شبة بيضوي. لذلك تستلم المناطق الاستوائية والمدارية كمية عالية من الطاقة بينما العروض الوسطى والقطبية تستلم كميات من الطاقة اقل أن اختلاف التوزيع هذا يعود إلى العوامل الآتية:

1 ـ زاوية سقوط الإشعاع الشمسي The Angle of Suns Ray

لان الأرض تدور حول الشمس بمدار شبه دائري (بيضوي)، كما أن محور الأرض مائل بمقدار 23.5 فان سقوط الإشعاع الشمسي وقت الظهيرة يكون عموديا على دائرة عرض واحدة ثم تزداد الأشعة ميلاناً كلما ابتعدنا عن دائرة العرض تلك. فلكياً هناك مواعيد ثابتة لموقع الشمس بالنسبة لدائرة العرض المعنية في وقت معين من السنة. فالشمس تكون عمودية على خط الاستواء في 21 آذار و 23 أيلول من كل عام. وتكون الشمس عمودية على مدار السرطان في 22 حزيران وعلى مدار الجدي في 22 كانون الأول. فعندما تكون الشمس عمودية على خط الاستواء فان زاوية سقوط الإشعاع على خط الاستواء تكون 90 وتقل الزاوية بالابتعاد عن خط الاستواء شمالا وجنوباً .

 أن زاوية سقوط أشعة الشمس على خط الاستواء تتراوح بين العمودية في الاعتدالين إلى شبه عمودية في الانقلابين. أما مداري السرطان والجدي فتكون الشمس عمودية عليها مرة واحدة في الانقلاب الصيفي ثم تصبح شبه عمودية في الاعتدالين ومائلة في الانقلاب الشتوي. أما الدائرتان الشبه قطبية فتكون الشمس مائلة عليهما في الانقلاب الصيفي ومائلة جداً في الاعتدالين وتختفي عنهما في الانقلاب الشتوي. أما القطبان فان أعلى ارتفاع للشمس يكون في الانقلاب الصيفي والذي لا يتجاوز 23.5 وتختفي الشمس عن القطبين لستة أشهر أن هذا الاختلاف في زاوية السقوط يؤدي إلى اختلاف كمية الطاقة الواصلة إلى كل دوائر العرض.

إن الفرق في كمية الطاقة بين الإشعاع العمودي والإشعاع المائل يعود إلى أن الإشعاع العمودي يتركز على مساحة محدودة بينما الإشعاع المائل ينتشر على مساحة واسعة. وبذلك فان كمية الطاقة على وحدة المساحة في الإشعاع العمودي تكون اكبر . كما أن الإشعاع العمودي يقطع مسافة في الغلاف الغازي اقل من المسافة التي يقطعها الإشعاع المائل وبذلك يتعرض الإشعاع المائل للتشتت Scattering والامتصاص Absorption والانعكاس Reflection أكثر مما يتعرض له الإشعاع العمودي وكمثال على ذلك يمكن مقارنة قوة الإشعاع بين وقت الظهيرة والغروب. فعند الظهيرة تكون قوة الإشعاع أكبر لأنها اقل ميلاناً وبذلك تتركز الأشعة على مساحة اقل وتقطع غلاف غازي اقصر. أما عند الغروب فالأشعة المائلة تنتشر على مساحة أوسع وتقطع غلاف غازي يزيد عن ثلاثة أضعاف الغلاف الغازي الذي تقطعه الأشعة عند الظهيرة. وهكذا تكون قوة الإشعاع ظهراً اكبر من قوة الإشعاع عند الشروق والغروب.

من هذه الحقيقة  يتضح لنا أن كمية الأشعة على خط الاستواء والمدارين هي اكبر منها عند الدائرتين والقطبين، وبذلك يكون هنالك فائض في الطاقة طوال العام في المنطقتين الاستوائية والمدارية ونقص في الطاقة طوال العام في المنطقتين شبه القطبية والقطبية.

2. طول النهار Length of Daylight

يختلف طول النهار باختلاف دائرة العرض كذلك. حيث أن ميلان المحور يؤدي إلى ظهور نهار طويل في احد نصفي الكرة ونهار قصير في النصف الأخر. أن طول النهار يكون ثابتاً تقريباً على خط الاستواء طوال العام، حيث يكون النهار 12 ساعة.

ويطول النهار باتجاه النصف الذي تكون الشمس عليه عمودية ويقصر النهار باتجاه النصف الذي تكون الشمس عنه بعيدة. وأن فترة النهار تكون ستة أشهر بلا انقطاع فوق القطب الشمالي إذا كانت الشمس عمودية على النصف الشمالي، والعكس صحيح. وبذلك فان لاختلاف طول النهار أثر واضح في كمية الأشعة الشمسية الواصلة إلى منطقة ما وتختلف طول الفترة التي يكون فيها النهار 24 ساعة. فعند دائرة عرض 74 يستمر النهار 24 ساعة لفترة شهر وعند دائرة عرض 78 شهرين وعند دائرة عرض 78 أربعة أشهر وعند القطب ستة أشهر أن طول النهار يعني طول الفترة التي تستلم فيها الأرض الإشعاع الشمسي. وبذلك تزداد الطاقة صيفا عندما يكون النهار طويلاً، وتقل شتاءاً عندما يكون النهار قصيراً.

3. صفاء السماء Sky Clearance

يتعرض الإشعاع الشمسي قبل وصوله إلى سطح الأرض إلى كل العمليات المؤثرة فيه من امتصاص وانعكاس وتشتت . لذلك لا يمكن أن تصل كل كمية الإشعاع الشمسي الواصلة إلى أعلى الغلاف الغازي إلى سطح الأرض ، وتعتمد الكميات الممتصة والمنعكسة من الأشعة في الغلاف الغازي على سمك الغلاف الغازي الذي تخترقه الأشعة وعلى كمية الغيوم أو الغبار الموجود في الهواء. فكلما كانت كمية الغيوم أو الغبار كبيرة كلما كان الامتصاص والانعكاس أكبر.

أما تشتت الأشعة في الغلاف الغازي فأنة يعتمد على تركيبة الغلاف الغازي من الغازات. لذلك فان كمية الامتصاص والانعكاس والتشتت تعتمد على حالة الغلاف الغازي وعلى زاوية سقوط الأشعة. أي أن كمية الأشعة الشمسية الواصلة إلى سطح الأرض تختلف حسب اليوم والفصل.

تقدر كمية الأشعة الشمسية القصيرة الموجة المنعكسة والمشتتة في الغلاف الغازي من قبل الغيوم وذرات الغبار الصغيرة وجزيئات الهواء وسطح الأرض بحوالي 34 من مجموع الإشعاع الشمسي الواصل إلى أعلى الغلاف الغازي قسم بسيط منها يعود إلى الأرض على شكل إشعاع مشتت أن هذه الكمية المفقودة لا تستعمل إطلاقاً في تسخين الهواء أو الأرض.

أو الماء. وهناك 19٪ من الإشعاع الشمسي الداخل إلى الغلاف الغازي يسخن الهواء مباشرة، وذلك عن طريق امتصاصه من قبل بخار الماء الموجود في الهواء وكذلك عن طريق تكوين الأوزون. والباقي 47٪ يصل إلى سطح الأرض بشكل مباشر وقليلاً جداً من الأشعة المشتتة. هذه النسبة تمتص مباشرة من قبل الأرض لتسخن الأرض حيث بعدها تبدأ الأرض بإشعاع الطاقة التي تعمل على تسخين الغلاف الغازي. وكما أشرنا سابقاً، فان الغلاف الغازي لا يمتص إلا القليل من الأشعة الشمسية القصيرة الموجة. وبذلك فأنه يعتمد في تسخينه على الإشعاع الأرضي. حيث يقوم غاز ثاني أوكسيد الكاربون CO2 وبخار الماء بامتصاص معظم الإشعاع الأرضي المنبعث ليسخن الغلاف الغازي.

4. نسبة ألعاكسية Albedo

يؤثر هذا العامل على كمية الإشعاع الشمسي بنسبة صغيرة إذا حسب من سطح الأرض، وبنسبة كبيرة إذا ما حسب من الغلاف الغازي. إن مفهوم نسبة ألعاكسية يعتمد على أن جميع الأجسام في الطبيعة تعكس وتشتت جزءا من الإشعاع الساقط عليها وتمتص ما تبقى من هذا الإشعاع. ولان الطبيعة لا تحتوي على أجسام سوداء أو بيضاء فيزيائياً الجسم الأسود الفيزيائي يمتص 100٪ والجسم الأبيض الفيزيائي يعكس 100 ٪ ، فدائما هناك كمية منعكسة أو مشتتة من الإشعاع والباقي ممتص إن كمية الممتص أو المنعكس من الإشعاع من قبل الجسم يعتمد كليا على خشونة سطح الجسم وعلى لون الجسم. فالألوان التي تقترب من الأبيض تعكس أكثر مما تمتص بينما الأجسام القريبة من الأسود فإنها تمتص أكثر مما تعكس. فمثلا عاكسية الثلج 93٪ بينما عاكسية التربة بين 7 - 20٪ والسطح الخشن أكثر عاكسية من السطح الأملس. كما تؤثر على العاكسية كمية الرطوبة في الجسم، فعاكسية التربة الرطبة اقل من عاكسية التربة الجافة. واليك أمثلة عن عاكسية عدد من الأجسام في الطبيعة، فالثلج الحديث السقوط تتراوح عاكسيته بين 90-75 ، والثلج القديم 70-50٪ ، والرمال -20-10 ٪ ، والغابات 10 - 3 ٪ ، والحشائش ، 30 - 15٪ ، والتربة 20 – 7٪ .

مما سبق يلاحظ أن عامل العاكسية هو عامل محلي أكثر منه إقليمي. وبذلك فان فقدان الأشعة الشمسية الواصلة إلى سطح الأرض بواسطة هذا العامل من مجموع الإشعاع الشمسي الواصل إلى الغلاف الغازي. وإذا أضفنا عاكسية الغلاف الغازي، فان هذا العامل يصبح مهما في التأثير على كمية الإشعاع الشمسي الواصلة إلى سطح الأرض، حيث ترتفع النسبة إلى أكثر من 20٪.

من الاستعراض السابق لطبيعة الإشعاع والعوامل المتحكمة في شدته يلاحظ أن عامل الإشعاع الشمسي هو عامل مهم جداً في التأثير على المناخ. حيث أن هذا العامل يؤثر بشكل مباشر على توزيع درجة الحرارة والحرارة هي العنصر المحرك لجميع العناصر الأخرى. بل أن بعض الباحثين يقولون أن المناخ هو انعكاس لتوزيع الإشعاع الشمسي على سطح الأرض.