U četvrtak 21. decembra u 17 sati i 28 minuta (srednjeeuropsko vrijeme) na sjevernoj je polutki započela kalendarska zima. U to je vrijeme nastupio zimski solsticij ili suncostaj. To je trenutak kada je Sunce u svom prividnom kretanju po nebu najjužnije tj. najniže nad obzorjem. Sjeverni je pol najviše otklonjen od Sunca te je na sjevernoj polutki noć najdulja, a dan najkraći.
Smjenu godišnjih doba u umjerenim zemljopisnim širinama uvjetuje nagib Zemljine osi u odnosu na ravninu po kojoj se Zemlja okreće oko Sunca. U četvrtak 21. decembra, južni pol je bio najviše priklonjen Suncu, a Sunčeve zrake okomite na južnu obratnicu, na 23°27′ južne geografske širine.
Nasuprot tomu, sjeverni pol je bio najviše otklonjen od Sunca. Na našoj hemisferi noć je tada bila najdulja a dan najkraći. Zimski solsticij ili suncostaj je početak kalendarske zime na sjevernoj polutci, dan se počinje produžavati, a noć smanjivati.
Pošto je sjeverna hemisfera prvog dana kalendarske zime najmanje izložena sunčevima zrakama moglo bi se zaključiti da je to ujedno i najhladniji dio godine na spomenutom području. Međutim, to nije tako.
“Kašnjenje” stvarne hladnoće
U pravilu, temperatura zraka nastavljati padati slijedećih mjesec do mjesec i pol dana! To “kašnjenje” stvarne hladnoće za zimskim solsticijem rezultat je postojanja Zemljine atmosfere (zrak), litosfere (kopno) i hidrosfere (vode), te oni utječu na Zemljinu toplinsku bilancu.
Njima je potrebno određeno vrijeme da se zagriju ili ohlade, pa je upravo zbog toga prosječno najhladnije razdoblje kraj siječnja ili početak veljače, a najtoplije kraj srpnja ili početak kolovoza. Da je Zemlja savršena sfera (kuglastog oblika bez reljefa) bez zraka i vodenih površina onda bi najhladniji dan u godini padao u zimski solsticij.
Zimski solsticij
Za vrijeme zime na sjevernoj polutki Zemlja Zemlja je bliže Suncu nego u ljeto na sjevernoj polutki. Zemlja prolazi kroz perihel (položaj kada je na svojoj eliptičnoj putanji najbliža Suncu) početkom siječnja svake godine (dakle desetak dana nakon zimskog solsticija). U 2018. godini Zemlja će najbliža Suncu biti 3. siječnja u 6: 35 sati po srednjeeuropskom vremenu. Tada će od Sunca biti udaljena 147 098 291 kilometara. Zemlja je od Sunca najudaljenija početkom srpnja (prolazi kroz afel), desetak dana nakon ljetnog solsticija na sjevernoj polutki. U 2018. godini to će se dogoditi 6. srpnja u 18:47 sati (16.47 po UTC vremenu). Tada će naš planet biti od središta Sunca udaljen za 152 098 233 kilometara. Dakle, na samom početku astronomskog ljeta Zemlja je oko 5 milijuna kilometara dalje od Sunca nego na početku astronomske zime.
To samo dokazuje da blizina Sunca i Zemlje ne određuje primarno temperaturu zraka na nekom području. Kut upada sunčevih zraka najviše utječe na temperaturu po principu – što okomitiji kut upada sunčevih zraka u odnosu na povšinu, više primljene toplinske energije što se manifestira višim temperaturama zraka.
Kut upada Sunčevih zraka
Zimi je Sunce nisko na horizontu, a kut upada sunčevih zraka je znatno manji nego ljeti. Zbog toga se jednaka količina sunčevih zraka raspoređuje na znatno veću površinu nego ljeti kada su koncentriranije na manju površinu. Iz istog razloga, prisojne padine brda i planina prime znatno više sunčeve topline od osojnih zbog povoljnijeg upada sunčevih zraka, što se osobito koristi u poljoprivredi.
Klimatološka zima traje od 1. decembra do 1. marta. Kalendarska (astronomska) zima najčešće počinje 21.decembra a završava oko 21.marta ili zadnjih godina (a i slijedećih) sve češće 20. ožujka. Promatrajući višegodišnji prosjek temperature zraka, prosinac je najtopliji, ali i najoborinskiji mjesec klimatološke zime. Prosječno je najhladnije u siječnju, zatim veljači.
