Perbedaan suhu dari kutub ke khatulistiwa tergantung pada energi Matahari dan energi yang disimpan dalam sistem Bumi. Ada kalanya Bumi tidak memiliki lapisan es kutub atau gurun pasir dan ada kalanya es mengubur sebagian besar permukaan Bumi.
Bahkan perubahan kecil dalam keseimbangan energi Bumi berdampak pada suhu di khatulistiwa, kutub, dan setiap tempat di antaranya.
Cuaca Khatulistiwa
Khatulistiwa menerima sinar matahari paling langsung dan karenanya paling banyak energi matahari. Secara umum, zona iklim antara 15 derajat utara dan 15 derajat selatan (15°LU dan 15°S) lintang memiliki suhu rata-rata di atas 64°F (18°C). Perbedaan suhu siang-malam umumnya lebih besar daripada perbedaan suhu antara bulan-bulan terpanas dan terdingin di ekuator. Ketinggian dan pola cuaca seperti badai petir mempengaruhi suhu khatulistiwa lokal juga.
Selama musim panas, suhu di kutub utara rata-rata 32°F (0 °C) sedangkan suhu di kutub selatan rata-rata 18°F (−28.2°C). Selama musim dingin, suhu di kutub utara rata-rata 40°F (−40°C) tetapi suhu di kutub selatan rata-rata 76°F (−60°C). Geografi mengontrol perbedaan suhu antara kutub utara dan selatan.
Kutub utara terletak di lautan sedangkan kutub selatan terletak pada massa benua yang dikelilingi oleh lautan. Air laut di bawah lapisan es Arktik sedikit lebih hangat daripada es dan menghangatkan udara di atasnya. Massa daratan Antartika, bagaimanapun, mengurangi pengaruh lautan. Ketinggian rata-rata Antartika, sekitar 7.500 kaki (2,3 kilometer), juga menurunkan suhu di kutub selatan.
Kelengkungan dan Suhu Bumi
Kelengkungan Bumi menyebabkan energi Matahari menyebar ke area yang lebih luas dengan meningkatnya garis lintang. Semakin besar luas lahan energi menyebar, semakin rendah energi per satuan luas.
Pada akhirnya, suhu di suatu daerah tergantung pada jumlah energi matahari yang mencapai permukaan di daerah itu. Jumlah energi matahari di daerah tertentu lebih besar di khatulistiwa daripada di daerah yang sama di kutub, itulah sebabnya suhu khatulistiwa lebih hangat daripada suhu kutub.
Kemiringan Aksial dan Energi Matahari
Sumbu bumi miring sekitar 23,5° dari vertikal relatif terhadap bidang orbit bumi mengelilingi matahari. Ini kemiringan aksial berarti bahwa selama perjalanan bumi mengelilingi matahari kutub menerima jumlah sinar matahari yang bervariasi. Khatulistiwa, bagaimanapun, menerima sinar matahari yang relatif konsisten sepanjang tahun. Konsistensi energi berarti suhu khatulistiwa tetap relatif konstan sepanjang tahun.
Daerah kutub, di sisi lain, menerima lebih sedikit energi Matahari dan hanya menerima energi itu untuk sebagian tahun. Di garis lintang lebih tinggi dari 60 ° LU dan 60 ° S energi Matahari menyebar di area yang luas karena kelengkungan dan kemiringan sumbu Bumi. Lebih sedikit energi per satuan luas berarti suhu keseluruhan yang lebih rendah.
Kemiringan aksial berarti bahwa setiap kutub menerima sinar matahari secara konstan selama musim panasnya ketika kutub mengarah ke Matahari. Namun, selama musim dingin, kutub tidak menerima sinar matahari sama sekali karena kutub miring menjauhi Matahari.
Atmosfer, Laut, dan Suhu
Sementara perbedaan antara suhu rata-rata khatulistiwa dan suhu kutub mungkin tampak ekstrem, perbedaannya akan jauh lebih besar tanpa atmosfer bumi. Khatulistiwa akan menjadi sangat panas dan kutub menjadi lebih dingin. Energi matahari menggerakkan pola cuaca khatulistiwa, menyerap panas menjadi badai petir dan memindahkan panas dari atmosfer ke laut sebagai hujan.
Arus konveksi di atmosfer menyebabkan pola angin yang memindahkan panas dari ekuator menuju kutub. Arus laut dihangatkan oleh energi matahari membawa panas dari ekuator menuju kutub juga. Penguapan air permukaan, hujan dan curah hujan lainnya, angin dan arus laut menggerakkan udara hangat menuju kutub dan membawa udara dingin menuju ekuator.