Su pregunta contiene en realidad una respuesta medio completa :)
como el hecho de que cuando el sol está más bajo en el cielo la radiación viaja a través de mucha más atmósfera antes de llegar a mí
Tiene lugar, por supuesto. En astronomía, esto se llama "Masa de aire" .
Esta magnífica foto lo ilustrará (con un cierto grado de exageración del ángulo real con el vector normal para la superficie de la Tierra)
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Nota: Pase al final de la respuesta para ver los datos reales
Los gases de la atmósfera absorben la radiación infrarroja, disipando así el calor entrante. Para ver el papel que desempeña la atmósfera a la hora de estabilizar el calor, se puede considerar un ejemplo cercano sin atmósfera: la Luna. Se dice que la temperatura de su superficie puede calentarse hasta > $100^{\circ}$ C, así como caer a temperaturas extremadamente bajas.
La atmósfera también es buena para dispersar la radiación, y la tasa de dispersión es mayor para las ondas más cortas.
Usted mismo puede observar el efecto de la dispersión: el cielo es azul, ya que los colores violetas (menor longitud de onda) se dispersan más que los rojos (mayor longitud de onda).
Como ejemplo de que las capas más bajas de la atmósfera desempeñan un buen papel, se podría considerar el estar en una montaña - a pesar de que no es realmente significativamente más alta sobre el nivel del suelo "plano", el sol aquí es realmente más intenso, mientras que la temperatura es más baja (he estado en las montañas y conozco esa extraña sensación).
En cuanto a la ilusión, creo que si algo tiene es la termorregulación del cuerpo. Creo que un ejemplo de que te bañas en caliente y luego sales al frío - no estás notando el hecho de que hace frío fuera durante un tiempo; es decir, no depende realmente de la radiación real aquí.
El otro hecho no está tan relacionado con la temporada, pero la humedad también tiene efecto; cubierto aquí - ¿Por qué el sol es más brillante en Australia que en algunas partes de Asia?
Hagamos ahora algunos cálculos con los datos reales (gracias @Travis para los datos).
El radio de la Tierra es de aprox. $6371$ km. El "final" de la atmósfera lo escogeremos a la altura de 100 km (ver Línea Kármán ). Nótese que esos números no son realmente relevantes, ya que vamos a obtener la relación de la longitud del camino que recorre la radiación en invierno y en verano.
Es decir, obtendremos la respuesta en forma de $~\dfrac{winter~path}{summer~path}$ .
Los datos son: en verano el sol estaba a 7,5 grados de la cabeza y en invierno el sol estaba a 30 grados de la cabeza. Así es como se vería:
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Ahora apliquemos la escala 200x y hagamos el análisis:
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La proporción sería: $\dfrac{115.4}{100.9}=1.144$ .
Eso significa que en el sol de invierno la radiación recorre un camino más largo en un 14,4%.
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@sammygerbil, Hasta un ciego sabe cuándo brilla el Sol. .
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La pregunta parece estar relacionada con algo que yo también he notado. A menudo, en los días que se prevé que sean muy calurosos, cuando salgo al sol por la mañana, digamos alrededor de las 9 antes de que el día se ponga realmente caluroso, a menudo ya siento el calor del sol más intensamente, como si el sol fuera significativamente más brillante en esa mañana. Nunca se me ocurrió una explicación lógica de por qué debería ser así, pero ahora que alguien está informando de una observación similar pensé que podría lanzar esto.
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@sammygerbil Siento que definitivamente puedo, sí - pero no he medido objetivamente la irradiancia o el calentamiento con ningún instrumento ni nada. Así que es posible que sea sólo una cosa de percepción. Si es así también me interesaría la ciencia que hay detrás de eso, aunque reconozco que puede ahondar más en la psicología y/o biología que en la física...
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@SamuelWeir Interesante. He encontrado esta pregunta que podría dar una posible razón para lo que describes (aunque ese efecto es opuesto a mi observación).
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@TypeIA - Las dos respuestas mencionan que las condiciones de baja humedad pueden hacer que el sol "parezca más brillante" o "se sienta mucho más caliente". Esa puede ser la posible explicación de nuestras dos experiencias. Una de las respuestas asocia las condiciones de baja humedad con el invierno y no con el verano, pero no estoy seguro de que eso sea necesariamente así porque los veranos donde yo vivo son muy secos y con poca humedad del aire. Así que la explicación de la baja humedad parece plausible para explicar mis experiencias.
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No sé dónde vives @sammygerbil, pero aquí, en el desierto del suroeste de Estados Unidos, podría decir si estoy al sol o a la sombra con los ojos vendados con un alto grado de precisión en cualquier época del año.
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@sammygerbil usando esa lógica el Sol se sentiría más caliente en el invierno, porque tus otros marcos de referencia te harían sentir más frío en promedio.
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@Tom.Bowen89 No estaba aplicando la lógica a esta pregunta. Estaba dando un ejemplo para mostrar que la percepción del calor es subjetiva.