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對於地球上的某個地點,太陽高度是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角,專業上講太陽高度角是指某地太陽光線與該地作垂直於地心的地表切線的夾角。

1太陽高度角定義

太陽高度角簡稱太陽高度(其實是角度)。
太陽高度是決定地球表面獲得太陽熱能數量的最重要的因素。
我們用h來表示這個角度,它在數值上等於太陽在天球地平坐標系中的地平高度。
如何得出某地某時的太陽高度角
H當地=90°—緯度差(所求地點緯度與直射點所在緯度的緯差)
[*同一半球,緯度相減,反之相加]
正午時間
日升日落,同一地點一天內太陽高度角是不斷變化的。日出日落時角度都為0,
正午太陽高度角

  正午太陽高度角

正午時太陽高度角最大,時角為0,以上的公式可以簡化為:
sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ
由兩角和與差的三角函數公式,可得
sin h=cos(φ-δ)
因此,
對於太陽位於天頂以北的地區而言,h=90°-(φ-δ);
對於太陽位於天頂以南的地區而言,h=90°-(δ-φ);
二者合併,因為無論是(φ-δ)還是(δ-φ),都是為了求當地緯度與太陽直射緯度之差,不會是負的,因此都等於它的絕對值,所以正午太陽高度角計算公式:
h=90°-|φ-δ|
太陽赤緯的演算法
上述式子中都涉及太陽赤緯,太陽赤緯的演算法如下:
由於太陽赤緯角在周年運動中任何時刻的具體值都是嚴格已知的,所以它(ED)也可
以用與式(1)相類似的表達式表述,即:
ED=0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos
2θ+0.0201cos3θ(5)
式中θ稱日角,即 θ=2πt/365.2422(2)
這裡t又由兩部分組成,即 t=N-N0 (3)
式中N為積日,所謂積日,就是日期在年內的順序號,例如,1月1日其積日為1,平年12月31日的積日為365,閏年則為366,等等。
N0=79.6764+0.2422×(年份-1985)-INT〔(年份-1985)/4〕
(式中INT表示取整數部分,例如INT(3.25)=3)
正午太陽高度角的變化規律
1:緯度變化規律:由太陽直射點所在緯線向南北方逐漸遞減。可推知與太陽直點的緯度相差一度,正午太陽高度角就減小一度。(進一步可得出:已知某一正午太陽高度角,一般有兩條緯線等於此度數)。
例如:太陽直射20oN,這天全球正午太陽高度角就從20oN向南北方逐漸遞減,19oN的正午太陽高度角就等於89o。
2:季節變化規律:太陽直射點移來時漸增,移去時漸減(太陽直射點相對某地所在緯線而言)。例如:對於31oN的地區,在12月22日(冬至日)至6月22日(夏至日)這段時間,正午太陽高度角漸增,6月22日(夏至日)至12月22日(冬至日)這段時間,正午太陽高度角漸減。
小結:A:整個南或北半球,正午太陽高度角能同時達全年最小值(該半球的冬至日),但不能同時達全年最大值。B:南北回歸線之間的地區,太陽直射時達全年最大值,而非該半球的夏至日。C:南北回歸線上一年一次最大值(該半球的夏至日)和最小值(該半球的冬至日);南北回歸線之間的地區一年兩次最大值(太陽直射時)、一次最小值(該半球的冬至日),但赤道一年各兩次。D:回歸線以外的地區,一年各一次最大值(該半球的夏至日)和最小值(該半球的冬至日)。

2示意圖

圖中標的角度為太陽高度角

  圖中標的角度為太陽高度角

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