太陽高度角的定義、計算公式及變化規律
更新時間：2024-07-26 20:16:44作者：佚名
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太陽高度角簡稱“太陽高度”（其實是角度，不是高度），太陽高度是決定地球表面接收太陽熱能大小的最重要因素，我們用h來表示這個角度，在數值上等于地球地平坐標系中太陽的高度。
一般時間
太陽高度角隨地方時和太陽赤緯的變化而變化。太陽赤緯（等于太陽直射點的緯度）用δ表示，觀測點的地理緯度用φ表示（太陽赤緯和地理緯度均為北緯為正，南緯為負），地方時用t表示。太陽高度角計算公式為：
sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t
中午時間
中午太陽高度角
太陽升起落下，一天之內同一位置的太陽高度角不斷變化。時角從中午12點開始為0度，每個小時為15度。即下午14點和10點分別為30度和-30度。日出和日落時角度為0度。中午時分太陽高度角最大（90°），時角為0度。上述公式可以簡化為：
sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ
根據兩個角度之和與差的三角公式，我們可以得到
sin h = cos(φ－δ)
所以，
對于太陽位于天頂以北的地區，h = 90° - (φ - δ)；
對于太陽位于天頂以南的地區，h = 90° - (δ - φ)；
將二者結合起來，由于（φ-δ）與（δ-φ）均為當地緯度與太陽直射緯度之差，不會為負數，所以它們等于其絕對值，因此正午太陽高度角的計算公式為：
h=90°-|φ-δ|
具體計算：
我們舉個例子來推導一下，假設春分（秋分也可以，只要太陽在赤道直射）某一時刻，太陽在（0°，120°E）點的直射點，那么120°E子午線上的每一點都是正午。
對于點(0°,120°E)，它到太陽直射點的緯度距離為0°，它的太陽高度角為90°。
另一個觀察點（北緯 1°，東經 120°）與太陽直射地球的位置有 1° 的緯度差。
太陽高度角計算
此時該點的太陽高度角為89°（根據上述公式h=90°-|φ-δ|）。
（南緯 1°，東經 120°）與太陽直射點的緯度差為 1°，因此當地太陽高度角也是 89°。
同時，下列觀測點報告的太陽高度角如下：
2°N/S（距太陽直射點2°）：88°=90°－2°
3°N/S（距太陽直射點3°）：87°=90°－3°
10°N/S（距太陽直射點10°）：80°=90°－10°
30°N/S（距太陽直射點30°）：60°=90°－30°
80°N/S（距太陽直射點80°）：10°=90°－80°
太陽高度角與受熱面大小關系
90°N/S（以太陽直射點為90°）：0°=90°－90°
偏角算法報告
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上述公式都涉及太陽赤緯。太陽赤緯的算法如下：
由于太陽赤緯在其周年運動中任何時刻的精確值都是已知的，因此它（ED）也可以
可以用類似于公式（1）的表達式來表示，即：
ED=0.3723+23.2567sin θ+0.1149sin 2θ-0.1712sin 3θ-0.758cos θ+0.3656cos 2θ+0.0201cos 3θ (5)
這里θ稱為太陽角度太陽高度角與緯度的關系，即θ=2πt/365.2422 (2)
這里t由兩部分組成，即t=N－N0 (3)
其中 N 為累計天數。所謂累計天數，就是日期在一年中的序號。例如，1 月 1 日的累計天數為 1，平年的 12 月 31 日的累計天數為 365，閏年的累計天數為 366，以此類推。
N0=79.6764+0.2422×(年份-1985)-INT〔(年份-1985)/4〕
（其中INT表示整數部分，例如INT(3.25)=3）
意思廣播
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晨昏線各位置的太陽高度角均為0°，表示白天和夜晚正在變換。
晝半球各地太陽高度角大于0°，為白天；
夜半球各處的太陽高度角均低于0°，表示黑暗。
變更法律報告
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1.緯度變化規律：太陽直射點的經緯度向南北方向遞減，太陽直射點緯度每相差一度，中午太陽高度角就會減少一度。（推論：如果知道中午太陽高度角，一般會有兩個緯度等于這個度數。）
例如：當太陽直射北緯20°時，當天全球中午太陽高度角由北緯20°向南北逐漸減小，北緯19°處中午太陽高度角等于89°。
即北緯19°正午太陽高度角=90°-（太陽直射點-該地緯度）=90°-（20°-19°）=89°
2. 季節變化：太陽高度角隨太陽直射點靠近而增大，隨太陽直射點遠離而減小（相對于某地的緯度）。例如太陽高度角與緯度的關系，對于北緯 31° 的區域，中午太陽高度角從 12 月 22 日（冬至）到 6 月 22 日（夏至）增加，從 6 月 22 日（夏至）到 12 月 22 日（冬至）減小。
3、直射射線速度的變化規律：當太陽由赤道向北回歸線、南回歸線移動時，直射射線緯度的變化表現為減速運動，由北回歸線向赤道方向逐漸加速。
概括：
1、整個南/北半球，中午太陽高度角可以同時達到全年最小值（半球冬至），但不能同時達到全年最大值；
2. 在北回歸線和南回歸線之間的地區，太陽直射點時達到年度最大亮度，而不是該半球的夏至；
3、北回歸線與南回歸線每年有一次最大值（半球夏至）和一次最小值（半球冬至）；北回歸線與南回歸線之間的地區每年有兩次最大值（太陽直射時）和一次最小值（半球冬至）貝語網校，但赤道每年有兩次最大值；
4、北回歸線以外的地區，最大值（該半球的夏至）和最小值（該半球的冬至）每年出現一次。
發展歷史報告
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2015年9月11日開始的全國大學生數學建模競賽中，本科生A組題目“太陽影子的位置”就涉及到了這個概念。2023年9月7日開始的全國大學生數學建模競賽中，本科生A組題目也提到了這個概念。
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