基本介紹
- 中文名：太陽高度角
- 外文名：solar elevation angle
- 性質：度角
- 正午時：太陽高度角最大（90°）
- 日出日落時：角度都為0
定義,一般時間,正午時間,赤緯算法,意義,變化規律,發展歷程,
定義
太陽高度角簡稱為“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地球地平坐標系中的地平高度。
一般時間
太陽高度角隨著地方時和太陽的赤緯的變化而變化。太陽赤緯（與太陽直射點緯度相等）以δ表示，觀測地地理緯度用φ表示（太陽赤緯與地理緯度都是北緯為正，南緯為負），地方時(時角)以t表示，有太陽高度角的計算公式：
sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t
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。時角是以正午12點為0度開始算，每一小時為15度。即14點和10點分別為30度和-30度。日出日落時角度都為0，正午時太陽高度角最大（90°），時角為0，以上的公式可以簡化為：
正午太陽高度角
正午太陽高度角sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ
由兩角和與差的三角函式公式，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|
具體計算：
對於(0°，120°E)這點來說，它離太陽直射點的緯度距離是0°，它的太陽高度角就是90°。
另外一個觀測點，（1°N，120°E）與太陽直射點的緯度差為1°
此時，這一點的太陽高度角為89°（根據上面的公式h=90°-|φ-δ|）。
太陽高度角計算
太陽高度角計算（1°S，120°E）與太陽直射點的緯度差也是1°。
因此，當地的太陽高度角也是89°！
同一時刻，下列各觀測點，報告的太陽高度角度數如下：
南北緯2°（與太陽直射點相距2°）：88°（=90°－2°）
南北緯3°（與太陽直射點相距3°）：87°（=90°－3°）
南北緯10°（與太陽直射點相距10°）：80°（=90°－10°）
南北緯30°（與太陽直射點相距30°）：60°（=90°－30°）
南北緯80°（與太陽直射點相距80°）：10°（=90°－80°）
南北緯90°（與太陽直射點相距90°）：0°（=90°－90°）
赤緯算法
上述式子中都涉及太陽赤緯，太陽赤緯的算法如下：
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）
意義
在晨昏線上的各地太陽高度為0 °，表示正經歷晝夜更替；
在晝半球上的各地太陽高度大於0°，表示白晝；
在夜半球上的各地太陽高度小於0°，表示黑夜。
變化規律
1、緯度變化規律：由太陽直射點所在經緯度向南北兩側遞減。可推知與太陽直射點的緯度相差一度，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20°N，這天全球正午太陽高度角就從20°N向南北兩側逐漸遞減，19°N的正午太陽高度角就等於89°。
即19°N的正午太陽高度=90°-（太陽直射點-該地緯度）=90°-（20°-19°）=89°
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31°N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：
1、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；
2、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；
3、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；
4、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)。
發展歷程
2015年9月11日開始的全國大學生數學建模競賽中，其中本科組A題太陽影子定位涉及到了此概念。
2016年5月18日開始的東南大學本科生數學建模競賽中，其中B題的太陽影子定位涉及到了此概念。
2016年8月18日開始的青島科技大學數學建模培訓中，其中第五題的太陽影子定位涉及到了此概念。
