對於地球上的某個地點，太陽高度角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通過該地與地心相連的地表切面的夾角。太陽高度角簡稱高度角。當太陽高度角為90°時，此時太陽輻射強度最大；當太陽斜射地面時，太陽輻射強度就小。
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。
