太陽高度角

太陽高度角（英語：solar elevation angle），也稱太陽高度，是指某地的太陽光線與當地地平面的所交的最小線面角，這是以太陽視盤面的幾何中心和理想地平線所夾的角度。

太陽高度角的計算

太陽高度角可以使用底下的算式，經由計算得到很好的近似值^[1]：

\,\sin \theta _{\mathrm {s} }=\cos h\cos \delta \cos \Phi +\sin \delta \sin \Phi \,,

此處

$\,\theta _{\mathrm {s} }$ 是太陽高度角，
$\,h$ 是以地方恆星時系統下的時角，
$\,\delta$ 是目前太陽的赤緯，
$\,\Phi$ 是當地的緯度^[2]。

正午太陽高度角

計算正午太陽高度角需用以下公式。h=90°-|φ-δ|

日變化

在夜間，太陽高度為負值，子夜時太陽高度最小，此時稱為太陽下中天。

日出、日落時，太陽高度為0
上午太陽高度逐漸增大，最大時為太陽上中天，即是正午，午後太陽高度又逐漸縮小。

年變化

在一年當中，太陽的高度變化與地理緯度有關。在北回歸線以北地區，太陽高度以夏至正午時最高，但太陽不會出現在天頂；南迴歸線以南的地區則與反之。在南北回歸線之間，包含赤道在內，太陽每年會有一天通過天頂，即太陽的赤緯和當地的地理緯度相同那一天，也是一年當中太陽在正午高度最高的一天。

分佈

全球太陽高度為90度的點只有一個，稱太陽直射點，其在晝半球的中心。

其他地點的太陽高度以太陽直射點為中心呈同心圓等值分佈。（前提是假設地球是一個正球體）

極晝極夜現象

極晝極夜現象是因為太陽高度角和太陽直射點的變化形成的一種特殊現象，出現地點僅限南北兩極地區。極晝極夜現象是指在南緯66.5°以南，和北緯66.5°以北地區出現的白晝或夜晚暫時消失的情況。出現極晝情況的原因是由於太陽直射點南北運動，與太陽直射點同一半球的極點在雙至日（即夏至或冬至）中的某一天，最小太陽高度不小於0°，全天不落日的現象。極夜現象則反之。

原理分析

春分日和秋分日全球晝夜平分；

夏至日（6月21或22日）太陽直射點在北緯23.5°，則北半球出現極晝，南半球出現極夜；相反冬至日（12月21或22日）太陽直射點在南緯23.5°，則南半球出現極晝，北半球出現極夜。

科考價值

對於天文學考察來說，極夜現象具有極高的價值，發生極夜現象時，由於天空中並無太陽光的干擾，宇宙的天體運動變化得以展現，同時兩極地區空氣稀薄，大氣透明度相對高，雲霧少，因此對於天文觀測是一個極好的契機。

註解

^ 這個程式忽略了大氣折射的效應。
^ The formula is based on geocentric latitude, which differs from geographic latitude by less than 12 minutes of arc.