第四节 太阳高度角和方位角
根据上节所述，地面上的太阳辐射强度和它入射到大气层中的角度有关，而这个角度显然和太阳的位置有关，实际上是和太阳与地面观察点的相对位置有关。大家都知道，从地面上某一个地点来观察，太阳每天早晨从东方升起，经过天空，晚间又从西方落下。但是，要精确确定它的位置，就必须用两个角度表示。一个叫太阳高度角，就是在任何时刻，从日轮中心到观测点间所连的直线和通过观测点的水平面之间的夹角。另一个叫太阳方位角，就是从日轮中心到观测点间所连直线在通过观测点的水平面上的投影和观测点正南方向之间的夹角，如图1-4所示。
图1-4 太阳角示意图
图1-5 太阳运行轨道示意图
从观察者来看，太阳在天空中运行的轨道就可以由太阳高度角和方位角随时间的变化来表示（参看图1-5，该图的观察点在北半球）。这个运行轨道又随季节的变化而不同。从北半球的观察点看，在春分、秋分时，太阳从正东升起，在正午时，太阳高度角h在一天中最大，然后从正西方落下。在夏至时，太阳从东北方升起，在正午时，太阳高度角为一年中最大，然后从西北方落下。在冬至时，太阳从东南方升起，在正午时，太阳高度角为一年中正午时最小的高度角，然后从西南方落下。
太阳高度角h和方位角A的值可以由以下公式计算出来：
式中φ―观察点的地理纬度，北半球为正，南半球为负；
ω―地球绕轴旋转的角速度，几乎是一个常数，即15°／时；
t―平均太阳时，正午以前为负，正午以后为正，t=tst－（Lst－Lloc）/15－12时，其中tts为时区标准时间，Lst为标准时间根据的经度，Lloc为观察点经度。
δ―太阳赤纬角。占可用以下近似公式计算：
式中n―一年中的第几天。
这里要说明的就是方位角的值，正南方向为0，东南方为负，西南方为正。
上面谈到的平均太阳时是根据地球自转在一年中的平均转速计算出来的。但是，地球的自转速度是不均匀的，一年中任何时刻，太阳的位置是和真太阳时相联系的，真太阳时和平均太阳时之差称为时差，如图1-6所示。在计算中根据时区的标准时间，观察点的经度，可以得到平均太阳时，再用时差校正，就能得到真太阳时了。
图1-6 时差在一年的变化
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