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輸入計算

數學公式

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結果

白晝時數
14.85
小時的白晝
長度(時:分) 14 h 51 min
太陽赤緯 23.45°

什麼是日照時數計算器?

這款計算器可估算任一地點在一年中某一天的白晝時數,地點以「緯度」來界定。計算方式採用太陽幾何學中標準的「日出方程式」,將您所在的緯度與當天的太陽赤緯角結合運算。結果即為日出到日落之間的時間(屬於幾何日照,未計入大氣折射與太陽視圓面的影響)。

使用方法

請以「度」為單位輸入您的緯度——北半球為正值,南半球為負值。接著輸入一年中的第幾天(1 = 1 月 1 日,172 ≈ 6 月 21 日,355 ≈ 12 月 21 日)。計算器會以「十進位小時」及「時分」兩種格式回傳白晝長度,並同時顯示當天計算出的太陽赤緯。

公式說明

首先以庫珀公式(Cooper's equation)求出太陽赤緯 \(\delta\):

$$\delta = 23.45^{\circ}\cdot\sin\!\left(\frac{360\cdot(284 + N)}{365}\right)$$

其中 \(N\) 為一年中的第幾天。接著計算白晝長度

$$D = \frac{24}{\pi}\cdot\arccos\!\left(-\tan\phi\cdot\tan\delta\right)$$

其中 \(\phi\) 為緯度。當 \(-\tan\phi\cdot\tan\delta\) 的數值落在 \(\pm 1\) 之外時,代表太陽終日不落(永晝,\(D = 24\))或終日不升(永夜,\(D = 0\))。

一個球體分為明亮的白晝一側和黑暗的夜晚一側的示意圖,標出日出時角
日出方程求出緯度圈中處於白晝的比例。
地球繞地軸傾斜並有太陽光線的示意圖,標出緯度角 phi 和太陽赤緯角 delta
晝長背後的幾何原理:緯度(phi)和太陽赤緯(delta)決定日出時角。

實例演算

以北緯 40°、第 172 天(約在夏至前後)為例,\(\delta \approx 23.45^{\circ}\)。則

$$-\tan(40^{\circ})\cdot\tan(23.45^{\circ}) \approx -0.8391\cdot 0.4337 \approx -0.3640$$

而 \(\arccos(-0.3640) \approx 1.9438\) 弧度。因此

$$D = \frac{24}{\pi}\cdot 1.9438 \approx 14.85 \text{ 小時}$$

約為 14 小時 51 分的白晝。

常見問題

為什麼我的結果和日出時刻表差了幾分鐘?官方公布的時刻表會把大氣折射與太陽視圓面半徑(約 50' 的修正)一併計入,因此實際觀測到的白晝會略長一些。本計算器提供的是以太陽中心為準的幾何數值。

為什麼緯度上限是 \(\pm 66.5^{\circ}\)?超過南北極圈之後,太陽可能連續 24 小時不落或不升;輸入範圍設限是為了讓結果維持在一般的日出/日落情境內,不過公式本身仍能處理永晝與永夜的極區狀況。

哪個半球要用負緯度?南半球請使用負緯度,當地的季節(與白晝長度)與北半球正好相反。

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