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,\(D = 0\))。
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。