這個計算器的功能
本工具可計算地球上任一地點、一整天當中太陽在天空中的位置。針對當地時鐘時間的每個整點,工具會回傳太陽的仰角(地平線以上的高度角,當太陽位於地平線下時為負值)與方位角(羅盤方向,自正北起順時針量度:北=0 度、東=90 度、南=180 度、西=270 度)。其天文演算屬通用性質;只有預設座標(東京)與預設時區偏移(+9,日本)帶有地區性,因此請依您自己所在地點自行調整。
使用方式
請輸入您的經度(東經為正、西經為負)、緯度(北緯為正、南緯為負)、相對於 UTC 的標準時間偏移(例如紐約標準時間為 -5),以及日期。計算器會把當地時鐘時間從 0 點掃描到 24 點,每個整點輸出一列資料。最醒目的數值,即為當地 12:00 時的仰角與方位角。
公式說明
首先由西曆日期推算儒略日數(Julian day number),再求得自 J2000.0 曆元起算的天數。透過一組低精度級數,求出太陽的平黃經、平近點角與視黃經;再結合黃赤交角,便可得到赤緯與赤經。將格林威治平恆星時(GMST)加上您的經度,即為當地恆星時;再減去赤經,便得到時角 \(H\)。最後利用球面三角關係式,將(赤緯、時角 \(H\)、緯度)換算為仰角與方位角。
$$\begin{gathered} h = \arcsin\!\Big( \sin\phi \, \sin\delta + \cos\phi \, \cos\delta \, \cos H \Big) \\[1.5em] \text{where}\quad \left\{ \begin{aligned} \phi &= \text{Latitude} \\ H &= \theta_G + \text{Longitude} - \alpha \\ \delta,\ \alpha &= \text{Sun declination and right ascension at UT} \\ \text{UT} &= t - \text{UTC Offset} \end{aligned} \right. \end{gathered}$$$$\begin{gathered} A = \operatorname{atan2}\!\Big( -\cos\delta \, \sin H,\ \ \sin\delta \, \cos\phi - \cos\delta \, \sin\phi \, \cos H \Big) \\[1.5em] \text{where}\quad \left\{ \begin{aligned} \phi &= \text{Latitude} \\ H &= \theta_G + \text{Longitude} - \alpha \end{aligned} \right. \end{gathered}$$
實例演算
以東京(東經 139.7447、北緯 35.6544)、時區 +9、2024 年 6 月 15 日為例。在當地真太陽正午前後,太陽赤緯約為 23.3 度(接近夏至最大值),因此正午仰角大致等於 \(90 - (35.6544 - 23.3) \approx 77.6\) 度,方位角接近 180 度(正南方)。清晨時太陽位於東方低空,傍晚時則低懸於西方。
常見問題
為什麼某些時段的仰角是負值?仰角為負代表太陽位於地平線之下,也就是夜晚、日出之前或日落之後的時段。
準確度如何?所採用的級數擬合適用於西元 1900 至 2099 年,誤差約在數角秒至數角分之間;在極高緯度地區誤差會略大。
方位角是如何量度的?自正北起順時針量度,因此 90 度為東、180 度為南、270 度為西。