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太陽路徑

Wikipedia · 2026-04-29 维基百科 👁 1 阅读

所在的北半球緯度，一年中的太陽高度變化範圍。]]
上，任何與鹿特丹同緯度（51.92ºN）地點的太陽路徑。極軸標示太陽的仰角度數，依照從北方順時針起算方向的慣例，標示太陽方位角度數。注意極軸的正方向是指向座標系的極點。標示的時刻以當地太陽時為準。另外要注意，太陽的路徑是對稱的，未顯示的Jul 21, Aug 20, Sep 20, Oct 20, Nov 21,，若要顯示，則分別對應於May 21, Apr 20, Mar 20, Feb 20, Jan 21, 。]]
圖顯示的是在2014年從布達佩斯拍攝的太陽日行軌跡。]]

太陽路徑，有時稱為日弧（），會影響某個季節中，某一緯度所經歷的白天長度及所接收的日照。

相對的太陽位置是建築熱量獲取及太陽能系統性能的重要因素。特定地點準確的太陽路徑與氣候條件知識，對於在太陽能收集器的區域、方向、景觀、夏季遮蔭及成本效益使用太陽能追蹤器等經濟決策至關重要。

角度
地球轉軸傾角的影響
任何緯度、任何季節的太陽路徑都可以從基本的幾何結構中推算出來。地球自轉的軸（自轉軸）相對於地球繞太陽的軌道面（黃道）傾斜。隨著地球繞太陽公轉，這會造成太陽路徑在兩至點之間的赤緯差異達到47°，以及夏季與冬季在南北兩個半球間的差異。

在北半球的冬季（11月、12月、1月），太陽從東南方升起，頂點在南方以低角度通過天球子午線（在熱帶地區高於南方地平43°以上），然後在西南方落下。它整天都在房子的南側（赤道）那邊。面向南方（赤道側）的垂直窗戶能有效捕捉太陽熱能。作為比較，南半球的冬季（五月、六月、七月），太陽從東北方升起，在北方以低角度（熱帶地區超過地平線43°以上）掠過，然後在西北方向落下。在那裡，朝北的窗戶會讓大量太陽熱能進入房子。

在北半球夏季（5月、6月、7月），太陽從東北方升起，稍微在頭頂南側達到最高峰（高緯度的太陽高度較低），然後在西北落下；而南半球夏季（11月、12月、1月）太陽則從東南方升起，稍微在頭頂點以北達到高峰（高緯度的太陽高度較低），然後在西南方向落下。可以輕易依照緯度設計簡單的赤道側懸挑，在一年中最熱的日子裡，阻擋100%直接太陽輻射進入面向赤道的垂直窗戶。可捲下的外部遮陽網、室內半透明或不透明的窗戶被子、窗簾、百葉窗、可移動的格架等等，都可用於每小時、每日或季節性日照與熱傳導的控制（無需主動電氣空調）。

除了極地外，全球各地在春分與秋分（3月20/21日及9月22/23日）期間，太陽都從正東升起，正西落下。在北半球，春分的太陽在天空的南半部（約在中緯度地平線中段）達到最高點；而在南半球，太陽則在天空的北半部達到最高點。面向赤道時，太陽在北半球似乎從左向右移動，在南半球則由右向左移動。

緯度（及半球）特定的太陽路徑差異對有效的被動太陽能建築設計至關重要。 它們是最佳窗戶與懸挑季節設計的重要資料。太陽能設計師必須了解每個設計地點的精確太陽路徑角度，以及這些角度與基於地點的季節性供暖與冷需求之間的比較。

在美國，季節性太陽路徑的精確位置高度與方位數值可從NOAA取得：建築物的「赤道側」位於北半球的南方，南半球則是北方，太陽在南半球的夏至，12月21日達到最高點。

太陽正午時，垂直棍子的影子
在分點時，赤道上的正午太陽會直射頭頂，因此垂直的棒子不會投下陰影。 在北回歸線（約23.4°N）上，垂直的棒子不會在六月至日（[北半球]]]夏至）投下陰影，而其餘時間其正午的陰影則指向北極。在南回歸線（約南緯23.4度）上，垂直的樹枝不會在南半球的夏至時投下陰影，而其餘時間其正午的陰影會指向南極點。北回歸線以北，正午的影子總是指向北方；在南回歸線以南，正午的陰影總是指向南方。

日照持續時間
在極圈範圍內（北極圈以北及南極圈以南），每年至少有一天太陽在地平線下停留24小時（冬至），以及至少一天太陽在地平線上停留24小時（夏至）。

在中緯度地區，白天長度、太陽天頂角和太陽方位角隨季節變化。隨著離赤道距離的增加，長夏日與短冬日的長度差異會增加關於太陽幾何，首先計算太陽向量的x、y、z分量，該向量為單位向量，尾端固定在觀察者的位置，且頭部持續指向太陽，然後利用分量計算太陽天頂角與太陽方位角。計算出的太陽向量，無論白天或夜晚，全年都一小時一步，能有效地視覺化太陽路徑。

在下面的圖中，座標系的原點是觀察者的位置，x-正是東方，y-正是北，z-正是向上；在北極點，y負值與本初子午線相切；在南極點，y-正值與本初子午線相切；Z-正值代表白天，Z-負值代表夜間；時間步長為1小時。

所有圖形中的每個「8」圖案都是一個日行跡，對應一年中每天的特定時間點；
一年中某一天的24小時，都描繪了當天的太陽軌跡。

File:Wreath_of_Analemmas_Rotterdam.png|荷蘭鹿特丹
File:Wreath_of_Analemmas_Equator.png|赤道、本初子午線
File:Wreath_of_Analemmas_North_Pole.png|北極
File:Wreath_of_Analemmas_South_Pole.png|南極

太陽步道畫廊
此處的太陽路徑極座標圖代表赤道、熱帶、北回歸線、中緯度、鹿特丹的緯度、北極圈、北極區、北極以及在南半球與鹿特丹的共軛緯度。每張圖中的極軸代表太陽天頂角的度數，而太陽方位角則遵循以北為起點順時針量度的慣例，標示的時間為當地視太陽時，則可套用於標示緯度的任何經度。每張圖中顯示的路徑為2026年1月21日至12月的走勢。每個小時輪廓形成一個類似數字「8」的圖形，對應該小時的日行跡。

一個特徵是，如果距離夏至或冬至有相同日距的兩天，例如2026年5月21與2026年7月21日，它們的太陽軌跡幾乎重疊。因此，2026年4月21日與2026年8月21日、2026年3月21日與2026年9月21日、2026年2月21日與2026年10月21日、以及2026年1月21日與2026年11月21日這幾天的太陽路徑幾乎重疊。

File:SPC Polar 0.0 0.0.png| 經度與緯度 (0.0º, 0.0º)，赤道的太陽路徑
File:SPC Polar 15.0 0.0.png|經度與緯度 (15.0º, 0.0º)，熱帶的太陽路徑
File:SPC Polar 23.5 0.0.png|經度與緯度 (23.5º, 0.0º)，北迴歸線的太陽路徑
File:SPC Polar 45.0 0.0.png|經度與緯度 (45.0º, 0.0º)，中緯度的太陽路徑
File:SPC Polar 51.92 0.0.png|經度與緯度 (51.92º, 0.0º)，鹿特丹的太陽路徑
File:SPC Polar 67.5 0.0.png|經度與緯度 (67.5º, 0.0º)，北極圈的太陽路徑
File:SPC Polar 75.0 0.0.png|經度與緯度 (75.0º, 0.0º)，北極地區的太陽路徑
File:SPC Polar 90.0 0.0.png|經度與緯度 (90.0º, 0.0º)，北極的太陽路徑
File:SPC Polar -51.92 0.0.png|經度與緯度 (-51.92º, 0.0º)，南半球與鹿特丹共軛緯度的太陽路徑

參考資料
相關條目

  • 黃道
  • 採光
  • 日行跡
  • 被動式太陽能設計 (Passive solar design)
  • 白天長度
  • 太陽角度對氣候的影響
  • 日射強度計
  • 定日鏡
  • 太陽追蹤器

*

  • 全天太陽輻射計
  • 直射太陽輻射計

*

  • 太陽圖
  • Effect of sun angle on climate

外部連結

#气象量 #觀測天文學 #太阳能设计

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