地表获得太阳辐射能量的多少，与昼夜长短关系密切。但是，日照时间的长短不是影响地表获得太阳辐射能量多少的唯一决定性因素，而太阳的照射方向影响更显著。因为，一束太阳光，垂直照射地面，单位面积上获得的太阳能就多；而斜射地面时，被照射的面积扩大了，而单位面积上获得的太阳能减少了。例如，在极地处于极昼时，终日有太阳的照耀，日照时间可谓最长，但是那里的温度仍然低于中低纬地带。这是因为太阳光线与地各夹角太小，影响了地面上单位面积获得的太阳能。因此，太阳的照射方向是四季和五带形成的重要因素。而太阳照射方向的变化的直观表现，就是太阳高度的变化。

表4－3 极区各纬度的极昼和极夜长短及日期

　　1.太阳高度的计量

　　高度是地平坐标系中的纬度，太阳高度就是太阳在天球上相对于当时当地的地平圈的高度角。在观测时，就是太阳在当时相对于观测者的仰角。如果太阳高度是90°，则太阳光线直射头顶，太阳位于天顶的位置；如果太阳高度是0°，则太阳光线平行于地面，太阳位于地平圈上。

　　太阳高度的大小取决于三个因素：一是季节因素，即与太阳赤纬值δ有关；二是地理纬度；三是太阳时角t，也就是一天中的什么时刻。已知这三个值，就可以求出某地点任何时刻的太阳高度值h我们知道，太阳高度在一日内是变化的，太阳出没地平时的高度都是0°。出地平以后，高度增大，到了正午时，太阳上中天，此时高度最大，称为正午太阳高度；午后，太阳高度逐渐减小。太阳高度的这种变化不受纬度和季节的制约。正午太阳高度（以下简称太阳高度，在计算中用H表示），对于四季和五带的形成具有深刻的意义，它的变化是地表温度呈季节变化的决定性因素。

　　太阳高度H的推算，可以采用下列更简单的公式：

　　H=90°-+δ

　　其中， 不论南北半球均取正值，δ则有正负号之别，若所求纬度是夏半年则取正号，是冬半年则取负号。

　　这个公式可以通过下面三种情况来验证：

　　第一，当太阳赤纬δ=0°，即太阳直射赤道时，北纬的地方太阳高度H为：

　　H=90°-（如图4－14所示）

　　这个公式对于南半球也是成立的。

　　第二，当太阳直射在北半球，赤纬是δ，即北半球为夏半年，南半球为冬半年时，北纬的太阳高度H为：

　　H=90°-（-δ）

　　 =90°-+δ（如图4－15所示）

　　同理，南纬的太阳高度H为：

　　H=90°-（+δ）

　　=90°--δ

　　第三，当太阳直射在南半球，赤纬δ是负值，即北半球是冬半年，南半球是夏半年时，北纬的太阳高度H为：

　　H=90°--δ （如图4－16所示）

　　同理，南纬的太阳高度H为：

　　H=90°-+δ

　　上述三种情况，可总结为前面给出的计算太阳高度H的公式。

　　现举例说明太阳高度H的计算：

　　已知北京是北纬40°，上海是北纬31°，求春分日、秋分日、夏至日和冬至日的太阳高度。

　　分别将已知的地理纬度值和各不同时间的太阳赤纬值代入求太阳高度公式（要注意的是，冬至日太阳赤纬值应是负的，即δ=-23°26′），可得下列数值：

　　用公式计算的结论，可以用图形来验证其正确性。如图4－17所示，夏至日北京的太阳高度，其大小为73°26′，与公式计算一致。

　　由公式可见，任何一个地点的太阳高度都因纬度和太阳赤纬δ而变化。而同一天，δ是个常数，则太阳高度因纬度的不同而不同，这表现为太阳高度的纬度变化；在同一纬度， 是个常数，则太阳高度因太阳赤纬而变化，这表现为太阳高度的季节变化。

　　2.太阳高度的纬度变化和季节变化

　　太阳高度，在太阳直射的纬度上为90°，从这里开始，向南向北同时降低。某地的纬度与直射点的纬度相差多少度，则太阳高度也就降低多少度。例如，当太阳直射在北纬20°的时候，北纬40°的太阳高度，比北纬20°减少40°—20°，为90°—20°，即70°。

　　春分日秋秋分日，赤道上太阳高度是90°，其他纬度是H=90°-。自赤道向南向北逐渐降低，在南北两极均降至0°。

　　冬至日，南回归线上太阳高度为90°，以此向南北两侧逐步降低。赤道上为66°34′，北回归线上为43°8′，北极圈上为0°，南极圈上为46°52′，北极点降至-23°26′，即太阳位于地平圈以下23°26′，南极点则为23°26′。该日太阳高度，在北半球出现最小值，在南半球出现最大值。

　　夏至日，北回归线上太阳高度为90°，以此向南北两侧逐步降低，赤道上为66°34′，南回归线上为43°8′，北极圈上为46°52′，南极圈上为0°，北极点为23°26′，南极点为-23°26′。该日太阳高度，在北半球出现最大值，在南半球出现最小值。

　　总之，在南北回归线之间，太阳高度终年都很大，在南北回归线上，最小值仍为43°8′，全区各地每年都至少有一次太阳直射，除南北回归线之外的任何地点，每年都有两次太阳直射，即太阳高度是90°。所以，太阳高度在本区的变化范围为43°8′～90°。

　　在回归线至极圈之间，太阳高度变化最明显，在回归线上最大值达到90°，在极圈上最小值仅为0°，所以，太阳高度在本区的变化范围为0°～90°。

　　在极圈至极点之间，太阳高度终年较小，当本半球为冬半年时，还出现了负值。变化范围从极圈上的46°52′到极点的-23°26′之间。

　　南北半球纬度相等的地方，太阳高度的变化幅度也相等，但是极值的日期相反。如果北半球某地出现极大值，则南半球相同纬度的地方出现极小值。例如，南北极圈上，太阳高度的变化幅度都是由0°至46°52′，极值日期正相反，夏至日北极圈上出现一年中的极大值，而南极圈上则出现一年中的极小值。

　　综上所述，太阳高度的纬度变化和季节变化是由太阳直射点在南北回归线之间周期性移动所致。而太阳直射点的移动，是太阳赤纬变化的反应，也是太阳回归运动的结果。因此，太阳高度的变化是太阳回归运动的必然产物。