情景假设

假设下图的A点为观察点，即观察者所处的位置。B点为天顶，E、W、S、N分别代表了观察者的东、西、南、北方向。图中的红色圆弧，代表了太阳的运动方向（东升西落），不同的圆弧代表了不同的季节（夏至、春秋分、冬至）。

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日出、日落的规律

（1）观察点（A）位于北半球时，太阳的运动轨迹向南倾斜，①夏半年（春分-->秋分）太阳由东北升起，西北落下；②春分、秋分时，太阳从正东升起，正西落下；③冬半年（秋分-->春分）太阳从东南升起，西南落下。

（2）观察点（A）位于赤道时，太阳的运动轨迹不发生倾斜，夏半年太阳东北升起、西北落下；春分/秋分时正东升起、正西落下；冬半年时东南升起、西南落下。

（3）观察点位于南半球时，太阳的运动轨迹向北倾斜，夏半年（北半球的夏半年）太阳东北升起、西北落下；夏至时正东升起、正西落下；冬半年时东南升起、西南落下。

总体来说，在太阳轨迹的倾斜方向上：当观察者（A）位于北半球时，太阳轨迹向南倾斜；当它位于南半球时，太阳轨迹向北倾斜；当它位于赤道时，太阳轨迹不发生倾斜。在日出、日落的方向上：①当太阳直射北半球时（夏半年），不论观察点（A）位于南半球或者北半球，都是东北日出、西北日落；②太阳直射赤道时，正东日出、正西日落；③太阳直射南半球时，太阳东南升起、西南落下。

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实际计算

（1）日出、日落的角度、太阳高度角

如下图所示，假设观察者位于北半球，此时正值夏半年（则太阳运动轨迹向南倾斜，且东北日出、西北日落），则此时日出的方向为东偏北β°，日落方向为西偏北β°，这个β就是太阳直射点的纬度。此时图中的aæ为太阳高度角，aæ=90°-|当地纬度-太阳直射点纬度|。

（2）极昼

如果北半球的A地处于极昼，则此时太阳由正北升起，正北落下，太阳运动轨迹向南倾斜（如果是南半球极昼，则为正南升起、正南落下，太阳运动轨迹向北倾斜）。

（3）北极点、南极点

如果A点位于极点，则此时太阳一直都在空中，呈现圆圈形状，旋转的方向为：北顺南逆（与地球的自转方向恰好相反）。

此时的太阳高度角=90°-|90°-太阳直射点纬度|，即太阳高度角=太阳直射点纬度。

（4）反推观察点的状态（南、北半球和季节）

①根据倾斜方向，判定南北半球：向南倾斜（位于北半球）、向北倾斜（南半球）

②根据太阳运动轨迹的长短，判断季节：大于半圈（红色，夏半年）、小于半圈（黑色、冬半年）、等于半圈（蓝色，春分秋分）

③根据日出、日落方向，判断季节：日出东北日落西北（太阳直射北半球，夏半年）、日出东南日落东南（太阳直射南半球、冬半年）、日出正东日落正西（春分、秋分）。

（5）刚好极昼的纬度、太阳高度角

①刚好极昼的纬度=90°-太阳直射纬度。如下图所示，太阳直射10°N，则刚好极昼的纬度为80°N。

②太阳高度角=2×太阳轨迹倾斜的角度=2×太阳直射纬度=20°（另一种算法：太阳高度角=90°-|当地纬度（80°N）-太阳直射点纬度（10°N）|=20°）。