四季的變換并非是由于日地距離發生了什麼改變，而隻是由于某地太陽高度角的變化，即正午太陽光線對于地平面的交角的變化（太陽在當地的仰角）。一年當中，太陽的直射點在南北回歸線之間遊弋，于是地表便答案赤日炎炎的暑熱功能萬物蕭條的寒冬間交替。以北京為例（北緯39°54N'），這個角度在冬至為26°40'，春秋為為50°6'，夏至為73°32'。冬夏相差約47°。

正是這個47°才導緻了地表單位面積上所接受的太陽輻射強度大為改變，這就是造成冬夏的主要原因。（北京在北回歸線以北，太陽光線在此地區永遠沒有垂直90°的陽光直線。）

太陽高度角和方位角會随着季節和時辰而變化。

夏季，正午太陽高度角高，太陽方位角掃過的角度也大，在早晨和傍晚，陽光會照在北立面上。

冬季，正午太陽高度角低，太陽方位角掃過的角度也小，太陽不到正西方就已經落到地平線以下了。

夏季與冬季，我們對陽光有着截然相反的要求。所以建築朝向、布局、遮陽、采光策略需要能夠适應太陽角度的季節變化，滿足居住者在冬夏的不同需求。（朝南開窗是建築設計的基本原則之一。）

上圖反映了北緯40度不同朝向窗戶的太陽輻射得熱情況。

太陽光線到達地球時為平行光線，假設單位面積内光束所攜帶的能量為E，當太陽光線直射地面時，單位面積地面接收到的能量也為E，如下圖（左）所示：

上圖（左）正方形A1B1C1D1為光束面積，A2B2C2D2為光線到達地面後的光照面積。

當太陽直射時，太陽高度角為90°，光束面積和光照面積相等。

設A1B1=B1C1=a，則面積為a²，因此單位面積内所受太陽輻射能量為E/a²。

如上圖（右）所示，當太陽光線不是垂直照射時，光束面積A1B1C1D1與照射面積A2B2C2D2不再相等。

如上圖（右）所示，B2E垂直于A1A2，E為垂足。則角EA2B2為太陽高度角β。

sinβ=EB2/A2B2;

A2B2=EB2/sinβ;

又因為A1B1=EB2=a;

所以A2B2＝a/sinβ;

正方形A1B1C1D1面積為a²，平行四邊形A2B2C2D2面積為a²/sinβ

當太陽直射點與地面夾角為β時，地面A2B2C2D2單位面積内接收到的能量為(E*sinβ)/a²

所以

直射點單位面積能量/太陽高度角為β單位面積能量=1/sinβ（sin90°=1）

太陽高度角範圍為0°<=β<=90°，在此範圍内sin函數為單調遞增函數，因此太陽高度角越大，單位面積内接收到能量越多。

由此可見，

地表溫度與太陽高度角密切相關。如清晨與黃昏，太陽斜射地面，所以升溫較慢。在北極地區的夏至日前後，出現極晝，雖然日照時間長，但太陽高度角小，所以氣溫仍然很低。當然地面實際接收到的太陽輻射量，不僅與太陽高度角相關，也地形、地勢、地表物質組成、大氣層厚度、雲層稀薄都有關系。

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