正午太陽高度的時(shí)空變化規(guī)律及其應(yīng)用

1、正午太陽高度的時(shí)空變化規(guī)律及其應(yīng)用作者：李紅勛通信地址：河南省濮陽市綜合高中郵編：457000正午太陽高度的時(shí)空變化規(guī)律是地理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，該部分原理知識(shí)抽象復(fù)雜，綜合性強(qiáng)，對學(xué)生應(yīng)用能力的要求較高。分析近幾年高考試題可以看出，對于該部分原理知識(shí)的考查，命題角度更加巧妙，出題形式也更加靈活多樣。但萬變不離其宗，深刻把握該部分原理知識(shí)，科學(xué)利用正午太陽高度的時(shí)空變化規(guī)律模型，是迅速解決該類問題的有效方法。下面分析探討如下：一.正午太陽高度的計(jì)算及其時(shí)空變化規(guī)律1.正午太陽高度的計(jì)算太陽光線相對當(dāng)?shù)氐仄矫娴慕唤?即太陽在當(dāng)?shù)氐难鼋?，簡稱太陽高度。某地一天中的最大太陽高度，即當(dāng)?shù)卣?2時(shí)的太

2、陽高度，為該地的正午太陽高度，其計(jì)算公式為：H=90°緯度距(所求點(diǎn)和陽光直射點(diǎn)之間相隔的緯度數(shù))。換言之，在任一時(shí)刻，某地正午太陽高度與其距離陽光直射點(diǎn)的緯度數(shù)互余。緯度距的計(jì)算如圖1所示。提示： 若所求點(diǎn)與陽光直射點(diǎn)同在南半球或者同在北半球，兩點(diǎn)間的緯度距為兩點(diǎn)中較大的緯度減去較小的緯度。如圖1，此時(shí)陽光直射北緯23.5°，為北半球夏至日,A點(diǎn)與直射點(diǎn)間的緯度距為11.5°(35°23.5°),正午太陽高度則為78.5°；B點(diǎn)與直射點(diǎn)間的緯度距為13.5°(23.5°10°)，正午太陽高度則為76.5

3、°。注意：圖1中回歸線度數(shù)取為23.5°，下面圖3、圖4相同。 若所求點(diǎn)與陽光直射點(diǎn)分屬于南、北兩個(gè)不11.513.5°35°N北回歸線10°N10。赤道>53.5°南回歸線30°S圖1D同半球，兩點(diǎn)間的緯度距為兩點(diǎn)緯度之和。如圖1,C點(diǎn)與直射點(diǎn)間的緯度距為53.5°(30°23.5°)，正午太陽高度則為36.5°。 嚴(yán)格來講，隨著地球的公轉(zhuǎn)，陽光直射點(diǎn)的緯度每時(shí)每刻在發(fā)生著南北移動(dòng)。通常情況下，直射點(diǎn)移動(dòng)的日變化忽略不計(jì)，因此，在任何一天，正午太陽高度因緯度不同而不同，同一條緯

4、線上的地點(diǎn)正午太陽高度相等2. 正午太陽高度的空間變化規(guī)律某一時(shí)刻太陽高度的空間變化規(guī)律由于太陽光為平行光，地球是個(gè)球體，所以，在某一時(shí)刻太陽僅直射地球上某一點(diǎn)，此點(diǎn)就是陽光直射點(diǎn)，位于晝半球正中心。隨著地球的繞軸自轉(zhuǎn)，在忽略直射點(diǎn)南北移動(dòng)日變化的情況下，在一個(gè)太陽日內(nèi)，陽光直射點(diǎn)在同一條緯線上自東向西C移動(dòng)。直射點(diǎn)所在的經(jīng)線為正午經(jīng)線，當(dāng)?shù)貢r(shí)間為12：00。直射點(diǎn)太陽高度為90°，在直射點(diǎn)上物體B日時(shí)全球圖太2陽高度等值線圖的影長為零。某一時(shí)刻太陽高度的分布狀況通常用等太陽高度線來反映。某一時(shí)刻太陽高度的分布規(guī)律為：直射點(diǎn)四周與直射點(diǎn)等距離地點(diǎn)的太陽高度相等，并且等太陽高度線由直射

5、點(diǎn)分別向四周呈圓形遞減，至晨昏圈時(shí)太陽高度為0°。如圖2（夏至日某時(shí)刻全球太陽咼度等值線圖）所示。圖中：N北極點(diǎn)；弧線ACB晨線；弧線ADB昏線;0陽光直射點(diǎn)；NB正午經(jīng)線；NA0時(shí)經(jīng)線。正午太陽咼度隨緯度變化的規(guī)律同一時(shí)刻，正午太陽咼度由太陽直射點(diǎn)所在緯度向南北兩側(cè)遞減，且以直射點(diǎn)所在緯度為中心等距離對稱。春、秋分日和冬至、夏至的正午太陽咼度隨緯度變化的規(guī)律如圖3所示。提示正午太陽高度冬至二分夏至正午太陽高度圖3 .3月21日和9月23日前后從赤道向南北兩側(cè)遞減。南、北極點(diǎn)正午太陽咼度均為0°。 .6月22日前后從北回歸線向南北兩側(cè)遞減。北極點(diǎn)正午太陽高度為23.5

6、76;，南極圈以南出現(xiàn)極夜（正午太陽高度小于0°，為負(fù)值）。 .12月22日前后一一從南回歸線向南北兩側(cè)遞減。南極點(diǎn)正午太陽高度為23.5°，北極圈以北出現(xiàn)極夜（正午太陽高度小于0°，為負(fù)值）。3. 正午太陽高度隨季節(jié)變化的規(guī)律由于太陽直射點(diǎn)每天都在移動(dòng)，所以地球上任何一點(diǎn)，正午太陽高度天天都在變化，南北回歸線之間的地區(qū)一年中有兩次達(dá)到最大值（90°），北回歸線以北和南回歸線以南地區(qū)的正午太陽高度，總是由極大值變到極小值，再由極小值變到極大值，周而復(fù)始。在解答某地正午太陽高度的周年變化問題時(shí)，可速繪圖4模式圖來分析思考。提示： .在直射點(diǎn)南北移動(dòng)的過程中

7、，對于全球任何一個(gè)地點(diǎn)而言，直射點(diǎn)移向該地點(diǎn)，則該點(diǎn)的正午太陽高度逐日變大；反之，則逐日變小。直射點(diǎn)與該地點(diǎn)間的緯度距越近，該地點(diǎn)的正午太陽高度越大。 北回歸線及其以北地區(qū)的正午太陽高度的變化（如圖中c點(diǎn)箭頭所示）：6月22日為年內(nèi)最大值，之后直射點(diǎn)南移，正午太陽高度漸小，12月22日達(dá)到年內(nèi)最小值；隨后直射點(diǎn)北移，正午太陽高度漸大，次年6月22日又達(dá)到年內(nèi)最大值。北回歸線上一年中有一次直射，即6月22日的正午太陽高度為90°。 .南回歸線及其以南地區(qū)的正午太陽高度的變化（如圖中a點(diǎn)箭頭所示）：12月22日為年內(nèi)最大值，之后直射點(diǎn)北移，正午太陽高度漸小，6月22日達(dá)到年內(nèi)最小值；隨后

8、直射點(diǎn)南移，正午太陽高度漸大，至次年12月22日又達(dá)到年內(nèi)最大。南回歸線上一年有一次直射，即12月22日的正午太陽高度為90°。 .南北回歸線之間的地區(qū)，一年直射兩次，直射日正午太陽高度為年內(nèi)最大，之后逐漸變小。赤道上，春、秋二分日時(shí)正午太陽高度為年內(nèi)最大，為90°；二至日時(shí)正午太陽高度為年內(nèi)最小，為66.5°。6月22日，赤道至南回歸線之間地區(qū)的正午太陽高度達(dá)年內(nèi)最小值。12月22日，赤道至北回歸線之間地區(qū)的正午太陽高度達(dá)年內(nèi)最小值，如圖中b點(diǎn)箭頭所示。二.正午太陽高度時(shí)空變化規(guī)律的應(yīng)用應(yīng)用1：確定所求地點(diǎn)的經(jīng)度和緯度。根據(jù)正午太陽高度計(jì)算公式，結(jié)合題干、圖示等

9、信息，推求所在地的緯度，進(jìn)而判斷該地的其他地理特征。當(dāng)某地太陽高度達(dá)一天中的最大值時(shí)，該地的地方時(shí)為正午12時(shí)，據(jù)此可推算所在地的經(jīng)度或地方時(shí)?！纠?1（08廣東文基4243）下列三幅圖中的角度是位于120°E經(jīng)線上不同緯度三地夏至日的正午太陽高度角。據(jù)此回答下列兩題。三地的緯度從高到低的排序是（）A.B.C.D.此日晝長時(shí)間從短到長的排序是()A.B.C.D.解析據(jù)圖可知，夏至日正午太陽均位于三地天頂以南的天空中，說明三地位于北回歸線以北。結(jié)合正午太陽高度的緯度變化規(guī)律，夏至日正午太陽高度由北回歸線向南北遞減，所以三地緯度由高到低為。結(jié)合晝夜長短的緯度變化規(guī)律可知，夏至日時(shí)北半球各

10、地晝長達(dá)到年內(nèi)最長，且緯度越高晝越長，故三地此日晝長從短到長的排序是。答案.A.C【例2】(07江蘇高考卷12)某地是我國重要的人工多層經(jīng)濟(jì)林區(qū)。下圖為該地“某日太陽處在最高位置時(shí)的示意圖，”此時(shí)北京時(shí)間為12：40，樹影遮擋地被植物的面積在一年中達(dá)到正午時(shí)的最大。讀圖5回答下面2題。.該地位于()A.45°N，110°EC.45°N，130°E.這一天()A. 太陽距離地球最遠(yuǎn)C.晨昏線與極圈相切B.21°34'N,110°ED.21°34'N,130°EB. 江蘇省各地晝長夜短圖5D.正午太陽高

11、度由赤道向南北兩側(cè)遞減解析第1題，該地太陽在最高位置時(shí)為地方時(shí)12:00,而此時(shí)北京時(shí)間為12:40,則該地在120°E以西，經(jīng)度差10°,應(yīng)為110°E經(jīng)線上某點(diǎn)。由樹影在一年中達(dá)到正午時(shí)的最大，可知此日應(yīng)為冬至（12月22日前后），此時(shí)陽光直射南回歸線，由樹高與影長相等，則有45°=90°-（X+23°26'）（X為當(dāng)?shù)鼐暥龋?得X=21°34'N（該地在我國£故第1題B項(xiàng)正確。第2題,“這一天”指12月22日前后，日地距離既非最大，亦非最小，A錯(cuò)；此時(shí)北半球處于冬季，江蘇晝短夜長，正午太陽高度

12、由南回歸線向南北兩側(cè)遞減，故B、D兩項(xiàng)不正確。該日，北極圈以地區(qū)北極夜，南極圈以南地區(qū)極晝，晨昏線與極圈相切，故C項(xiàng)正確。答案.B.C應(yīng)用2：確定所求地點(diǎn)正午日影長短、朝向或者房屋朝向。（1）.判斷正午日影長短和朝向。距離陽光直射緯線越近，正午太陽高度越高，日影越短；反之，距離陽光直射緯線越遠(yuǎn)，太陽高度越低，日影越長。日影方向總是背向太陽。太陽直射時(shí)，垂直投影為點(diǎn)。極夜時(shí)，沒有日影。各緯度地帶的正午影長、朝向情況，具體如下： 北回歸線以北地區(qū)，一年四季太陽都是從南面照射過來，正午日影永遠(yuǎn)朝向北方（北極點(diǎn)除外）。北半球夏至日（6月22日前后），北回歸線及其以北地區(qū)正午太陽高度達(dá)一年中的最大值，正

13、午日影最短。北半球冬至日（12月22日前后），太陽直射在南回歸線上，北半球正午太陽高度最小，日影最長。 南回歸線以南地區(qū)，一年四季太陽都是從北面照射過來，正午日影永遠(yuǎn)朝向南方（南極點(diǎn)除外）。北半球冬至日，南回歸線及其以南地區(qū)正午太陽高度達(dá)一年中的最大值，正午日影最短。北半球夏至日，南半球正午太陽高度最小，日影最長。 .在南北回歸線之間的地區(qū)，一年中有的季節(jié)太陽從南面照射過來，日影朝向北；有的季節(jié)太陽從北面照射過來，日影朝向南。一年有兩次太陽直射（回歸線上只有一次），直射時(shí)日影最短（日影與物體本身重合）。 北極點(diǎn)，太陽雖然永遠(yuǎn)從南面照射過來，但日影也是永遠(yuǎn)朝向南方；南極點(diǎn),正午太陽高度正午太陽方

14、向圖6太陽則永遠(yuǎn)從北面照射過來，日影也是永遠(yuǎn)朝向北方。（2）.確定房屋朝向。在北回歸線以北地區(qū)，正午太陽始終位于南方，房屋門窗朝南；在南回歸線以南地區(qū)，正午太陽始終位于北方，房屋門窗朝北?！纠?】（07寧夏高考卷5-6）我國某校地理興趣小組的同學(xué)，把世界上四地年內(nèi)正午太陽高度變化及方向繪成簡圖（如圖6）回答下面2題。.可能反映該學(xué)校所在地正午太陽高度年變化及方向的是（）A.B.C.D.當(dāng)?shù)卣缣柛叨冗_(dá)到最大值時(shí)（）A. 地球公轉(zhuǎn)的速度較慢B. 其它三地正午太陽所在方向不同C. 該學(xué)校所在地天氣炎熱D. 太陽在地球上的直射點(diǎn)將北返解析本題組考查正午太陽高度的變化和應(yīng)用，以及學(xué)生的讀圖能力。第1

15、題， 處正午太陽高度有90°,表明該地區(qū)有太陽直射現(xiàn)象，而且太陽方向既有向南，又有向北，且南北對稱，由此可判斷在赤道上。處最大太陽高度為90°，正午太陽方位一直在北方，則可判斷處在南回歸線上。處和處正好相反，應(yīng)在北回歸線上。處有正午太陽高度為0°的現(xiàn)象，且正午太陽一直在南方，則處在北極圈上。再結(jié)合題干中“我國某?！笨芍狢項(xiàng)正確。第2題，當(dāng)處正午太陽高度最大時(shí)，應(yīng)為冬至日（12月22日前后）。此時(shí)太陽直射南回歸線,地球公轉(zhuǎn)在近日點(diǎn)附近,速度較快；三地正午太陽都在正南方；學(xué)校所在的亞熱帶地區(qū)，正值低溫少雨時(shí)期；而太陽直射點(diǎn)正從南回歸線向北移動(dòng)。故選項(xiàng)D正確。答案.C.

16、D應(yīng)用3：計(jì)算樓距、樓高或熱水器安裝角度。冬至日正午太陽圖7圖8（1）.計(jì)算樓間距、樓高。為了更好地保持各樓層都有良好的采光，樓與樓之間應(yīng)當(dāng)保持適當(dāng)距離。以我國為例，如圖7,南樓高度為h,該地冬至日正午太陽高度為H,若要使北樓所有朝南的房屋在正午時(shí)全年都能被太陽照射，則最小樓間距為L=hXcotH。同樣,在樓間距一定的情況下,要保證北樓正午時(shí)全年能被陽光照到，則南樓的最大高度為h=LXtanH。（2）.計(jì)算熱水器安裝角度。要最大限度地利用太陽能資源,應(yīng)該合理設(shè)計(jì)太陽能熱水器的傾斜角度，應(yīng)使太陽能熱水器集熱面與正午太陽光線垂直。根據(jù)正午太陽高度計(jì)算公式可知太陽能熱水器傾角就等于當(dāng)?shù)鼐暥扰c直射點(diǎn)緯

17、度之差（即所求點(diǎn)和陽光直射點(diǎn)之間相隔的緯度數(shù),也就是兩點(diǎn)間的緯度距）。如圖8所示。例4】太陽能熱水器的集熱面與太陽光線垂直效果最佳。在40°N安裝太陽能熱水器，如要保持正午時(shí)太陽能熱水器的集熱面總與太陽光線垂直，那么，熱水器的集熱面與地面的夾角在一年中應(yīng)調(diào)整的最大幅度是（）A.17°34'B.23°26'C.46°52'D.63°26'解析由圖8可知，所求地的正午太陽高度和太陽能熱水器的傾角互余，因此，40°N的熱水器的傾角在夏至日（6月22日前后）最小，為17°34'（40°

18、;-23°26'）:而冬至日（12月22日前后）最大，為63°26'（40°23°26'），故該地?zé)崴鞯募療崦媾c地面的夾角在一年中應(yīng)調(diào)整的最大幅度為46°52'（63°26'-17°34'）,故C項(xiàng)正確。根據(jù)本題外延可以得出這樣的結(jié)論：對于安裝在南北回歸線及其以外（緯度大于或等于23°26'）任一地點(diǎn)的熱水器而言，熱水器傾角在一年中應(yīng)調(diào)整的最大幅度為定值46°52'，即回歸線度數(shù)的兩倍。太陽能熱水器若安裝在南北回歸線之間，則熱水器傾角在一年

19、中應(yīng)調(diào)整的最大幅度為該地的緯度數(shù)與回歸線度數(shù)之和。答案c綜上可知，正午太陽高度的計(jì)算及時(shí)空變化規(guī)律是解決其應(yīng)用問題的理論基礎(chǔ)，學(xué)生不僅要深刻把握該部分理論知識(shí)，更應(yīng)具有將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化成地理模型（如上述各類模式圖）能力。依據(jù)速繪而成的原理模式圖來分析解答具體的應(yīng)用問題，定會(huì)取得事半功倍的效果。鞏固訓(xùn)練讀某地正午太陽高度年變化折線圖，回答13題。1. 該地所處的緯度范圍大致為（）A. 0°23°26'NB. 0°23°26'SC. >23°26'ND. >23°26'S2. 圖中B處所表示的這一

20、天，該地達(dá)到一年中極值的是（）A. 白晝長度B.大氣溫度C. 正午影長D.降水量3. 圖中P點(diǎn)表示的這一天A. 太陽直射南回歸線C.太陽直射赤道據(jù)此完成1316題）B. 北半球緯度越高晝越長D. 地球公轉(zhuǎn)速度最慢為使熱水器有最好的效果，需經(jīng)常調(diào)節(jié)支架，使正午太陽光線直射集熱板。在一年中集熱板與地面夾角的變動(dòng)幅度大約是A. 23°26B.46°52C.66°34D.90°1416.下列地區(qū)中使用太陽能熱水器效果最好的應(yīng)該是A. 吐魯番B.拉薩C.?？贒.重慶北京（40°N）某校一學(xué)生在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，對太陽能熱水器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將太陽能熱水器

21、支架改造成可以升降的活動(dòng)方式（如下圖所示）。據(jù)此完成46題。4. 將支架改造成可以升降的活動(dòng)方式，主要依據(jù)的地理原理是（）A.正午太陽高度角的緯度變化規(guī)律B. 正午太陽高度角的季節(jié)變化規(guī)律C. 晝夜長短的日變化規(guī)律D. 晝夜長短的季節(jié)變化規(guī)律5. 當(dāng)集熱板與地面夾角最大時(shí)（）A. 我國江淮地區(qū)正值梅雨季節(jié)/B. 松花江正是第一次汛期C. 南太平洋漂浮的冰山較多D. 巴西高原的動(dòng)物向北遷徒6. 下列地區(qū)中，使用太陽能熱水器的效果最好的應(yīng)該是（）A.海南島B.四川盆地C.青藏高原D.東北平原讀a、b兩城市6月22日和12月22日正午旗桿（兩地旗桿等高）影長及朝向示意圖（右圖），回答68題。口12月

22、22日影長&月筈H影長7. 關(guān)于兩城市現(xiàn)象的敘述，正確的是（）A. a城有極晝極夜現(xiàn)象，b城沒有B. b城有太陽直射現(xiàn)象，a城沒有C. a城晝長變化幅度小于b城D. b城正午太陽高度變化幅度小于a城&a、b兩城市位于同一大陸，該大陸可能是（A.北美大陸B(tài).非洲大陸C. 澳大利亞大陸D.亞歐大陸9. 當(dāng)a城正午影長最短時(shí)（）A.b城正午影長最長C.羅馬氣候溫和多雨B.北京的晝長小于南京D.墨累盆地正在收割小麥12月22日，90°E上的四地正午太陽高度（H）如下圖所示，讀圖回答910題。®(B©©0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°(H)A地可能在巴西境內(nèi)B地可能在南極大陸10. 此時(shí)（）就北半球而言，其緯度數(shù)C>B>AC的緯度是6°34zN或53°26SA.B.C.11.