4太陽高度角計算和應(yīng)用

1、專題5-太陽高度角計算和應(yīng)用正午太陽高度的考查涉及以下幾方面。（1）規(guī)律：從直射點往南北兩側(cè)遞減；離直射點距離越近（緯度差越?。?，正午太陽高度越大。（2）最值：直射北回歸線，北回歸線以北地區(qū)達(dá)一年中最大值，整個南半球達(dá)一年中最小值；相反，直射南回歸線時，南回歸線以南地區(qū)達(dá)一年中最大值；整個北半球達(dá)一年中最小值。（3）公式：H=90-中與符號很關(guān)鍵，此外，兩點間的正午太陽高度差等于緯度差。（4）影子的長短變化與方向：正午太陽高度角變大，影子變短；方向由太陽的位置確定。（5）地方時：一天之中太陽高度最大時地方時為12時。（6）樓間距離要抓住正午太陽高度角大小。正午太陽高度變化規(guī)律圖解 太陽高度是太

2、陽光線相對地面的夾角(即太陽在當(dāng)?shù)氐难鼋?,在太陽直射點處太陽高度最大,為90,在晨昏線上則為0。而正午太陽高度就是各地一日內(nèi)最大的太陽高度，也即地方時為12點的太陽高度。正午太陽高度的變化包括同一時間隨緯度的變化和同一地點（緯度）在一年中隨季節(jié)的變化。由于這兩種變化的直接原因都是太陽直射點的回歸運動（如圖1左），因此，要理解和掌握正午太陽高度的變化規(guī)律需要從太陽直射點和正午太陽高度變化的關(guān)系來入手。圖2是平行的太陽光線照射在球面上的狀況，從中可以得出正午太陽高度的一些基本規(guī)律（H表示正午太陽高度，下同）。HDHBHAHCHE表明：從緯度分布看，太陽直射點所在緯度正午太陽高度最大，并由此向南北

3、兩側(cè)遞減，在太陽直射點南北兩側(cè)的對稱點上，正午太陽高度相等。HAHCHE，HAHBHD表明：距離太陽直射點所在緯度近時，正午太陽高度大，反之正午太陽高度小。（一）正午太陽高度的季節(jié)變化規(guī)律這里我們分六個方面進(jìn)行分析。假設(shè)P為滿足條件的任意一地點，H1，H2，H3分別表示夏至日、二分日、冬至日時P地的正午太陽高度，H4為太陽直射南北回歸線之間某地P時的正午太陽高度。赤道地區(qū)：由圖3可以看出，二分日時太陽直射赤道，此時赤道地區(qū)正午太陽高度（H2）達(dá)最大值90，二至日正午太陽度（H1和H3）達(dá)最小值。以春分日為起點，正午太陽高度變化為： 2赤道與北回歸線之間地區(qū)：由圖4可以看出，H4大于H1和H2又

4、大于H3，在夏至日前后P地各有一次直射，此時正午太陽高度達(dá)最大值（H4），冬至日時正午太陽高度達(dá)最小值（H3）。正午太陽高度變化為： 3北回歸線地區(qū)：由圖5可以看出，H1H2H3。夏至日達(dá)最大值（H1），冬至日達(dá)最小值（H3）。從夏至日到冬至日該地正午太陽高度由最大變?yōu)樽钚　?北回歸線以北地區(qū)：由圖6可以看出，H1H2H3。夏至日達(dá)最大值（H1），冬至日達(dá)最小值（H3）。從夏至日到冬至日該地正午太陽高度由最大變?yōu)樽钚?。同理，南半球情況與北半球相反，即赤道與南回歸線之間地區(qū)，正午太陽高度最大值在冬至日前后各一次，最小值在夏至日出現(xiàn)（如圖7所示）。正午太陽高度變化為： 南回歸線及其以南地區(qū)，冬至日

5、達(dá)最大值，夏至日達(dá)最小值，如圖8所示。正午太陽高度變化為：根據(jù)上述分析可以看出，任一地點，一年中離太陽直射點所在緯度最近時，正午太陽高度達(dá)最大值，反之達(dá)最小值。北回歸線及其以北地區(qū)，夏至日時正午太陽高度達(dá)一年中最大值，冬至日時達(dá)最小值；南回歸線及其以北地區(qū)，冬至日時正午太陽高度達(dá)一年中最大值，夏至日時達(dá)最小值；南北回歸線之間地區(qū)，太陽直射時正午太陽高度達(dá)一年中最大值，離太陽直射點所在緯度最遠(yuǎn)時達(dá)最小值。（二）正午太陽高度的緯度分布規(guī)律正午太陽高度的緯度分布規(guī)律與太陽直射點的位置及其移動規(guī)律直接相關(guān)。如下表所示： 根據(jù)上表可以歸納如下規(guī)律：正午太陽高度從直射點所在緯度向南北兩側(cè)遞減；夏至日時太陽

6、直射北回歸線，正午太陽高度從北回歸線向南北兩側(cè)遞減；冬至日時，太陽直射南回歸線，正午太陽高度從南回歸線向南北兩側(cè)遞減；二分日時，太陽直射赤道，正午太陽高度從赤道向兩極遞減。一天中太陽的視運動軌跡和日影運動軌跡一、太陽視運動軌跡與日影運動軌跡的關(guān)系日影運動軌跡由太陽運動軌跡決定：日影朝向與太陽的方位相反；日影長短與太陽高度成反比。所以，我們學(xué)習(xí)的重點應(yīng)放在對太陽視運動軌跡的探討上。二、影響太陽視運動軌跡的若干因素1、光源因素：相對地球而言太陽是一個面光源而非點光源，所以，地球接受到的太陽光線是一組平行線。2、地球上的方向因素：經(jīng)線指示南北，北極點為最北，其四周均為南方；南極點為最南，其四周均為北

7、方。緯線指示東西，東西方向為無限方向。3、時間因素：（1）因一年中不同日期，地球繞日公轉(zhuǎn)的軌道位置不同，球面上太陽直射點的位置不同，也即太陽光線射入的角度也就不同，相對于地球上的方位也就會發(fā)生改變，存在著冬半年、夏半年、兩分日等差異。（2）加之一天中地球的自轉(zhuǎn)運動，會造成太陽高度的變化，從而出現(xiàn)一個太陽的視運動軌跡4、空間因素：除了因一年的時間和一天的時間不同而太陽升落方位不同外，還跟觀察者的地理緯度有關(guān)系，存在著直射點緯度、直射點以北、直射點以南、極晝區(qū)、極晝區(qū)極點等差異。三、以下按時間和空間的不同組合來分析NS（一）兩分日 全球除極點外，太陽光線與緯線平行 正東升 正西落全球太陽太陽：終日

8、正南，高度不變，位于地平線日影：影子正南（在夜半球，不可見） （ 注：圖中內(nèi)小弧箭頭為日影運動軌跡，外大弧 箭頭為一日太陽視運動軌跡。下同。）1、北極點2、直射點緯度以北 太陽：正東升東南正南西南正西落日影：正西 西北 正北 東北 正東北東東60012001800西東南東北東3、直射點緯度 東太陽：正東升正中天正西落日影：正西 無 正東西東60012001800南東北東4、直射點緯度以南 太陽：正東升 東北 正北 西北 正西落日影：正西 西南 正南 東南 正東東西東太陽：終日正北，高度不變，位于地平線日影：影子正北（在夜半球，不可見）5、南極點N（二）北半球夏半年太陽

9、光線與緯線成一定的夾角除極晝區(qū)外全球均為東北升，西北落S太陽：終日正南，高度不變?nèi)沼埃航K日正南1、北極點太陽：正北升東北正東東南正南西南正西西北正北落（太陽高度最低時為日出、日落時，此時太陽光線從北極點方向射入）日影：正南 西南正西西北正北東北正東東南正南日影：終日正南2、極晝區(qū)N3、直射點緯度以北北南北太陽：東北升正東東南正南西南正西西北落日影：西南正西西北正北東北正北東南600前1800后1200北南北4、直射緯度太陽：東北升正中天西北落日影：西南 無東南北5、直射緯度以南1200太陽：東北升正北西北落日影：西南 正南 東南西東東北半球18點后南半球18點前北半球6點前南半球6點后南北無陽

10、光照射，所以不可見太陽運動軌跡及日影6、南極點、極夜區(qū) （三）北半球冬半年太陽光線與緯線成一定的夾角除極晝區(qū)外全球均為東南升，西南落 無陽光照射，所以不可見太陽運動軌跡及日影1、北極點、極夜區(qū)北2、直射點緯度以北太陽：東南升正南西南落日影：西北 正北 東北西東東1200南北北半球18點前南半球18點后北半球6點后南半球6點前北3、直射點緯度太陽：東南升 正中天 西南落日影：西北 無 東北東西東1200南北600前1800后北4、直射點緯度以南南北太陽：東南升正東東北正北西北正西西南落日影：西北 正西西南正南東南正東東北日影：西南 正南 東南5、南極點太陽：終日正北，高度不變?nèi)沼埃航K日正北6、極

11、晝區(qū)太陽：正南升西南正西西北正北東北正東東南正南落（太陽高度最低時為日出、日落時，此時太陽光線從南極方向射入）日影：正北 東北正東東南正南西南正西西北 正北正午太陽高度角的應(yīng)用確定地方時確定當(dāng)?shù)氐乩砭暥却_定房屋朝向確定日期、日影長短及方向 確定樓距和樓高調(diào)整太陽能熱水器的安裝角度例題1一位居住在北半球的中學(xué)生,在某一天觀測太陽高度的變化,當(dāng)他在P點測到太陽高度最大值出現(xiàn)時,剛好是北京時間12時40分,此時的太陽高度h=43,據(jù)此回答:（1）在圖中標(biāo)出南北方向（2）若當(dāng)天為冬至日，這位中學(xué)生的經(jīng)緯度位置是？夏至日呢？例題2 某學(xué)校操場上，O處有一垂直于地面的旗桿，OP表示正午時旗桿在地面的影子，

12、其長度隨季節(jié)發(fā)生變化。6月22日縮短為零。M處有一棵樹，OM垂直于OP，讀圖回答： （1） 月 日OP最長，三個月后，該地晝夜長短狀況如何？（2）M處的樹位于旗桿的什么方向，其精確的緯度是多少近年來，我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的居民喬遷新居，居住條件和環(huán)境顯著改善。請讀圖，運用以下公式及相關(guān)知識回答下列各題：某地正午太陽高度的大?。篐=90-，式中H為正午太陽高度；為當(dāng)?shù)鼐暥龋≌?；為太陽直射點的緯度，當(dāng)?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取?fù)值。tan350.7 tan45=1 tan601.732 eq oac(,3)兩樓距L=hCtgH案例探究案例1某校所在地（120E，40N）安置一臺太陽能熱

13、水器，為了獲得最多的太陽光熱，提高利用效率，需要根據(jù)太陽高度的變化隨季節(jié)調(diào)整其支架傾角，下列四幅日照圖中與熱水器安置方式搭配不合理的是( D )案例2如圖35所示，位于北緯3634的某療養(yǎng)院，計算在一幢20米高的樓房北面新建一幢樓房。因為療養(yǎng)的需要，要求高樓的每一層一年四季都能曬到太陽。（1）新樓至少要距原樓多少米？（2）若黃赤交角變?yōu)?334，兩樓之間的距離將應(yīng)如何變化，才能保證各樓層均有較好的采光？正午太陽高度角的計算及應(yīng)用圖31圖31表示某地正午太陽高度和月降水量的變化。讀圖回答12題。（2000年山西綜合卷）1.該地緯度可能為（ ）A.90N2326N之間 B.90S2326S之間C.

14、22N或22S D.4030N或4030S2.該地氣溫及降水特征是（ ）A.終年高溫多雨 B.夏熱少雨，冬溫多雨C.冬溫少雨，夏熱多雨 D.夏熱多雨，冬季寒冷干燥3.如圖32所示的日期，下列地點：北京（3954N），新加坡（1N），汕頭（2326N），海口（20N），正午太陽高度角從大到小排列正確的是（ ） A.新加坡、?？?、汕頭、北京 B.北京、汕頭、?？?、新加坡C.汕頭、海口、北京、新加坡 D.汕頭、?？?、新加坡、北京近年來，我國房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的居民喬遷新居，居住條件和環(huán)境顯著改善。請讀圖33，運用以下公式回答45題。（2002年大綜合卷）某地正午太陽高度的大?。?H=90-式

15、中H為正午太陽高度；為當(dāng)?shù)鼐暥龋≌?；為太陽直射點的緯度，當(dāng)?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取?fù)值。tan 350.7tan 45=1tan 601.7324.房地產(chǎn)開發(fā)商在某城市（北緯30度）建造了兩幢商品住宅樓（圖33），某個居民買到了北樓一層的一套房子，于春節(jié)前住進(jìn)后發(fā)現(xiàn)正午前后太陽光線被南樓擋住，請問房子一年中正午太陽光線被南樓擋住的時間大約是（ ）A.1個月 B.3個月 C.6個月D.9個月5.為使北樓所有朝南房屋在正午時終年都能被太陽照射，那么在兩幢樓間距不變的情況下，南樓的高度最高約為（ ） A.20米B.30米 C.40米D.50米6.北緯38一開闊平地上，在樓高為H的樓房北面蓋新樓，

16、欲使新樓底層全年太陽光線不被遮擋，兩樓距離不小于（ ）A.Htan(90-38)B.Htan(90-38-23.5) C.Hcot(90-38)D.Hcot(90-38-23.5)1.某學(xué)校地理興趣小組外出考察，如圖36，在a地正午太陽高度最大時，用測角器測當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋藭r學(xué)生手表指針為18時20分（北京時間），a的地理位置坐標(biāo)為（ ）A.21E，3634SB.25E，5326NC.21E，5326SD.25E，3634N洛陽（112E，35N）一學(xué)生對太陽能熱水器進(jìn)行了改造（如圖37），把熱水裝在一個大玻璃箱中，并將支架改造成活動方式。據(jù)此回答24題。2. 9月23日，為使熱水器有最好的

17、效果，調(diào)節(jié)支架使熱水器吸熱面與地面的夾角為（ ）A.2326B.35 C.6634D.553.下列地區(qū)中，使用太陽能熱水器效果最好的是（ ）A.海口B.重慶 C.拉薩D.吐魯番4.當(dāng)熱水器的吸熱面與地面夾角調(diào)節(jié)到最大值時（ ）A.南太平洋漂浮的冰山較多圖37 B.松花江正值第一次汛期C.黃土高原上流水的侵蝕作用最為強(qiáng)烈 D.澳大利亞農(nóng)田中的小麥開始返青5.圖3-8中四條曲線分別表示A、B、C、D四地，6月22日太陽高度的全天變化情況，據(jù)此判斷下列各選項中，對四地緯度位置的說法與圖示情況相符合的是（ ）A.2326NB.4652NC.6634ND.90NA.90NB.6634NC.2326ND.

18、0A.0B.2326NC.90ND.6634NA.2326NB.4652NC.90ND.6634N圖39是我國西藏某地6月22日太陽高度的日變化示意圖（未考慮海拔等因素）。據(jù)此回答67題。6.該地的地理坐標(biāo)為（ ）A.30N，90E B.1652N，105EC.2326N，120E D.3652N，150E7.此地最高氣溫一般出現(xiàn)在北京時間（ ）A.12：00 B.13：00 C.14：00 D.16：008.讀圖310，圖中ED為昏線，讀后回答下列問題。（1）此時太陽直射點的地理坐標(biāo)是2326N，110W。（2）A、B兩地正午太陽高度角較大的是 A ，A、B兩地日出較早的 B 。（3）此時赤道上晝的范圍是160E18020W。（4）為