太陽高度角的測定及應用

正午太陽高度角的測定及應用

指導教師：張永鳳參與學生：扎魯特一中高一（）班地理興趣小組研究課題：簡要背景說明：長期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。我們地球所接受到的太陽能，只占太陽表面發(fā)出的全部能量的二十億分之一左右，這些能量相當于全球所需總能量的3-4萬倍，可謂取之不盡，用之不竭。在我國，太陽能的利用也一直是最熱門的話題，扎魯特旗是否有利于發(fā)展太陽能？怎么發(fā)展？研究課題：正午太陽高度角的測定及應用研究目的：1、太陽能源廣泛存在，又一種可持續(xù)利用的清潔能源，是人類尋求社會持續(xù)發(fā)展的過程中，可充分利用不可忽視一種的資源。2、在實際生活中廣泛推廣應用太陽能，比如：太陽灶、太陽能熱水器、塑料大棚的角度、樓高與樓距的比例等都涉及到正午太陽高度知識。3、提高自身的社會實踐能力，并學以致用。研究內(nèi)容：正午太陽高度角的測定樓距的合理性實地調(diào)查共采2個點地點1：扎魯特一中操場實地調(diào)查共采2個點地點2：扎魯特一中教師宿舍樓一、研究過程：1、正午太陽高度角的測定活動時間：2007年9月22日—24日

活動地點：邵武市第一中學活動工具：直竹竿、手表、直尺、三角板、繩、粉筆、紙、鉛筆等活動過程：正午太陽高度角的測量（地點1）①在秋分日前一天，在平坦開闊的空地垂直樹立竹竿，并測量竹竿在地上部分的長度（設(shè)為b）②以竹竿所插點（圖中O點）為圓心，于上午9時在地面上畫一個半徑略短于當時桿影長的半圓。③當上午標桿的影端落在圓周③當上午標桿的影端落在圓周上時，標記為A點；下午標桿的影端又落在圓周上時，再標記為B點；將A、B兩點連成直線，取其中點C，將中點與圓心連成直線OC。

活動過程活動過程④秋分日及其前后，當竹竿的影子與直線OC重合的時刻，記下此時刻的北京時間（設(shè)為T，單位為小時），并測量此時竹竿影子（設(shè)為a）;⑤利用下列公式進行計算：正午太陽高度=arctanb/a，當?shù)亟?jīng)度=120°-（T-12）×15，當?shù)鼐暥?90°-arctanb/a。CABOab活動原理①太陽高度達到一天最大時候為當?shù)卣纾ǖ胤綍r為12時），日影最短，陽光將從正北或正南或從頭頂照射下來，此時對赤道以北地區(qū)來說，正午陽光從正南照來。直立竹竿只要有影子，必是南北方向投影，其影子可視為一段經(jīng)線。②地球不停自轉(zhuǎn)，各經(jīng)度地方時不同。經(jīng)度每差一度，時間相差4分鐘。紀錄下日影出現(xiàn)最短的北京時間，可知此地正午地方時12時與北京時間的差值，從而推算出與120?E經(jīng)度差值。再根據(jù)地方時正午是早于還是遲于北京時間12時出現(xiàn)，就可以在120?E基礎(chǔ)上加或減去經(jīng)度差值數(shù)，推算出具體經(jīng)度?；顒蛹o錄活動紀錄依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算出扎旗的緯度分別約為45度、45度、45.01度；經(jīng)度分別約為120.01度、120。03度與120.04度?；顒訒r間07年9月22日12：1507年9月23日12：1507年9月24日12：16竹竿長度b158158158竹竿影長a158158158.1b/a111太陽從正南照過來的時間（即扎旗的地方時12：00）分別為北京時間2011年9月22日12：15、2011年9月23日12：15、2011年9月24日12：16，測量數(shù)據(jù)紀錄如下表：1、利用正午太陽高度算本地的經(jīng)緯度（1）

利用正午太陽高度算本地的緯度公式：

H=90°-｜φ-δ｜式中H為正午太陽高度；φ為當?shù)鼐暥?，取正值；δ為太陽直射點的緯度(4天直射點大體移動1度)，當?shù)叵陌肽耆≌?，冬半年取負值。算得扎旗的緯度為北?*゜（2）利用本地竿影最短時的時間與北京時間的差值，計算當?shù)氐乩斫?jīng)度。本地地方時-120°E地方時=兩地方時時差

算得扎旗的經(jīng)度是東經(jīng)*゜*′。二、正午太陽高度角的應用

二、正午太陽高度角的應用

2、通過觀測樓房間正午太陽高度角的照射情況，估算樓距的合理性地理知識在現(xiàn)實生活中的應用越來越廣泛，尤其隨我國近年來房地產(chǎn)的迅速發(fā)展，越來越多的居民喬遷新居，為了他們能夠擁有一個良好的居住環(huán)境。在樓房建造時，南北方向應保持合理的樓距。才能保證后面樓房底層全年見到陽光。要達到這個條件，需滿足當?shù)匾荒曛刑柛叨冉亲钚r，后面樓房底層可見到太陽光，則全年可見。如在扎旗(120°E，45°N)

要建一住宅小區(qū)，若商住樓為東西走向，樓高為30米，欲使北面新樓底面全年均能照射到太陽光線，則兩幢相鄰樓房間至少要相距多少米?估算樓距合理性的方法（地點2：教師宿舍樓）冬至日，扎旗正午太陽高度最小(21°34′)，依此日正午太陽高度計算出的樓間距A，能保證全年見到陽光。公式為A=h·cot21°34′。冬至日，該地正午太陽高度最小(21°34′)，依此日正午太陽高度計算出的樓間距A，能保證全年見到陽光。公式為A=h·cot21°34′。那么扎魯特一中教師宿舍樓間距的設(shè)計是否合理？（樓房為坐北朝南）測量樓間距測量樓高通過測量樓間距是m，樓高是m，樓距與樓高的余切是；根據(jù)公式A=h·cot21°34′，那么可以得出結(jié)論此教師宿舍樓樓間距的設(shè)計合理的。3、合理安裝雨棚和熱水器

正午太陽高度角，在設(shè)計城市居室日照狀況中越來越廣泛應用。若在邵武（約北緯27度）的某房屋正南窗戶上安裝一雨棚，為了保證房內(nèi)良好的光照條件，雨棚的最佳寬度為多少?這就要利用正午太陽高度角來指導雨棚安裝等。根據(jù)要求可知：當正午太陽高度為最大時，雨棚仍不遮擋房內(nèi)陽光，這時雨棚寬度為最佳寬度，即：太陽直射在北回歸線，45゜N與直射點的緯距為45゜一23゜26′=21゜34′，所以H大=90゜一21゜34′=68゜26′。若雨棚離上窗框距離為h=60CM,則雨棚最佳寬度為L=hctg68゜26′。3、合理安裝雨棚和熱水器在扎魯特(120°E，45°N)安裝一臺太陽能熱水器，為了獲得最多的太陽光熱，提高利用效率，那么日照圖與熱水器安裝方式搭配合理的是：為了獲得最好的光熱效果，熱水器的集熱管必須與太陽光線直，這樣就必須符合：正午太陽高度角+集熱管與地面（樓面）傾角=90゜。不同的季節(jié),正午太陽高度不同，則太陽能熱水器的集熱管與地面（樓面）傾角也不同，所以在安裝時最好設(shè)計成支架可以伸縮的裝置,使可調(diào)角度在約47゜（即冬至時68゜26′—夏至時21゜34′=47゜08′）在實際生活中除太陽能熱水器外，塑料大棚、玻璃溫室的采光面角度調(diào)整也相同。二、正午太陽高度角的應用4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用在家禽養(yǎng)殖中，太陽光是促進雛雞下常生長。發(fā)育，產(chǎn)蛋雞產(chǎn)蛋、繁殖等不可缺少的環(huán)境因素。太陽光有很好的殺菌作用，是雞場環(huán)境凈化的有效殺菌劑。邵武地處北半球，雞舍方位朝南，冬季日光斜射，還可以利用太陽輻射和射入雞舍的光束的保溫作用。夏季日光直射，太陽高度角大，直射入雞舍的光線并不多。如果比較科學利用正午太陽高度知識，充分利用太陽光作用，一定會促進我市家禽養(yǎng)殖發(fā)展。二、正午太陽高度角的應用4、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運用在種植業(yè)中，間作、套作有利于充分利用土地和氣候資源，提高復種指數(shù)，增加農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量，并可爭取農(nóng)時，利用蔬菜多品種均衡供應。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們已經(jīng)了解作物旺盛生長階段對光合有效輻射能的利用率可達5%，而在幼苗期還不到0.1%，作物的間作、套作可充分利用不同太陽高度的入射光，有效地利用太陽輻射能。農(nóng)戶們可以在玉米行中間（套）南瓜或豇豆，在小麥或蠶豆行中間作芥菜（或早熟南瓜、西瓜）等。在城市遠郊或經(jīng)濟作