正午太陽高度的時(shí)空變化規(guī)律及其應(yīng)用

正午太陽高度的時(shí)空變化規(guī)律及其應(yīng)用李紅勛通信地址：河南省濮陽市綜合高中：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)，該局部原理知識(shí)抽象復(fù)雜，綜合性強(qiáng)，對(duì)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(duì)于該局部原理知識(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，深刻把握該局部原理知識(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：=1\*CHINESENUM3一.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(duì)當(dāng)?shù)氐仄矫娴慕唤恰布刺栐诋?dāng)?shù)氐难鼋恰?，?jiǎn)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：=1\*GB3①假設(shè)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°〕，正午太陽高度那么為78.5°；B點(diǎn)與直射點(diǎn)間的緯度距為13.5°〔23.5°－10°〕，正午太陽高度那么為76.5°。注意：圖1中回歸線度數(shù)取為23.5°，下面圖3、圖4相同。=2\*GB3②假設(shè)所求點(diǎn)與陽光直射點(diǎn)分屬于南、北兩個(gè)不同半球，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°〕，正午太陽高度那么為36.5°。③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)上物體的影長(zhǎng)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)刻全球太陽高度等值線圖〕所示。圖中：N—北極點(diǎn)；弧線ACB—晨線；弧線ADB—昏線；O—陽光直射點(diǎn)；NB—正午經(jīng)線；NA—0時(shí)經(jīng)線。正午太陽高度隨緯度變化的規(guī)律同一時(shí)刻，正午太陽高度由太陽直射點(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(duì)稱。春、秋分日和冬至、夏至的正午太陽高度隨緯度變化的規(guī)律如圖3所示。提示：=1\*GB3①.3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)正午太陽高度均為0°。=2\*GB3②.6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°，南極圈以南出現(xiàn)極夜〔正午太陽高度小于0°，為負(fù)值〕。=3\*GB3③.12月22日前后——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)一年中有兩次到達(dá)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：=1\*GB3①.在直射點(diǎn)南北移動(dòng)的過程中，對(duì)于全球任何一個(gè)地點(diǎn)而言，直射點(diǎn)移向該地點(diǎn)，那么該點(diǎn)的正午太陽高度逐日變大；反之，那么逐日變小。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。=2\*GB3②.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日到達(dá)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日又到達(dá)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°。=3\*GB3③.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日到達(dá)年內(nèi)最小值；隨后直射點(diǎn)南移，正午太陽高度漸大，至次年12月22日又到達(dá)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°。=4\*GB3④.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。=2\*CHINESENUM3二.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?】〔08廣東文基42～43〕以下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)此答復(fù)以下兩題。SN75SN75°=3\*GB3③NS60°=2\*GB3②N45°S=1\*GB3①=1\*GB2⑴.三地的緯度從高到低的排序是〔〕A.=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③B.=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②C.=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3①D.=3\*GB3③=1\*GB3①=2\*GB3②=2\*GB2⑵.此日晝長(zhǎng)時(shí)間從短到長(zhǎng)的排序是〔〕A.=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③B.=2\*GB3②=1\*GB3①=3\*GB3③C.=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3①D.=3\*GB3③=1\*GB3①=2\*GB3②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=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③。結(jié)合晝夜長(zhǎng)短的緯度變化規(guī)律可知，夏至日時(shí)北半球各地晝長(zhǎng)到達(dá)年內(nèi)最長(zhǎng)，且緯度越高晝?cè)介L(zhǎng)，故三地此日晝長(zhǎng)從短到長(zhǎng)的排序是=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3①。答案⑴.A⑵.C【例2】〔07江蘇高考卷1～2〕某地是我國(guó)重要的人工多層經(jīng)濟(jì)林區(qū)。以下圖為該地“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到達(dá)正午時(shí)的最大。讀圖5答復(fù)下面2題。=1\*GB2⑴.該地位于〔〕A.45°N，110°EB.21°34′N，110°EC.45°N，130°ED.21°34′N，130°E=2\*GB2⑵.這一天〔〕A.太陽距離地球最遠(yuǎn)B.江蘇省各地晝長(zhǎng)夜短C.晨昏線與極圈相切D.正午太陽高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，那么該地在１２０°Ｅ以西，經(jīng)度差１０°，應(yīng)為１１０°Ｅ經(jīng)線上某點(diǎn)。由樹影在一年中到達(dá)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(zhǎng)相等，那么有45°＝90°－〔X＋23°26′〕〔X為當(dāng)?shù)鼐暥取?，得X＝21°34′N〔該地在我國(guó)〕。故第1題B項(xiàng)正確。第2題，“這一天”指12月22日答案⑴.B⑵.C應(yīng)用2：確定所求地點(diǎn)正午日影長(zhǎng)短、朝向或者房屋朝向。=1\*GB2⑴．判斷正午日影長(zhǎng)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(zhǎng)。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(zhǎng)、朝向情況，具體如下：=1\*GB3①.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(zhǎng)。=2\*GB3②.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(zhǎng)。=3\*GB3③.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〕。④.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)，太陽那么永遠(yuǎn)從北面照射過來，日影也是永遠(yuǎn)朝向北方。=2\*GB2⑵．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。【例3】〔07寧夏高考卷5～6〕我國(guó)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(jiǎn)圖〔如圖６〕。答復(fù)下面2題。=1\*GB2⑴.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.=1\*GB3①B.=2\*GB3②C.=3\*GB3③D.=4\*GB3④=2\*GB2⑵.當(dāng)?shù)卣缣柛叨鹊竭_(dá)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)將北返解析此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題，=1\*GB3①處正午太陽高度有90°，說明該地區(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(duì)稱，由此可判斷=1\*GB3①在赤道上。=2\*GB3②處最大太陽高度為90°，正午太陽方位一直在北方，那么可判斷=2\*GB3②處在南回歸線上。=3\*GB3③處和=2\*GB3②處正好相反，應(yīng)在北回歸線上。=4\*GB3④處有正午太陽高度為0°的現(xiàn)象，且正午太陽一直在南方，那么=4\*GB3④處在北極圈上。再結(jié)合題干中“我國(guó)某校”，可知C項(xiàng)正確。第2題，當(dāng)=2\*GB3②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；=1\*GB3①=3\*GB3③=4\*GB3④三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)。應(yīng)選項(xiàng)D正確。答案=1\*GB2⑴.C=2\*GB2⑵.D應(yīng)用3：計(jì)算樓距、樓高或熱水器安裝角度。=1\*GB2⑴．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(guó)為例，如圖７，南樓高度為h，該地冬至日正午太陽高度為H，假設(shè)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，那么最小樓間距為L(zhǎng)＝h×cotH。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，那么南樓的最大高度為h＝L×tanH。α正午光線Hα正午光線H圖８【例4】太陽能熱水器的集熱面與太陽光線垂直效果最正確。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°－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)此題外延可以得出這樣的結(jié)論：對(duì)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)用問題的理論根底，學(xué)生不僅要深刻把握該局部理論知識(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。穩(wěn)固訓(xùn)練讀某地正午太陽高度年變化折線圖，答復(fù)1～3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'S 2.圖中B處所表示的這一天，該地達(dá)到一年中極值的是()A.白晝長(zhǎng)度B.大氣溫度C.正午影長(zhǎng)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 B.北半球緯度越高晝?cè)介L(zhǎng)C.太陽直射赤道 D.地球公轉(zhuǎn)速度最慢據(jù)此完成13～16題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°26′B．46°52′C．66°34′D．90°14．16．以下地區(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．海口 D．重慶北京〔40°N〕某?！獙W(xué)生在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，對(duì)太陽能熱水器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將太陽能熱水器支架改造成可以升降的活動(dòng)方式〔如以下圖所示〕。據(jù)此完成4～6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(zhǎng)短的日變化規(guī)律D.晝夜長(zhǎng)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(guó)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.以下地區(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(zhǎng)及朝向示意圖〔右圖〕，答復(fù)6～8題。7.關(guān)于兩城市現(xiàn)象的表達(dá)，正確的選項(xiàng)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(zhǎng)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8.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(zhǎng)最短時(shí)〔〕A.b城正午影長(zhǎng)最長(zhǎng)B.北京的晝長(zhǎng)小于南京C.羅馬氣候溫和多雨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〕如以下圖所示，讀圖答復(fù)9～10題。10.此時(shí)〔〕①就北半球而言，其緯度數(shù)C＞B＞A②B地的緯度必在極晝或極夜范圍內(nèi)③C的緯度是6°34′N或53°26′S④就南半球而言，其緯度數(shù)B＞C＞DA．①②B．①③C．②③D．③④11.A、B、C、D四地的位置〔〕①A地可能在巴西境內(nèi)②B地可能在南極大陸③C處可能位于北印度洋海域④D處附近海域的洋流是西風(fēng)漂流A．①②B．①③C．②③D．②④答案：1.B2.C3.A4.B5.C6.C7.D8.B9.A10.D11.C郵箱：以下各圖是未經(jīng)選擇性粘