正午太阳高度的变化规律及其计算

正午太阳高度的变化规律及其计算正午太阳高度的变化规律及其计算 1．太阳高度与正午太阳高度 太阳相对于地平面的高度角叫太阳高度，太阳高度的最大值为 90°。 正午太阳高度就是一天中最大的太阳高度，也就是太阳直射当地经线时的太阳高度，此时当地的地 方时为 12 时。 太阳高度的全球分布规律：由直射点向四周递减，直至晨昏圈上为 0°，呈同心圆分布。 太阳高度的日变化：极点上，在极昼期间，太阳高度在一天之内没有变化，其太阳高度始终等于 太阳直射点的纬度，如下图甲； 非极点地区，太阳高度在一日之内是有变化的，一天之内有一个最大值，即当地的正午太阳高度， 如下图乙。 2．正午太阳高度的变化规律 (1)正午太阳高度的纬度变化规律 同一时刻，从太阳直射点向南北两侧递减；同一地点，离太阳直射点所在纬线越近，正午太阳高度角 越大， “点近角大、点远角小” ；纬度相差多少度(1°)，正午太阳高度角就相差多少度(1°)。具体如下表： 节气 春分 夏至 秋分 冬至 归纳 太阳直射点 赤道 北回归线 赤道 南回归线 正午太阳高度的纬度变化 赤道正午太阳高度为90°，由赤道向南北两极递减 北回归线正午太阳高度为90°，由北回归线向南北两侧递减 赤道正午太阳高度为90°，由赤道向南北两极递减 南回归线正午太阳高度为90°，由南回归线向南北两侧递减 太阳直射点所在纬度正午太阳高度为90°，距离太阳直射点所在 纬线越近，正午太阳高度角越大，越远则正午太阳高度角越小 (2) 正午太阳高度的季节变化 纬度地带 北回归线及 其以北地区 南北回归线 之间的地区 南回归线及 其以南地区 正午太阳高度的变化 北半球冬至日后逐渐增大，北半球夏至日达到一年中最 大值，然后又逐渐缩小，到北半球冬至日达到一年中最小值 一年中有两次太阳直射，直射时正午太阳高度最大 南北回归线上一年中有一次太阳直射，直射时正午太阳高度最大 北半球冬至日达到一年中最大值，然后又逐渐缩小，到 北半球夏至日达到一年中最小值 3．正午太阳高度的计算 某地正午太阳高度的大小，可以用下面的公式来计算：H＝90°－|φ－δ|。其中 H 为正午太阳高 度数，φ为当地地理纬度，永远取正值，δ为直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。 在实际的解题中，许多时候并不需要运用此公式。由于在某地点正午太阳高度与直射点太阳高度差 值等于它们的纬度差，所以利用下面公式计算更为方便；某地正午太阳高度角 H＝90°－δ，其中δ为某 地与太阳直射点的纬度差。 如图所示：当太阳直射B 点时，A 点的正午太阳高度是 H＝90°－δ＝90°－(40°－10°)＝60°。 当太阳直射 B 点时，C 点的正午太阳高度是 H＝90°－δ＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°。 极昼时寒带地区子夜太阳高度＝(所求地点纬度＋ 太阳直射点纬度)－90°。 注意：两地纬度差的求法：①若太阳直射点与所求地点 处于同一半球时，纬度差等于大数减去小数；若两地分属不同 的半球，则两地纬度差就是两地的纬度数之和。②若所求出的正 午太阳高度角等于 0°，说明该纬度出现极夜现象，且处于极夜 的界线上；若所求正午太阳高度为负值，说明该地是极夜地区。 【例 1 设 M(0°，30°E)，N(23°26′S,30°E)两地正午太阳高 度分别为 Hm 和 Hn，判断下列四项中正确的是()B A．Hm 和 Hn 不可能在同一天达到最小值B．每年有某一时刻 Hm＝Hn C．每年约有 6 个月 HmHnD．任何时候都是 Hm≥Hn 图示法记忆正午太阳高度的纬度变化规律和季节变化规律： 二分二至日正午太阳高度的纬度分布 如上图中，当 a、c 值相差 20°时，该地的纬度值是()B A．23°NB．63°NC．43.5°ND．27°N 4、正午太阳高度变化规律的应用 （1）确定地方时 当某地太阳高度达一天中最大值时，就是一天的正午时刻，此时当地的地方时是 12 时。 （2）判断所在地区的纬度 当太阳直射点位置一定时，如果我们能够知道当地的正午太阳高度，就可以根据“某地与太阳直射点 相差多少纬度，正午太阳高度就相差多少度”的规律，求出当地的地理纬度。 （3）确定房屋的朝向 为了获得最充足的太阳光照，各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。北回归线以北的地区， 正午太阳位于南方，房屋朝南；南回归线以南的地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。 （4）判断日影长短及方向 太阳直射点上，物体的影子缩短为 0；正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。正午是一 天中日影最短的时刻。 日影永远朝向背离太阳的方向，北回归线以北的地区，正午的日影全年朝向正北 (北极点除外)，冬 至日日影最长，夏至日最短；南回归线以南的地区，正午的日影全年朝向正南 (南极点除外)，夏至日日影 最长，冬至日最短；南北回归线之间的地区，正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北；直射时日影最 短(等于 0)。 （5）计算楼间距、楼高 为了更好地保持各楼层都有良好的采光，楼与楼之间 应当保持适当距离。 纬度较低的地区，楼距较小，纬度较高的地区楼距较 大。以我国为例，见下图，南楼高度为 h，该地冬至日正午太 （6）计算热水器的安装角度 太阳能热水器集热面与太阳光线垂直；太阳能热水器集热面与地面的夹角同正午太阳高度互余。 为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板之间 成直角。其倾角和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90° 【例 2】近年来，我国房地产业发展迅速，越来越多的 居民乔迁新居，居住条件和环境显著改善。下图是房地 产开发商在某城市(30°N)建造的两幢商品住宅楼，请读 图后，运用相关知识回答(1)～(2)题。(tan35°≈0.7， tan45°＝1，tan60°≈1.732) (1)某户居民买到了北楼一层的一套房子，于春节前入住后 发现正午前后太阳光线被南楼挡住。问该房子一年中正午太阳光 线被南楼挡住的时间大约是()C A．1 个月B．3 个月C．6 个月D．9 个月 (2)房地产开发商在建楼时，应该使北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被太阳照射，那么在两幢楼间 距不变的情况下，南楼的高度最高约为()B A．20 米B．30 米C．40 米D．50 米 5、正午太阳高度与太阳直射点的关系 (1)正午太阳高度一定是指当地正午 12 点整的太阳高度，但是太阳不一定直射当地所在的纬度。 (2)太阳直射点必须是在纬度 23.5°之间来回移动，纬度大于 23.5°的地方太阳不能直射，但有正午太 阳高度，只是其正午太阳高度一定小于 90°。 (3)正午太阳高度的计算及其应用都与当地纬度和太阳直射点的纬度有关，二者缺一不可。 (4)太阳直射点以一个回归年为周期在南北回归线及其之间来回移动， 故直射点大约每个月移动纬度 8°， 阳高度为 H，则最小楼间距 L＝h·cotH。解题的关键是计算当地一年中最小的正午太阳高度，并计算影长。 每移动 1°大约需要 4 天。 (5)正午太阳高度的变化规律与太阳直射点密切相关，距离太阳直射点越近，正午太阳高度越大；距离 太阳直射点越远，正午太阳高度越小。 例：下图中 L 表示北半球某地太阳高度角 (1)此日江苏省南通市(