太阳高度角计算和应用

太阳高度角计算和应用内容摘要：

太阳高度角计算和应用 1专题 5 正午太阳高度变化规律图解 太阳高度是太阳光线相对地面的夹角(即太阳在当地的仰角),在太阳直射点处太阳高度最大,为 90°,在晨昏线上则为 0°。 而正午太阳高度就是各地一日内最大的太阳高度，也即地方时为 12 点的太阳高度。 正午太阳高度的变化包括同一时间随纬度的变化和同一地点（纬度）在一年中随季节的变化。 由于这两种变化的直接原因都是太阳直射点的回归运动（如图 1 左） ，因此，要理解和掌握正午太阳高度的变化规律需要从太阳直射点和正图1午太阳高度变化的关系来入手。 图 2 是平行的太阳光线照射在球面上的状况，从中可以得出正午太阳高度的一些基本规律（H 表示正午太阳高度，下同）。 H DH BH AH CH 纬度分布看，太阳直射点所在纬度正午太阳高度最大，并由此向南北两侧递减，在太阳直射点南北两侧的对称点上，正午太阳高度相等。 H AH CH E， BH 离太阳直射点所在纬度近时，正午太阳高度大，反之正午太阳高度小。 下面通过图解来分析正午太阳高度的变化规律，帮助学生直观掌握、理解其基2本规律。 首先对图 1 左图进行转换，将图中经线圈的右半部“拉直” ，可得到图 1 右图。 两图均表示夏至日太阳直射北回归线，冬至日太阳直射南回归线，春分日和秋分日（以下简称二分日）太阳直射赤道。 这里以图 1右图为基础来深入分析正午太阳高度的季节变化规律和纬度分布规律。 （一）正午太阳高度的季节变化规律这里我们分六个方面进行分析。 假设 P 为满足条件的任意一地点，2，别表示夏至日、二分日、冬至日时 P 地的正午太阳高度，太阳直射南北回归线之间某地 P 时的正午太阳高度。 1 赤道地区：由图 3 可以看出，二分日时太阳直射赤道，此时赤道地区正午太阳高度（最大值 90°，二至日正午太阳度（ 最小值。 以春分日为起点，正午太阳高度变化为：2赤道与北回归线之间地区：由图 4 可以看出，于 大于 夏至日前后 P 地各有一次直射，此时正午太阳高度达最大值（，冬至日时正午太阳高度达最小值（。 正午太阳高度变化为： 3北回归线地区：由图 5 可以看出，2>至日达最大值（，冬至日达最小值（。 从夏至日到冬至日该地正午太阳高度由最大变为3最小。 4北回归线以北地区：由图 6 可以看出，2>至日达最大值（，冬至日达最小值（。 从夏至日到冬至日该地正午太阳高度由最大变为最小。 同理，南半球情况与北半球相反，即赤道与南回归线之间地区，正午太阳高度最大值在冬至日前后各一次，最小值在夏至日出现（如图 7 所示）。 正午太阳高度变化为： 南回归线及其以南地区，冬至日达最大值，夏至日达最小值，如图8 所示。 正午太阳高度变化为：根据上述分析可以看出，任一地点，一年中离太阳直射点所在纬度最近时，正午太阳高度达最大值，反之达最小值。 北回归线及其以北地区，夏至日时正午太阳高度达一年中最大值，冬至日时达最小值；南回归线及其以北地区，冬至日时正午太阳高度达一年中最大值，夏至日时达最小值；南北回归线之间地区，太阳直射时正午太阳高度达一年中最大值，离太阳直射点所在纬度最远时达最小值。 （二）正午太阳高度的纬度分布规律4正午太阳高度的纬度分布规律与太阳直射点的位置及其移动规律直接相关。 如下表所示：根据上表可以归纳如下规律：正午太阳高度从直射点所在纬度向南北两侧递减；夏至日时太阳直射北回归线，正午太阳高度从北回归线向南北两侧递减；冬至日时，太阳直射南回归线，正午太阳高度从南回归线向南北两侧递减；二分日时，太阳直射赤道，正午太阳高度从赤道向两极递减。 正是由于正午太阳高度的变化，再加上昼夜长短的变化，使太阳辐射具有季节变化的规律，形成四季。 同一季节，太阳辐射具有纬度分异的规律，形成五带，在此基础上导致全球地理环境及其组成要素发生变化，并表现出明显的季节性和纬度地带性。 巧解太阳高度计算题太阳高度的计算，一直是地球运动中重点和难点，考生遇到此类问题时难以作对。 我在教学中发现掌握一些公式，有利于快速解题，既减少了思维量，又节省了大量时间。 1直射点的纬度1/2×（出现极昼的点最大的太阳高度该点最小的太阳高度）注：出现极昼时：极点的最大的太阳高度该点最小的太阳高度刚出现极昼的点最小的太阳高度=0 2直射点的纬度刚出现极昼点的纬度90°3正午太阳高度90°所求点的纬度±直射点的纬度 5（所求点与直射点在赤道的同侧取“”号，在赤道的异侧取 “”号)4寒带、温带： 某地夏至日的正午太阳高度冬至日的正午太阳高度2×黄赤交角 热带： 某地夏至日的正午太阳高度冬至日的正午太阳高度2×该地的纬度 例 1：右图是地球运行到远日点附近某地在一天中太阳高度的变化情况，据此回答： (1) 该日太阳直射点所在的纬度 A23°N B23°26N C23°S D23°26S(2) 刚出现极昼点的纬度为：A90°N B67°6°34S D67°S（3）该地的地理纬度可能为： A20°N B70°N C20°S D66°34S （解题思路）根据地球运行到远日点附近得知太阳直射北半球，该地为北半球；由公式 1 算出直射纬度1/2×（43°3°）23°；由公式2 算出：刚出现极昼点的纬度90°23°67°；由公式 3 算出：43°90°（所求点的纬度23°） ，得所求点的纬度为 70°，因此答案为（1）A （2）B （3）B。 例 2：图中 D 分别为旗杆一年正午投影最长和最短时的影长，求该6地的纬度：A. 15°3720N B . 46°52N 640N D . 50°5640S（解题思路）由图可知该地没有太阳直射现象，因此该地不会位于热带。 据公式 4 得：4aa2×黄赤交角2×23°2646°52，推知a15°3720，代入公式 3 得当地的纬度为50°5640，因为太阳光线从南边射来知该地为北半球，故答案为 C。 例 3：右图是某地一年正午太阳高度变化图，那么该地的纬度为。 （解题思路）由图可知该地有太阳直射现象，因此该地位于热带。 据公式 4 得：88°45°2×该地的纬度，故答案为 另外该题也可用公式 3 计算。 练习 1：右图为甲 乙 丙三地某日“太阳视运动路线图” ，圆 0 为地平圈，箭头为太阳视运动方向，1222°，回答：(1)甲地的地理纬度A22°N B. 23°26N 7C . 66°34N D. 90°N(2)丙地的正午太阳高度A22° B. 44° C11° D. 68° (3) 333°，那么4 为A22° B44° C11° D33° 练习 2：公元前 1100 年，我国天文学家在某地发现夏至日的正午太阳高度为 79°07，冬至日的正午太阳高度为 31°19，当时的黄赤交角是 ，当地的地理纬度是。 （参考答案）1：（1）D （2）B （3）C 2：23°54， 34°47正午太阳高度角的计算及应用作为地球运动的结果，正午太阳高度角的变化深刻影响着人类的生产、生活，成为高考考查的重点，主要考查学生的空间思维能力和知识应用能力。 近几年上海、广东及江苏大综合卷都有所体现。 该类试题取材于人类生产、生活，突出考查学生运用地理基本原理、规律的能力，同时能进行科际的综合，代表高考命题方向以能力立意，培养学生的创新思维能力。 因此在高三复习中应予以高度重视。 难点磁场8图 31 表示某地正午太阳高度和月降水量的变化。 读图回答 12 题。 （2000 年山西综合卷）1.该地纬度可能为（ ）23°26N 23°26S 或 22°0N 或 40°30该地气温及降水特征是（ ）季寒冷干燥3.如图 32 所示的日期，下列地点：北京（39°54N） ，新加坡（1°N） ，汕头（23°26N） ，海口（20°N） ，正午太阳高度角从大到小排列正确的是（ ）口、汕头、头、海口、口、北京、口、新加坡、北京近年来，我国房地产业发展迅速，越来越多的居民乔迁新居，居住条图 31图 329件和环境显著改善。 请读图 33，运用以下公式回答 45 题。 （2002 年大综合卷）图 33某地正午太阳高度的大小：H=90°- 中 H 为正午太阳高度； 为当地纬度，取正值； 为太阳直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。 5°0.7 5°=1 0°房地产开发商在某城市（北纬 30 度）建造了两幢商品住宅楼（图 33） ，某个居民买到了北楼一层的一套房子，于春节前住进后发现正午前后太阳光线被南楼挡住，请问房子一年中正午太阳光线被南楼挡住的时间大约是（ ）月 月 月 月5.为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（ ） 6.北纬 38°一开阔平地上，在楼高为 H 的楼房北面盖新楼，10欲使新楼底层全年太阳光线不被遮挡，两楼距离不小于（1999 年广东卷）（ ）0° 0°0° 0°案例探究案例 1某校所在地（120°E，40°N）安置一台太阳能热水器，为了获得最多的太阳光热，提高利用效率，需要根据太阳高度的变化随季节调整其支架倾角，下列四幅日照图中与热水器安置方式搭配不合理的是命题意图：本题主要考查太阳高度角在生产生活实践中的应用，考查学生应用地理知识分析问题、解决问题的能力，很好地体现了高考命题趋向，突出对学生能力的考查。 图 34知识依托：晨昏线的特点与节气的判断，地球自转的方向，正午太阳高度的计算，太阳辐射强度等知识为依托。 错解分析：本题涉及知识点较多，错误可能出现在晨昏线的特点与日期的判断错误，也可能是忽视了地球自转方向，也有可能不知道正午太阳高度角具体指图中的哪一个角，再者也有可能对正午太阳高度角的计算公式的要求不熟悉，出现计算错误等。 11解 题 方 法 与 技 巧 ： 这 是 一 道 典 型 的 知 识 综 合 应 用 题 ， 首 先 根 据 图 中 地球 自 转 的 方 向 和 晨 昏 线 特 点 ， 判 断 四 个 图 所 对 应 日 期 （ A 图 为 夏 至 日 ， B 图为 冬 至 日 ， C 和 D 图 为 春 分 日 或 秋 分 日 ） ， 然 后 根 据 正 午 太 阳 高 度 的 计 算 公式 H=90°-。