玩轉地理 | 太陽高度角的那些事兒

太陽高度角是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角，專業上講太陽高度角是指某地太陽光線與通過該地與地心相連的地表切面的夾角。太陽高度角簡稱太陽高度。太陽高度是決定地球表面獲得太陽熱能數量的最重要的因素。當太陽高度角為90°時，此時太陽輻射強度最大；當太陽斜射地面時，太陽輻射強度就小。

1.正午太陽高度的概念與測量

正午太陽高度是各地一日內最大的太陽高度，即地方時為12時的太陽高度。

可利用「立竿見影」的方法進行正午太陽高度的測量與計算。如圖所示，已知圖中杆高為h，當太陽從3位置照射時的影長為l，則該日正午太陽高度H可通過公式計算：tanH=h/l。

規律總結：「立竿見影」，近大遠小，來增去減

2.正午太陽高度的緯度分布規律(近大遠小)

某日太陽直射某緯線，則該緯線的正午太陽高度為90°，離該緯線越遠，則正午太陽高度越小(簡記為「近大遠小」)。由此可以推知：一日內，同一緯線各地正午太陽高度相同；正午太陽高度從直射點所在緯線向南北兩側遞減。

例如，夏至日，太陽直射北回歸線，正午太陽高度從北回歸線向南北兩側遞減；冬至日，太陽直射南回歸線，正午太陽高度從南回歸線向南北兩側遞減；二分日，太陽直射赤道，正午太陽高度向赤道兩側遞減。

3.正午太陽高度的季節變化規律(來增去減)

 

由近大遠小的規律可以推知：直射點向本地所在緯線移來，正午太陽高度增大，反之減小(簡記為「來增去減」)。例如，北回歸線及其以北地區，夏至日正午太陽高度達一年中最大值，冬至日達一年中最小值；南回歸線及其以南地區，冬至日正午太陽高度達一年中最大值，夏至日達一年中最小值；南北回歸線之間的地區，太陽直射時正午太陽高度達一年中最大值，離太陽直射點所在緯線最遠時達一年中最小值。

4．正午太陽高度的計算公式

H＝90°－緯度差

其中，H為所求點的正午太陽高度；90°為太陽直射點的太陽高度；

緯度差是指某地的地理緯度與當日太陽直射點所在的緯度之間的差值(當所求點與太陽直射點在同一個半球時，緯度差為兩地緯度數之差；當所求點與太陽直射點不在同一個半球時，則緯度差為兩地的緯度數之和，簡記為「同減異加」)。

5．正午太陽高度的年變化規律

在南北回歸線之間的地方，其正午太陽高度的年變化幅度ΔH＝23°26′＋Φ(Φ為當地緯度)；在回歸線與極圈之間的地方，其正午太陽高度的年變化幅度恆為46°52′；從極圈到極點之間的地方，其正午太陽高度年變化幅度從46°52′逐漸降低至23°26′，任一緯度Φ的正午太陽高度年變化幅度ΔH＝90°－Φ＋23°26′。

1、緯度變化規律：由太陽直射點所在經緯度向南北兩側遞減。可推知與太陽直射點的緯度相差一度，正午太陽高度角就減小一度。(進一步可得出：已知某一正午太陽高度角，一般有兩條緯線等於此度數)。

例如:太陽直射20°N，這天全球正午太陽高度角就從20°N向南北兩側逐漸遞減，19°N的正午太陽高度角就等於89°。

即19°N的正午太陽高度=90°-（太陽直射點-該地緯度）=90°-（20°-19°）=89°

2、季節變化規律：太陽直射點移來時漸增，移去時漸減(太陽直射點相對某地所在緯線而言)。例如：對於31°N的地區，在12月22日(冬至日)至6月22日(夏至日)這段時間，正午太陽高度角漸增，6月22日(夏至日)至12月22日(冬至日)這段時間，正午太陽高度角漸減。

小結：

1、整個南或北半球，正午太陽高度角能同時達全年最小值(該半球的冬至日)，但不能同時達全年最大值；

2、南北回歸線之間的地區，太陽直射時達全年最大值，而非該半球的夏至日；

3、南北回歸線上一年一次最大值(該半球的夏至日)和最小值(該半球的冬至日)；南北回歸線之間的地區一年兩次最大值(太陽直射時)、一次最小值(該半球的冬至日)，但赤道一年各兩次；

4、回歸線以外的地區，一年各一次最大值(該半球的夏至日)和最小值(該半球的冬至日)。

正午太陽高度的應用

(1)利用正午太陽高度確定地方時：當某地太陽高度達到一天中的最大值時，就是一天的正午時刻，此時該地的地方時為12時。

(2)利用正午太陽高度確定當地的地理緯度：當太陽直射點位置一定時，如果我們能夠知道當地的正午太陽高度，就可以根據「某地與太陽直射點相差多少緯度，正午太陽高度就相差多少度」的規律，求出當地的地理緯度。

(3)利用正午太陽高度確定房屋的朝向：為了獲得最充足的太陽光照，各地房屋的朝向與正午太陽所在的位置有關。北回歸線以北的地區，正午時太陽位於南方，房屋朝向南方；南回歸線以南的地區，正午時太陽位於北方，房屋朝向北方。

(4)判斷日影長短及方向

正午太陽高度越大，日影越短，正午太陽高度越小，日影越長，且日影方向背向太陽。如下圖中各點旗杆日影長短及日影所在方向(圖中是夏至日，經線和緯線的交點是直射點)。

(5)利用正午太陽高度確定樓距、樓高：為了更好地保持各層樓都有良好的採光，樓與樓之間應當保持適當距離。以我國為例，見圖甲，南樓高度為h，該地冬至日正午太陽高度為H，則最小樓間距L為：L＝hcotH。

(6)太陽能熱水器的傾角調整：為了更好地利用太陽能，應不斷調整太陽能熱水器與樓頂平面之間的傾角，使太陽光與受熱板之間成直角。其傾角和正午太陽高度角的關係為α＋h＝90°(如圖乙)。 

 

(7)判斷山地自然帶在南坡和北坡的分布高度：一般情況下，由於向陽坡正午太陽高度大，得到的光熱多，背陽坡得到的太陽光熱少，因此在相同高度，陽坡溫度較高，陰坡溫度較低，從而影響到自然帶在陽坡和陰坡的分布高度。

圖中a、b兩條曲線為太陽高度日變化曲線。回答(1)～(2)題。 

(1)若m為北京時間8∶40，且a、b兩條曲線分別表示QP兩地某日太陽高度日變化情況。則(   )

A.Q地晝長小於12小時

B.P地該日正午旗杆影長為零 

C.Q地一定位於北半球

D.P地一年中有兩次太陽直射 

(2)若a、b兩條曲線分別表示X、Y兩地某日太陽高度日變化情況。則(   )

A.X、Y兩地緯度值相同

B.X、Y兩地晝長相同 

C.X、Y兩地處在同一經線上

D.X、Y兩地太陽高度相同 

【解析】

第(1)題，從已知條件分析，曲線a 對應Q 地，曲線b 對應P 地，且圖中Q 地太陽比P 地早升晚落，說明Q 地晝長較長。同時，P 地太陽在北京時間8:40 升起，在14:40 太陽高度達最大值，可得出其晝長為12小時，Q 地晝長大於12 小時。在Q 地晝夜不等長的情況下，晝長為12 小時的P 地只能在赤道上，赤道在一年中有兩次太陽直射。第(2)題，圖中a、b 兩條曲線所對應的太陽高度最大值相同，即正午太陽高度相同，因此排除D 項。同時，在同一天，正午太陽高度相同的地方，有兩種情況：一是位於同一緯線上，而同一緯線上的點晝夜長短應該相同，從圖中太陽升落時間來看,X地晝長比Y 地長，因此排除A、B 項;二是兩地分別位於直射點的南北兩側，且與直射點的緯度差相等，如圖1所示，這種情況下，X、Y則位於同一經線上。

【答案】(1)D(2)C 

某開發商分別在北京(約40°N)和福州(約26°N)開發了兩個樓盤。兩地均設計了朝向和樓高相同的戶型結構如下圖(甲圖)所示。讀圖完成1～2題。

1．若福州樓盤每層2.8米共20層，南北樓距為28米。乙圖①棟10層住戶一年中正午不能直接獲得太陽照射的時間最接近(   )

A．11個月      B．9個月

C． 7個月      D．1個月

2．在上級部門對兩地小區樓盤規劃設計圖(乙圖)審批時，幾乎相同的設計在北京卻沒有通過，被要求修改。最終修改的方案可能是(   )

A．降低南側樓房的高度

B．縮小南北樓的樓間距

C．擴大東西樓的樓間距

D．降低北側樓房的高度

【解析】

第1題，根據題意可知，乙圖D棟10層只要正午太陽高度低於45°，就不能直接獲得太陽照射，根據H=90°一緯度差，可計算出太陽直射點位於19°S 以南時，10層住戶不能直接獲得太陽照射，最接近的時間是1個月。第2題，北京正午太陽高度小，考慮採光條件，儘量減少南樓對北樓太陽光線的遮擋，應降低南側樓房高度。

【答案】1．D　2.A

我國某中學地理興趣小組在操場測量一直立杆的影子，當太陽高度為20°時測得影長為OA(OA的朝向每天都在發生變化)，在北京時間11：30時測得最短影長為OB(如圖所示)。讀圖完成下列問題。

（1）該學校最可能位於(   )

A．山西     B．黑龍江

C．新疆     D．雲南

（2）圖示日期前後，該地(   )

A．太陽從西北方向落下

B．晝短夜長

C．正午太陽高度漸大

D．日出時間推遲

【解析】

第（1）題，根據圖中指向標，影長為OB時，影子朝向正北方向，說明此時是當地正午12點，北京時間是11：30，根據經度每差15°，時間相差1小時， 可以計算出該學校經度是127.5°E，最可能位於黑龍江，B對。第（2）題，讀圖，圖中，太陽高度角20°時影子方向與正午時影子方向成直角，說明時間相差6小時，所以圖示日期日出時間在6點之前。該日前後，該地晝長夜短，太陽從東北方向升起，太陽從西北方向落下，A對，B錯。無法判斷正午太陽高度、日出時間的變化，C、D錯。

【答案】（1）B　（2）A　

整理自 高中地理資訊、百度文庫等

部分圖片來自百度搜圖

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