专题5-太阳高度角计算和应用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 D＜H B＜H A＞H C＞H E表明：从纬度分布看，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 A＞H C＞H E，H A＞H B＞H D表明：距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，H1，H2，H3分别表示夏至日、二分日、冬至日时P地的正午太阳高度，H4为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（H2）达最大值90°，二至日正午太阳度（H1和H3）达最小值。

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，H4大于H1和H2又大于H3，在夏至日前后P地各有一次直射，此时正午太阳高度达最大值（H4），冬至日时正午太阳高度达最小值（H3）。

正午太阳高度变化为：3．北回归线地区：由图5可以看出，H1>H2>H3。

夏至日达最大值（H1），冬至日达最小值（H3）。

从夏至日到冬至日该地正午太阳高度由最大变为最小。

4．北回归线以北地区：由图6可以看出，H1>H2>H3。

夏至日达最大值（H1），冬至日达最小值（H3）。

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。

一天中太阳的视运动轨迹和日影运动轨迹一、太阳视运动轨迹与日影运动轨迹的关系日影运动轨迹由太阳运动轨迹决定：日影朝向与太阳的方位相反；日影长短与太阳高度成反比。

所以，我们学习的重点应放在对太阳视运动轨迹的探讨上。

二、影响太阳视运动轨迹的若干因素1、光源因素：相对地球而言太阳是一个面光源而非点光源，所以，地球接受到的太阳光线是一组平行线。

2、地球上的方向因素：经线指示南北，北极点为最北，其四周均为南方；南极点为最南，其四周均为北方。

纬线指示东西，东西方向为无限方向。

3、时间因素：（1）因一年中不同日期，地球绕日公转的轨道位置不同，球面上太阳直射点的位置不同，也即太阳光线射入的角度也就不同，相对于地球上的方位也就会发生改变，存在着冬半年、夏半年、两分日等差异。

（2）加之一天中地球的自转运动，会造成太阳高度的变化，从而出现一个太阳的视运动轨迹 4、空间因素：除了因一年的时间和一天的时间不同而太阳升落方位不同外，还跟观察者的地理纬度有关系，存在着直射点纬度、直射点以北、直射点以南、极昼区、极昼区极点等差异。

三、以下按时间和空间的不同组合来分析 （一）两分日全球除极点外，太阳光线与纬线平行全球太阳1、北极点2、直射点纬度以北3、直射点纬度4、直射点纬度以南5、南极点太阳：正东升→东南→正南→西南→正西落日影：正西→ 西北→ 正北→ 东北→ 正东 太阳：正东升→正中天→正西落日影：正西→ 无 → 正东太阳：正东升→ 东北→ 正北→ 西北→ 正西落日影：正西→ 西南→ 正南→ 东南→ 正东东西太阳：终日正南，高度不变，位于地平线 日影：影子正南（在夜半球，不可见）（ 注：图中内小弧箭头为日影运动轨迹，外大弧箭头为一日太阳视运动轨迹。

下同。

）西东 太阳：终日正北，高度不变，位于地平线 日影：影子正北（在夜半球，不可见）18∶00 12∶00 6∶006∶0012∶00 18∶00 正东升 正西落南南北北NS西东 6∶0018∶00 12∶00北南（二）北半球夏半年1、北极点2、极昼区3、直射点纬度以北4、直射纬度5、直射纬度以南太阳：终日正南，高度不变日影：终日正南太阳：正北升→东北→正东→东南→正南→西南→正西→西北→正北落（太阳高度最低时为日出、日落时，此时太阳光线从北极点方向射入）日影：正南 → 西南→正西→西北→正北→东北→正东→东南→正南太阳：东北升→正东→东南→正南→西南→正西→西北落 日影：西南→正西→西北→正北→东北→正北→东南太阳：东北升→正中天→西北落日影：西南→ 无→东南除极昼区外全球均为6∶00前18∶00后 12∶00北 南北南北 NSN6、南极点、极夜区 （三）北半球冬半年1、北极点、极夜区2、直射点纬度以北3、直射点纬度4、直射点纬度以南5、南极点6、极昼区太阳：东北升→正北→西北落日影：西南→ 正南 →东南无阳光照射，所以不可见太阳运动轨迹及日影太阳：终日正北，高度不变日影：终日正北太阳：东南升→正南→西南落日影：西北→ 正北 →东北6∶00前18∶00后12∶00太阳：东南升→ 正中天→ 西南落日影：西北→ 无 →东北 12∶00 太阳：东南升→正东→东北→正北→西北→正西→西南落 日影：西北→ 正西→西南→正南→东南→正东→东北无阳光照射，所以不可见太阳运动轨迹及日影北半球6点前 南半球6点后北半球18点后 南半球18点前12∶00东西东西东西南除极昼区外全球均为北半球18点前 南半球18点后北半球6点后南半球6点前北南北南南北正午太阳高度角的应用确定地方时确定当地地理纬度 确定房屋朝向确定日期、日影长短及方向 确定楼距和楼高调整太阳能热水器的安装角度[例题1]一位居住在北半球的中学生,在某一天观测太阳高度的变化,当他在P 点测到太阳高度最大值出现时,刚好是北京时间12时40分,此时的太阳高度h=43°,据此回答: （1）在图中标出南北方向（2）若当天为冬至日，这位中学生的经纬度位置是？夏至日呢？ [例题2] 某学校操场上，O 处有一垂直于地面的旗杆，OP 表示正午时旗杆在地面的影子，其长度随季节发生变化。

6月22日缩短为零。

M 处有一棵树，OM 垂直于OP ，读图回答：（1）月日OP 最长，三个月后，该地昼夜长短状况如何？ （2）M 处的树位于旗杆的什么方向，其精确的纬度是多少近年来，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。

请读图，运用以下公式及相关知识回答下列各题：①某地正午太阳高度的大小：H=90°-｜φ-δ｜，式中H 为正午太阳高度；φ为当地纬度，取正值；δ为太阳直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。

②tan35°≈0.7 tan45°=1 tan60°≈1.732○3两楼距L=h °CtgH ●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( D )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。

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。

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 和太阳：正南升→西南→正西→西北→正北→东北→正东→东南→正南落（太阳高度最低时为日出、日落时，此时太阳光线从南极方向射入）日影：正北→ 东北→正东→东南→正南→西南→正西→西北→ 正北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°-｜φ-δ｜可计算出H 1=73°26′，H 2=26°34′，H 3=H 4=50°。

最后根据支架的倾角和正午太阳高度角应该互为余角时，搭配合理，推出只有D 项不合理。

答案：D［案例2］如图3—5所示，位于北纬36°34′的某疗养院，计算在一幢20米高的楼房北面新建一幢楼房。

因为疗养的需要，要求高楼的每一层一年四季都能晒到太阳。

（1）新楼至少要距原楼多少米？（2）若黄赤交角变为23°34′，两楼之间的距离将应如何变化，才能保证各楼层均有较好的采光？命题意图：本题主要考查正午太阳高度角的应用，并同时考查学生应用地理知识分析解决实际问题的能力和计算能力。