高中地理名师复习专题5-太阳高度角计算和应用

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

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

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 18∶00 12∶00

6∶00 6∶00 12∶00 18∶00

正东升 正西落

南北北N S

西东

6∶00 18∶00 12∶00 北南