7 1 太阳高度 午夜太阳高度和正午太阳高度

7 1 太阳高度 午夜太阳高度和正午太阳高度 详析太阳高度角知识 一、太阳高度角与正午太阳高度角的概念 太阳高度角是我们观察太阳时的仰角，也就是太阳光线与地面之间的夹角(如图1所示)。由于地球的自转，造成太阳东升西落，太阳高度角在一日内不断发生变化(如图2所示);正午(地方时为12时)太阳位于上中天时，太阳的高度角达到最大值H，我们将此时的太阳高度角称为该日的正午太阳高度角。 二、(正午)太阳高度角的时空分布规律 1. 太阳高度角的分布规律 (1)某时刻的空间分布 如下图所示，此时刻太阳直射点A的太阳高度角为90?，从直射点向四周，随着球面的弯曲，太阳高度角递减，呈同心圆状分布，晨昏线上的太阳高度角为0?。 (2)日变化 随着地球的自转，太阳直射点沿纬线移动，球面上各点的太阳高度角均不断发生变化，其大小取决于该点到直射点的球面距离。 2. 正午太阳高度角的分布规律 (1)某日的空间分布 在上图中，A点所在的经线地方时为12时，此时的太阳高度角即为该纬线上各地的正午太阳高度角。同一纬线上各地此日的正午太阳高度角相同。A点所在纬线上正午太阳高度角为90?，从A点所在纬线向南北两侧，随着球面的弯曲，正午太阳高度角递减，且与A点之纬度比较，纬度相差多少，正午太阳高度角也相差多少。比较某日两点的正午太阳高度大小，须比较两点中哪点离太阳直射纬线近，近者正午太阳高度角大。 (2)年变化 由于太阳直射点在南北回归线之间作回归运动，某地到太阳直射纬度的距离发生变化，其正午太阳高度角随之变化。在太阳直射点移近该地所在纬线的时段，该地正午太阳高度角递增;反之，该地正午太阳高度角递减。若某地在北回归线以北(或南回归线以南)，则其正午太阳高度角分别在夏冬至日达最大、最小值。若某地在南北回归线之间，则一年内有两次太阳直射，正午太阳高度角最大值达90?;在冬夏至日达到两次极小值。 3. 特殊地点的正午太阳高度 (1)极点的正午太阳高度 如下图所示，出现极昼的北极点，一日内太阳高度不变，(正午)太阳高度等于直射点的地理纬度a。 (2)与晨昏面相切的纬线上的正午太阳高度 如上图所示，A点所在纬线与晨昏面相切，其纬度应为90?-a，计算可得该日其正午太阳高度为2a。上述两地的太阳周日视运动为下图所示。 三、有关太阳高度角问题的类型与解题思路 太阳高度角类问题可以归纳为三种基本类型:比较某时刻不同地点的太阳高度、比较某日不同纬度的正午太阳高度、探究某地正午太阳高度的年变化规律。此外，因为各地正午太阳高度的大小取决于太阳直射纬度，而太阳直射纬度又影响昼夜长短、季节变化，因此，正午太阳高度问题常与昼夜长短、季节判断问题联系;特定日期某时刻各地太阳高度角的大小取决于太阳直射点的经度，因此比较各地太阳高度角的大小常和时刻的计算联系在一起。 四、正午太阳高度的计算与应用 (1)规律:从直射点往南北两侧递减;离直射点距离越近(纬度差越小)，正午太阳高度越大。 (2)最值:直射北回归线，北回归线以北地区达一年中最大值，整个南半球达一年中最小值;相反，直射南回归线时，南回归线以南地区达一年中最大值;整个北半球达一年中最小值。 (3)公式:H=90?-,φ-δ,中φ与δ符号很关键，此外，两点间的正午太阳高度差等于纬度差。 (4)影子的长短变化与方向:正午太阳高度角变大，影子变短;方向由太阳的位置确定。 (5)地方时:一天之中太阳高度最大时地方时为12时。 (6)楼间距离要抓住正午太阳高度角大小。 五、午夜太阳高度和正午太阳高度的判读 1、正午太阳高度角计算公式H=90?-|φ+δ|简单的数学推理: (1)假设P点是北半球北纬φ度纬线上的一点，则当太阳直射点在北纬δ度纬线上时(如图1)，则P点的H是多少, 而当太阳直射点在南半球南纬δ度纬线上时(如图2)，则P点的H是多少, 当太阳直射点在赤道时(如图3)，则P点的H是多少, (2): H=90?-|纬度差| ?已知点与太阳直射点在赤道同侧时 (即该点夏半年)，纬差为已知点与直射点之差的绝对值: H=90?-|φ-δ| ?已知点与太阳直射点在赤道两侧时(即该点冬半年)，纬差为已知点与直射点之和的绝对值: H=90?-|φ+δ| ?当太阳直射点在赤道上时(即春秋分日时)，纬差为已知点的纬度: H=90?-φ 2、午夜太阳高度:午夜太阳高度，即0点太阳高度;正午太阳高度，即12点太阳高度，只有在极昼圈及其以内才会有午夜太阳高度。那么午夜太阳高度、正午太阳高度以及太阳直射点的纬度之间有什么样的关系呢, 计算公式推导如下: 0 假设北半球一点P在北纬φ度(66?34′?φ?90),太阳直射点在北纬 δ度，此时P点出现极昼现象(如图5) 在上图中太阳光线是平行照射地球的，MR为P点的地平圈，PK为P点所在纬线的延长线，MO为赤道的延长线，N、S为两极点;H 为P点午夜太阳高度角，0 即?LPR。 在上图中由于太阳光线平行，PK与赤道面平行，所以?LPK=δ，?RPK=?RMO，0又因为在RT?OPM中?RMO=90-φ，所以，H,?LPR,δ-(90?-φ),即H,00δ+φ-90?。 对于该公式用地理术语来达为:极昼地点午夜太阳高度为该点地理纬度与直射点纬度之和与90?的差 验证: ?当H=0?时(太阳视运动轨迹与地平圈相切)，δ+φ=90? 即极昼地区0 最低纬线圈度数与太阳直射点纬度数互余。 ?当φ=90?时，H,δ即在极点上看，太阳周日视运动圈与地平圈总是平0 行的，一天中太阳高度没有变化，总是等于太阳直射点的纬度，只是随时间变化在天空中的位置不同。 推论: 对于出现极昼的地点来说，正午太阳高度公式H=90?-φ+δ，那么午夜太阳高度公式H,δ+φ-90?，可得出以下推论: 0 ?H，H,2δ即极昼地区某地一天中正午太阳高度与子夜太阳高度之和总是0 等于当日直射点纬度的2倍，还等于极点上太阳高度的2倍。假如H=0?时，则0有H,2δ,即极昼地区最低的纬线圈的正午太阳高度等于太阳直射点纬度的2倍。 ?H - H,180? -2φ即太阳视运动周日圈最高点与最低点之间的差别，或者0 说一天中太阳高度的变化幅度主要与纬度、日期有关。就地区而言，总的规律是由极昼地区最低的纬度向极点方向递减。 经过这样的推导，诸如以下题目的解决就易如反掌了: 如下图所示: 从图中可以看出，70ºN刚好出现极昼，则太阳直射点纬度应为20ºN，70ºN与晨昏线的切点为A点，A所在经线应是夜半球中央经线，地方时应为0时，与之相对应的D所在经线应是昼半球中央经线，地方时应为12时，此时A点的太阳高度角为0º(午夜太阳高度角)，D点的太阳高度角为40º(正午太阳高度角)。80º N上B、C两点午夜太阳高度角为10º和正午太阳度角为30º。 如何利用70º N的太阳高度角求知极昼其他纬度的(午夜和正午)高度角呢, 从图上看出，0时经线极昼部分随着纬度的升高(注意从极昼圈开始)，与太阳光线的夹角由0º 逐渐增大，纬差多少度(10º)，则午夜太阳高度角就是多少度(0º ，10º,10º);反观12时经线极昼部分，随着纬度的升高(注意从极昼圈开始)，各纬度地平面与太阳光线的夹角逐渐变小，纬差多少度(10º)，正午太阳高度角就为极昼圈的正午太阳高度角减去多少度(40º,10º,30º)。 例:下图为地球上某时刻太阳高度分布示意图，图中粗线为等太阳高度线，读图回答下列问题。 1. 此时北京时间为 A. 7时 B. 15时 C. 17时 D. 21时 2. 若??两点经度相同，??两点纬度相同，则此时刻的太阳高度 A. ?,? B. ?=? C. ?=? D. ?,? 3. 此时 A. PM为昏线,PN为晨线 B. 新一天的范围约占全球的1/8 C. 新一天的范围约占全球的7/8 D. 全球昼夜平分 4. 此时Q点太阳高度的日变化图是 【高考真题再现】 读以下两幅经纬网图～完成1-3题。 1、关于甲、乙、丙、丁四地方位的正确叙述是 A(甲在乙的东南方向 B(丙在乙的东北方向 C(丁在甲的西北方向 D(乙在丁的西南方向. 2、若此时国际时间为3月21日 8 时整，则 A(甲地处于昼半球范围内 B(乙地的区时为17时 C(丙地与甲地分属于两个不同的日期. D(丁地的地方时是 11时 20分 3、若 6月 22日在丙地观测太阳并做记录，则下列记录正确的是 A(太阳从东南方升起 B(当太阳在正南方时，太阳高度为 23.5? C(正午时太阳在天顶位置 D(当地 0点时，太阳高度为 3.5?. 读南半球某区域经纬网图，回答 4,5 题。 4(飞机由?地飞往?地的最短航线是 A(一直沿正东方向 B(先向正南再向正北方向 C(先向东南再向东北 D(先向东北后向东南 5(关于图中各点的叙述正确的是 A(?、?两地的地方时相差 l 小时 20 分钟 B(任何一日，?、?两地的正午太阳高度差为 20? C(?地位于?地的东北方 D(?、?两地间的距离等于?、?两地间的距离 (2009?福建文综?T10~12?12分)读图，完成6~8题。 ) 6若EF为赤道，P点出现极昼现象，则太阳直射的范围是( A.0?~20?N B.0?~20?S C.20?N~23?26′N D.20?S~23?26′S 7.若EF为地球公转轨道平面，PQ为地轴，下列变化可信的是( ) A.福州冬季均温升高 B.北温带范围变小 C.全球极夜范围扩大 D.悉尼(约34?S)夏季昼变长 8.若O为北极点，H、P为晨昏线与某纬线的两个交点，则E点的时间可能为( ) A.5月23日8时 B.6月22日18时 C.11月23日6时 D.12月22日18时 9.(2009?天津文综?T5?4分)科考队员在北极点附近某处一天中不同时刻拍摄了太阳照片。太阳位于a所指位置时，拍摄者看到的太阳方位和他所在地的地方时分别是( ) A.正北0:00 B.正北12:00 C.正南0:00 D.正南12:00 X、Y是晨昏圈与纬线圈的切点。据图回答10、11题。 10(X、Y两点情况相同的是( ) A. 太阳所在方向 B(所在时区 C. 正午太阳高度 D(白昼长短 11(太阳直射点正向什么方向运动,能确定的是( ) A.向北 B(向南 C(向东 D(向西 例:解题思路:第1题，根据图中某时刻太阳高度的分布规律可知，此时太阳直射?点，其地方时为12时;据图中经度变化规律可求得?点所在经线为45?E，所以北京时间为17时。第2题，?为太阳直射点，太阳高度大于??;?与?纬度相同，?为正午，太阳高度大。第3题，想象地球自转，可知PM为晨线， ?W此时为0时，所以新一天的范围占全球的7/8。PN为昏线;由第1题可知135 第4题，Q点为极点，处于极昼，一日内太阳高度不变，等于直射点?的地理纬度。答案:1. C 2. D 3. C 4. A 附:参考答案 1-3【错因】该题组出错的原因一是不会在经纬网上辨别方向;二是对太阳视运动、日期判断等知识理解不透;三是对有关时间、正午太阳高度等的计算错误。读图可知甲、乙两地位于南半球，甲位于乙的西北方向:丙、丁位于北半球，丙位于丁的东南方向;丁位于东经 40度， 甲位于西经 130度以西，因而丁在甲的东北方向;乙位于西经 130度以东，因而乙在丁的西南方向。国际标准时间为 3月21日 8时整，甲地大约为 3月 20日 23时，应位于夜半球;乙地位于西 9区，区时为 3月 20日 23时;丁地的地方时为 l0时 40分;丙地为 21日 12时，从而可知丙地与甲地分属于两个不同的日期。6月 22日为北半球夏至日，太阳直射北回归线，丙地太阳从正北方向升起，正午时太阳在南方的天空，正午太阳高度为 43.5?;该日丙地出现极昼现象，当地 0点时，太阳高度为 3.5?。 4-5【纠错心得】解答有关经纬网判读的时应注意以下几方面:地球自转的方向无论南北半球都是自西向东，两点间判读方向要取最短距离，即两点间的劣弧段，看两点的经度和是否大于180?;当太阳直射北半球时出现极昼现象的地点都是正北日出、正北日落，其他地方为东北日出、西北日落(除极夜区),出 现极昼的地点在地方时0时时，太阳高度为一天中的最小值，该太阳高度的数值加上正午太阳高度的数值除以 2 为直射点的纬度数。 【精析精讲】第6题，若EF为赤道，PQ线与地轴夹角为20?，P点的纬度为北纬70?;P点出现极昼现象说明北纬70?以北肯定是极昼，但不能确定北极圈与北纬70?之间极昼范围的大小，只能判定出现极昼的最低纬度在66?34′N~70?N之间;因此，利用太阳直射点纬度与出现极昼极夜的最低纬度互余的规律，可确定直射点的纬度范围为20?N~23?26′N。第7题，当EF为地球公转轨道平面，PQ为地轴时，黄赤交角减小到了20?，太 ?之间，因而福州冬至日时的太阳高度比现在大，冬季地面获得阳只能直射在南、北纬20 的太阳辐射能相应增加，均温将升高。第8题，当H、P为晨昏线与某纬线的两个交点时，劣弧HP可能是夜弧，也可能是昼弧。若劣弧HP是夜弧，则昼长远大于夜长，北半球为夏半年，劣弧HP中点的时刻为0时，E点为6时，但日期11月23日与北半球为夏半年不符合;若劣弧HP是昼弧，则昼长远小于夜长，北半球为冬半年，劣弧HP中点的时间为12时，E点的时间为18时，但日期6月22日与北半球为冬半年不符合。故选D。 【参考答案】6.C 7A 8.D 9、【精析精讲】解答本题的关键是对极昼现象的准确认识和太阳视运动的空间想像能力。根据太阳视运动特点，可以推断该处出现了极昼现象。a点时刻太阳高度最低，此时地方时应为0时;该地位于北极点附近，正午(12时)太阳位于正南方，因而0时时太阳位于正北方。【参考答案】A 【精析精讲】可采取图形转绘，根据图中晨线和昏线的位置可知，图示部分为昼半球;根据图中赤道向北凸起，可以判断此时北半球处于白昼的区域小于南半球，即太阳直射点位于南半球。如果将该日照图转绘为常见的侧视图，可以达到“化繁为简”的效果: 第10题，在侧视图中，可以明显看出，X和Y处于晨线上，太阳位于东南方的地平线上;X和Y分属两条相差180?的经线，不可能属于相同时区;X处于极夜期、Y处于极昼期，不可能具有相同的正午太阳高度和白昼长度。第11题，该图不能反映太阳直射点的确切纬度，因此不能确定太阳直射点的南北运动方向，排除选项A和B;受地球自西向东自转的影响，太阳直射点将向西运动。【参考答案】10.A 11D