正午太阳高度规律总结及应用

正午太阳高度规律性知识总结及解题应用

省市学院地理科学系

霁冰风水规划研究室原创。专业从事高考地理命题研究、风水规划设计、四柱命理预测

邮编054001.：zhangbingtongtom.

与正午太阳高度有关的知识是重要的考点容之一，现将有关规律性的知识总结如下。

一、正午太阳高度角的空间变化规律及应用

【知识】①全球正午太阳高度的分布规律：从太阳直射点所在纬度分别向南北两侧递减；离直射点越近，正午太阳高度越大，反之愈小；直射点所在半球昼长夜短，另一半球则昼短夜长。②二分二至日的正午太阳高度分布规律应特别注意区分。

例1．在图1中，横坐标表示某日正午太阳高度，纵坐标表示纬度。读图回答1~2题。

1．该日，图中a、b、c、d四地点中，正午太阳高度达一年中最大值的有。

2．该日，图中a、b、c、d四地点的昼长时间由长到短的排列顺序是（）

A．a—b—c—d B.a—d—c—b C.b—c—d—a D.d—c—a—b

【解析】夏至日太阳直射23°26′N，北回归线及其以北地区正午太阳高度达一年中最大值，故应选a、d。太阳直射北回归线，北半球昼最长夜最短，且纬度越高昼越长，故应选B.

【答案】（1）a、d （2）B

二、正午太阳高度角的年变化规律及应用

【知识】①回归线之间的地区：正午太阳高度的最大值为90°，每年有两次太阳直射现象，即一年中有两次正午太阳高度最大值。②回归线上，正午太阳高度的最大值为90°，每年有一次太阳直射现象，即一年中有一次正午太阳高度最大值。③回归线至极点之间的地区，正午太阳高度的最大值小于90°，每年没有太阳直射现象，一年中有一次正午太阳高度最大值。④北回归线以北的纬度带，每年夏至日达最大值，冬至日达最小值。⑤南回归线以南的纬度带，每年夏至日达最小值，冬至日达最大值。

例2．假设M地（0°，30°E）、N(23°26′S，30°E)两地正午太阳高度分别是H M和H N，下列说确的是（）

A．H M和H N不可能在同一天达最小值 B．每年总有某一时刻H M=H N

C．每年约有9个月 H M＞H N D．任何时刻都有H M≥H N

【解析】正午太阳高度的大小取决于该地与太阳直射点之间的纬度差，离直射点越近，正午太阳高度越大，反之愈小。由题意知：当太阳直射北回归线时，H M和H N达一年中最小值，故A错。当太阳直射南回归线时，H N=90°，H M＜H N，故D错。当太阳直射点在赤道与23°26′S的中点时，H M=H N，故B正确。当太阳直射点在0°与23°26′S的中点

．．与北回归线之间移动时，H M＞H N，其时间约占全年的3/4，约为9个月，故C正确。

【答案】BC

三、正午太阳高度的日变化规律及应用

【知识】（1）在极点：在极昼期间，极点上见到太阳高度在一天无变化，其太阳高度（包括正午太阳高度）始终等于太阳直射点的纬度；（2）在极圈及其以地区：①极昼期间，太阳高度24小时

都大于或等于0°。②刚好出现

．．．．极昼地区的纬度与直射点纬度的和为90°，且该日该地区太阳高度最小值为0°；其它极昼地区该日该地区太阳高度最小值＝当地纬度—刚好出现极昼地区纬度。该日当地正午太阳高度＝90°－当地纬度与太阳直射点的纬度差。③某地某日刚好出现极昼，则该地当日正午太阳高度＝直射点纬度的2倍。（3）在赤道上：赤道上正午太阳高度与直射点的纬度和为90°。

例3、图2是80°N太阳在6月22日的视运动路线图，读图回答（1）当地的正午太阳高度

是；（2）该地0时的太阳高度是。

【解析】6月22日太阳直射23°26′N，根据上述知识中的有关规律可知，刚好出现极昼地区的纬度是66°34′N，显然80°N

为极昼，该地正午太阳高度=90°-(80°-23°26′)=33°26′；

该地0时的太阳高度为该日太阳高度最小值=当地纬度—刚好出现极昼地区纬度=80-66°34′=13°26′

【答案】（1）33°26′（2）13°26′

四、正午太阳高度其它应用举例

（一）.利用正午太阳高度计算地方时

【知识】某一天中太阳高度最大时，当地地方时为12时，由此可推算地球上任何一条经线上的地方时。

例4、市某学校（116°E，40°N）地理兴趣小组在平地上用立杆测影法逐日测算正午太阳高度，该小组每天测量影长时，时间为（）

A．12:00 B．12:16 C．11:44 D．11:00

【解析】小组测量正午太阳高度时，该学校的地方时为12时，即116°E经线上的地方时为12：00，时间的经度为120°E，二者经度差为 4°时间相差16分，即时间是12:16 【答案】B

（二）利用正午太阳高度确定经纬度，进而判断相关地理特征

【知识】（1）某地经度的确定，主要利用正午太阳高度所对应的地方时为12时，再结合题中的其他隐含条件（如时间，国际标准时间等）通过地方时计算求得。（2）某地纬度的确定，主要是利用正午太阳高度角计算公式求得。（3）相关地理特征的判断，主要是通过区域定位的方法，并辅以推理、比较、排除、联想等思维方法，得出该区域典型的地理特征。

例5、我国某中学地理兴趣小组开展“当地经纬度测算研究”活动，其操作方法是：在一年中白昼最短的这一天，选择操场上Q处垂直竖立一根竹竿（杆长3米），画一个半径3米的圆圈，将观测到的杆顶端在地面对应的投影变

化记录在操场平地上。读图3，回

答1~3题

1．观测地的地理坐标为（）

A．21°34′N,122.5° E

B．26°34′S ,120°E

C．21°34′N,110° E

D．20°34′N,110°E

2．当杆影顶端的投影在P点时，竹

竿影子的朝向为（）

A．东南 B．西南

C．西北 D．东北

3．此时，下列地理现象最可信的是（）

A. 墨累—达令盆地正值剪羊毛的季节

B.坦桑尼亚的天然动物园草木茂盛

C.的正午太阳高度达一年中的最大值

D.威尼斯迎来一年中的旅游旺季

【解析】该地杆影最短时，地方时为12：00，此时时间为12：40，据此可算出该地经度为110°E；此时杆长等于影长，正午太阳高度角是45°，该日是该校一年中白昼时间最短的日子，说明太阳直射23°26′S，根据正午太阳高度角计算公式可求得该学校纬度是21°34′N，故应选C；杆影顶端的投影在P点时，时间为10：30，此时110°E的地方时为9：50，太阳位于观测点东南上空，

杆影应朝西北，故选C ；此时为南半球夏季，坦桑尼亚为热带草原气候，草木茂盛。

【答案】1．C 2．C 3．B

（三）利用正午太阳高度推算两地间的距离

【知识】在同一时刻，地球上两点间的正午太阳高度差等于两点间的纬度间隔，利用这一推论可求的两地间的实际距离，并进行相关为问题的解答。

例6．在一幅6月22日光照图上有甲已两地，都位于北半球，当太阳在同一时刻位于其上中天时，测的甲地的太阳高度为59°，乙地为35°，且两地间的图上距离为44.4厘米，该图的比例尺为 。

【解析】太阳于同一时刻位于甲、乙两地的上中天，说明甲、乙两地在同一条经线上，两地的正午太阳高度差为59°-35°=24°，也就是两地的纬度差是24°，两地的实际距离约为24×111=2664（千米）。

【答案】1：6 000 000

(四)正午太阳高度与楼房间距的问题：

【知识】一般来说，纬度越低，楼距越短；纬度越高，楼距越大；解题的关键是计算当地最小的正午太阳高度角。为保证一楼全年均有照到，应考虑两楼之间的最短距离与楼高、地形（平地、阴坡和阳坡）的关系。如图3~4所示（为方便计算，不考虑后幢房屋窗台至地面高度，且房屋朝向均为正南正北向）。

① 平地最短楼距计算（图4）：D=L/tanH

② 阳坡最短楼距计算（图5）：D=L/(tanH+tan α)

③ 阴坡最短楼距计算（图6）：D= L/(tanH －tan α)

(L —前幢房屋高度;H —为冬至日当地的正午太阳高度; α—坡度角；D —最短楼距)

例7．地形因素对建筑物布局的影响是多方面的，如自然通风、日照效果等。建筑物的间距越小越能节约建筑用地，为了保证山坡上的建筑物地层有日光照射，山坡上的建筑物应有合理的日照间距。下列叙述正确的是（ ）

① 在向阳坡，坡度越大，建筑物间距越小

② 在向阳坡，坡度越小，建筑物间距越小

③ 在背阳坡，坡度越大，建筑物间距越大

④ 在背阳坡，坡度越大，建筑物间距越小

A.①③

B.②③

C.②④

D.①④

【解析】直接利用上述公式，通过数学关系可直接分析得出结论。在阳坡，D 和tan α呈反相关；在背阳坡，D 和tan α呈正相关。故A 正确。

【答案】A

（五）利用正午太阳高度解决太阳能热水器最佳支架倾角问题

阳坡 图5 阴坡

图6

图4

【知识】为最有效利用太阳能，太阳能热水器集热板要根据正午太阳高度的季节变化而调整角度，集热板与地面之间的夹角α应等于当天正午太阳高度角H的余角（图7）。实际上该倾角就是热水器所在地纬度与太阳直射点纬度的纬度差。

图7

例8、我国某地一学校楼顶上太阳能热水器装置（参见图7），太阳能吸热管与楼面的夹角为α，秋分日为充分利用太阳能，需将α调至36°，要使该地的太阳能在一年尽可能使正午太线与集热板保持垂直，集热板与地面夹角的调整幅度约为（）

A.36°

B.54°

C.47°

D.60°

【解析】首先根据秋分日α=36°，知此时正午太阳高度是90°－36°=54°；再由正午太阳高度角计算公式求出该学校纬度是36°N。因α随当地正午太阳高度的变化而变化，求出36°N地区冬至日和夏至日时α的值，差值约47°，即为调整幅度。

【答案】C

（六）正午太阳高度与日影关系问题

【知识】正午太阳高度越大，日影越短；正午太阳高度越小，日影越长；日影方向背向太阳。

例9、图8为某地等高线示意图。某天文爱好者在某市旅游时，在A山顶测得北极星高度是36°34′，在B山顶测得北极星高度是36°36′。据此，完成下题。

城市规划在D地建设一新的居民小区，又担心小区处在A山顶的阴影区，日照不足，有碍身体健康，山顶A阴影最长的围可能是（）

A.866～1039m

B.354～424m

C.288～346m

D.1110～220m

【解析】北极星的高度等于当地的地理纬度，可知A在36°34′N，B在36°36′N；冬至日，山顶A的阴影在一年中的正午是最长的，此时的正午太阳高度角H=90°－（23°26′+36°34′）=30°；山顶A的可能高度介于500～600m间，根据三角函数可求出山顶A的阴影是866～1039m。

【答案】A

（七）正午太阳高度角与地理纬度相等点的计算

【知识】在太阳直射点所在半球，正午太阳高度角正好与地理纬度相等的点为直射点的纬度与90°之和的一半；在另一半球，相等点的纬度为直射点的纬度与90°之差的绝对值的一半。

例10、6月22日，某地的地理纬度和正午太阳高度角恰好相等，则该地最有可能位于（）A.墨累－达令盆地 B.恒河平原 C.东欧平原 D.黄土高原

【解析】依据上述知识中的结论，推知位于北半球某地的纬度是56°43′N；位于南半球某地的纬度是33°17′S。综合分析应选A、C。

【答案】A C

（八）太阳两次直射某地的时间推算

【知识】一年中，南北回归线之间某地的正午太阳高度有两次最大值（等于90°）。太阳两次

直射某地的时间基本上是对称的。南半球以12月22日对称，北半球以6月22日对称。

例11.我国市某学校（20°N，110°E）学生，发现一年中该校操场未悬挂旗的旗杆有两次“有杆无影”现象。那么，观察到这两次现象的日期和时间最有可能是（）

A．5月1日12：00和 8月10日12：00

B．5月1日12：40和 8月10日12：40

C．6月5日12：00和7月10日12：00

D．6月5日12：40和7月10日12：40

【解析】由110°E的地方时为12时，可求出时间为12：40。太阳直射点在南北回归线之间每天移动的度数是23°26′×4／365。据此可推算由春分移到20°N的时间大致是6月5日左右，北半球同一纬度太阳两次直社的时间关于6月22日对称。故下次直射时间应在7月10日左右。

【答案】D

（九）正午太阳高度在等太阳高度图上的运用

【知识】在等太阳高度图上，正午太阳高度有以下规律：①图中的中心为太阳直射点，太阳高度为90°，直射点所在经线上的地方时为12时；②在太阳直射的经线上，正午太阳高度相差多少度，纬度就相差多少度；③如果太阳直射赤道，则直射点经线上正午太阳高度相差度数与纬度、经度相差度数相等。如果直射点不在赤道，则直射经线上正午太阳高度的差值一定小于经度的差值。

例12、图9为地球上某一时刻太阳高度分布图，图中同心圆为等太阳高度线，回答：

（1）此时时间为月日时。

（2）图中A、B两点间的距离约。

（3）A点此时的太阳高度与A点的正午太阳高度的差值是。

【解析】由图分析，①此日为6月22日；太阳直射经线为120°W，地方时为12时，时间为4时。②B点与B点所在经线上正午太阳高度为30°的点的纬度差=90°－30°=60°，距离为60°×111Km／1°＝6660 km；因A在以B为圆心，太阳高度角为30°的圆上，所以A、B的距离6660 km。

③A的正午太阳高度＝90°－（23.5°+23.5°）=43°，A点此时的太阳高度为30°，故其差值为13°

【答案】（1）6月22日4时；（2）6660 km；（3）13°