太阳高度角的变化规律及其计算
正午太阳高度角 的时间(季节)变化规律
南北回归线 之间 直射时
北回归线 及其以北 夏至 冬至
南回归线 及其以南 冬至 夏至
最小值
太阳直射在相反 半球回归线时
三、变化幅度
纬度带
南北回归线之间 回归线与极圈之间
变化幅度
由赤道向回归 线递增
计算方法
θ +23º26 ′
恒定值 46º 52′
极圈以内
由极圈向极点 递减
(90–θ) + 23º26 ′
-(θ- 23º26′) 最大值：90º 最小值：90º -(θ+ 23º26′)
H差= 46º 52 ′
规律b:回归线与极圈之间地区，一年中正午 太阳高度的差值为一个恒定值，即46º 52 ′
例2.计算秭归当地(约31ºN)在二至日时的 正午太阳高度角。
夏至日：90º - (31º - 23º 26′)=82º 26′
②北回归线及其以北的纬度带(23º 26′N-90º N)
每年夏至日H达最大值, 冬至日H达最小值。
C
③南回归线及其以南的纬度带(23º 26′S-90º S) 每年冬至日H达最大值，夏至日H达最小值
3.变化幅度 ——一年中正午太阳高度最大值、最小值的差值
以θ代表当地纬度，表示以下三个纬度带的变化幅度
正午太阳高度角 的时间（季节）变化规律
秭归一中
宋巍
一、正午太阳高度角（回顾）
1.什么是正午太阳高度角？
当地在正午即 12:00时的太阳高度角 （即当地经线与 直射点所在经线重合 时的太阳高度角）
O
2. 正午太阳高度角计算公式
H正午= 90°- 纬度差
(纬度差就是当地纬度与太阳直射点纬度的差值)
◆ 正午太阳高度角的大小判断方法 根据该地与直射点距离远近（纬度差值） 判断，远则小，近则大。
太阳高度(正午太阳高度)变化规律及应用
太阳高度（正午太阳高度）的变化规律及应用1. 变化规律（1）太阳高度的分布规律：直射点的太阳高度为90°，由此向四周呈同心圆递减（如下图甲）。
直射点所在经线上的太阳高度值为各点对应纬度上的最大太阳高度，即正午太阳高度，其变化特点是直射点向南北两侧递减（如下图乙）。
其值大小由如下公式决定：H=90°－|φ±δ|（当地纬度±太阳直射点纬度）（H为正午太阳高度，φ为某地纬度，δ为直射点纬度，若φ与δ在赤道同侧取“－”，不同侧则取“＋”）（2）最值：直射北回归线，北回归线及其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，南回归线及其以南地区达一年中最大值；整个北半球达一年中最小值。
（3）极点太阳高度的变化：极昼时期，太阳高度全天都不变（如下图甲），始终等于直射点纬度，其值的年变化幅度解于0°～23°26/。
（4）极圈及其以内地区的太阳高度的变化：从日变化看，极昼期间，全天太阳高度始终都大于或等于零度，其中极圈上在0点时刻有太阳高度为0的时刻（如图乙），极圈到极点之间的地区，其太阳高度全天始终都大于零度（如图丙）；从年变化看，北半球是随太阳直射点北移而增大，南半球反之，其最大值由公式H=90°－|φ±δ|决定。
（5）其他纬度的太阳高度变化：都是日出日落时为0，12点最大，12点前递增，12点后递减。
特殊之处是：赤道上的太阳高度是6点和18点为0（如图丁），其最大太阳高度的年变化范围是[66°34′，90°]。
2.太阳高度的应用（1）推算纬度：根据公式： H=90°－|φ±δ|，可求任意地点的地理纬度。
（2）推算地方时：一天中太阳高度达最大值处的地方时为12时；春秋分时，太阳高度为0处的地方时为6时或18时，赤道上太阳高度为0处的地方时为6时或18时。
（3）推算城市的楼间距：若某地楼高为h，楼间距s，纬度为φ，则该楼与处于其背阳一侧房屋的楼间距s=cot（90°－φ－23°26′）。
太阳高度角的大小及计算
B．是世界上海拔最低的大洲
C．被称为高原大陆
D．该大洲有世界上最大的淡水湖群
2、二分二至日太阳光线与地理位置关系
【例题5】下图是某城市冬、夏至日正午太阳照射情况示意图，读图回答1～2题：
【审题】图中只有2条代表二至日的两条太阳光线。 我们无从证明哪一条是夏至日，哪一条是冬至日。 说明知识考察的不是二至日太阳光线的特征。但全 年的太阳光线均应该位于二至日之间。如果我们再 将补画一条太阳光线（如下图中的红线）
一、太阳高度的概念
太阳光线与地面所成的夹角。
太阳光线
太阳高度角 地面
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
H=90°-L（L为当地与直射点 的纬度距离）
α+H=90° 得到：α=L 计算：A项中光照图为夏至日， α=L=40°-23°26′=16°34′ B项中光照图为冬至日， α=L=40°+23°26′=63°26′ C和D项均为二分日， α=L=40° 【答案】A
H
B图 ： C图
H
H
H
H
H
D图
Байду номын сангаас
HH
H
可以看出，合理的是BD 【答案】BD
2、二分二至日太阳光线与地理位置关系
【例题5】下图是某城市冬、夏至日正午太阳照射情况示意
图，读图回答1～2题：
1．该城市的名称可能是
正午太阳高度角的变化
a
H
3 位于36.5°N的某疗养院,计算在一20米高的楼房B北 面新建楼房,要求新楼A每层一年四季都能晒到太阳, 求 新楼A至少要距原楼B多少米? ( ) 34.64米 (cot30°=1.732)
太阳光
A H
L
B
②此时为正午１Βιβλιοθήκη 点的是 Ｅ、Ｆ、Ｇ 各点；而Ａ点时间为 时。 ４ 时，Ｄ点时间为 ８ ③由于地球自转，图中各地水平运动物体，向右偏转的应该 是 ＡＥＤＦ 各点；向左偏转的是 Ｃ 点；而不偏转 的是 Ｂ、Ｇ 点。 ④Ａ、Ｄ、Ｇ三点中，地转偏向力最大的应该是 。 Ａ
四: 正午太阳高度角的应用 1 房屋间距以及正午日影问题
三：正午太阳高度角的计算
活动：课本24页活动题2
H=90-直射点与当地的纬度间隔
(同侧减 异侧加)
计算:北京二分二至日的正午太阳高度角
课堂小结：
正午太阳高度
正午太阳高度 的变化
正午太阳高度的变化规律 正午太阳高度的计算
课堂练习：
1、当太阳直射在21° N时，51°N和59°S的
正午太阳高度分别是多少？
太阳直射点的南北移动：
23.5º N
夏至
0º
春分
秋分 冬至
春分
23.5º S
北回归线及其以北：夏至日达最大值，冬至日达最小值。 南回归线及其以南：冬至日达最大值，夏至日达最小值。
回 归 线 之 间： 一年有两次达最大值。
正午太阳高度角的变化规律
直射点所在纬度的正午 太阳高度角为900，正午太阳 高度角由直射点向南北两侧 递减。离直射点越近，正午 太阳高度角越大，离直射点 越远，正午太阳高度角越小。
51°N正午太阳高度:60 °; 59°S的正午太阳高度:10 °
太阳高度角的变化规律
太阳高度角的变化规律与常见图表判读晨昏圈上=0昼半球大于0夜半球小于0(一)太阳高度角的日变化:--日变化曲线图(1)出现极昼现象的极点,一天内太阳高度角大小不变=直射点纬度=晨昏线与地轴夹角,与极昼、极夜的最低纬度(与晨昏线相切的纬线)互余;(2)除极点外,一天中太阳高度角就是不断变化的:h日出时=0,h逐渐增大,当地正午12最大(H),之后渐小,h日落时=0,日落后小于0;(3)太阳高度最大时(为正午太阳高度角):若太阳高度最大时等于90°,则该地当天正午被太阳直射;(4)极昼区内的三种情况:①24小时太阳高度都大于等于0°,该地出现极昼现象;②太阳高度角最小=0°,该地极昼,且处于与晨昏线相切的纬线上,即当天极昼的最低纬度;③若太阳高度角一天中大于0°且为一定值,则该地为处于极昼的极点;④若太阳高度角最大=0,则该地极夜,并处于与晨昏线相切的纬线上;太阳高度角日变化曲线图的相关计算与分析:1、读时间坐标(1)昼长时间=日落时间-日出时间①若昼短于12小时,说明该地处于冬半年;②若昼等于12小时,说明太阳直射赤道(两分)或该地位于赤道上;③若昼长于12,说明该地就是夏半年;④若昼长等于24小时,说明该地极昼。
(2)若坐标上为北京时间:①可计算:日出当地时间=12-昼长/2 日落当地时间=12+昼长/2②据当地与北京时间差,求当地经度;2、读太阳高度高度角,可判断或计算直射点纬度、当地纬度: ah(太阳高度)0°66°340:00 6:00 12:00 18:00 24:0090°23°26 46°5243°08bcde f(1)直射点纬度:根据正午太阳高度角公式计算;等于出现极昼的极点太阳高度、根据极昼、极夜的范围确定(互余)(2)当地纬度:根据正午太阳高度角公式计算;根据太阳高度变化判断;(二)太阳高度角的空间变化:1、规律:由直射点(90)向四周递减,至晨昏圈递减为02、等太阳高度线图:可以瞧做就是以太阳直射点为中心的俯视图,图的中心为太阳直射点,以该点为中心向四周逐渐降低;外圆为0°,则图示范围=昼半球;外圆>0°,则图示范围<昼半球(1)抓住两个“太阳高度”变化规律:①图的中心为太阳直射点,太阳高度以该点为中心向四周逐渐降低;②通过该点的纬线即为太阳直射的纬线,其正午太阳高度为90度,通过该点的经线即太阳直射的经线,正午太阳高度的分布规律从太阳直射点向南北递减。
正午太阳高度角及其变化规律
。
北
东
4）计算楼距
例1 北纬38°一开阔平地上，在楼高为H的楼房北面 盖新楼，欲使新楼底层全年太阳光线不被遮挡，两楼距离 不小于（1999年广东卷）（ ） A.Htan(90°-38°) B.Htan(90°-38°-23.5°) C.Hcot(90°-38°) D.Hcot(90°-38°-23.5°) 解题的关键是计算出当地冬至日的正午太阳高度α和影长（Ｌ） 。
南
南
你能结合上图帮赵亮分析一下原因吗？
5）计算热水器的安装角度
读右图，观察、思考、理解。 要想最大限度地利用太阳能资源，就 必须通过对集热面与地面夹角a的调整，使 集热面与太阳光线始终垂直。由于太阳光线 与地面的夹角H即当地的太阳高度角 ，故夹角a与H互为余角。
安装角度a=90°--H( 正午太阳高度角) =当地某日正午太阳 高度角的余角 =纬度间隔
⑴空间变化规律—纬度变化规律
春、秋分日： 太阳直射赤 道，太阳高度角 由赤道向南北两 侧递减
⑴空间变化规律—纬度变化规律
夏至日： 由北回归线 向南北两侧递减
⑴空间变化规律—纬度变化规律
冬至日： 由南回归线 向南北两侧递减
正午太阳高度的纬度分布规律— 由直射点向南北两侧对称递减
正午太阳高度的纬度分布规律— 由直射点向南北两侧对称递减
南北回归线之间地 区
每年有两次太阳直射达到最大植。 赤道与北回归线之间，冬至日正午太阳高度达到最小值。 赤道与南回归线之间，夏至日正午太阳高度达到最小值。
3. 正午太阳高度的计算
如右图，图中 A为太阳直射点， 其纬度为δ ，B点 纬度为φ ，H为B 点的正午太阳高 度。请用图解法 求B点的正午太阳 高度H与当地纬度 φ 、太阳直射点 纬度δ 之间的关 系，并归纳求各 地正午太阳高的 通用公式。
太阳高度角和日出日落时刻太阳方位角一年变化范围的计算
太阳高度角是指太阳离地平面的角度，对于日出和日落来说，太阳高度角等于0度。
太阳高度角的变化主要受到地球自转轴的倾斜度（地轴倾角）的影响，地轴倾角约为23.5度。
地球公转轨道的椭圆度也会对太阳高度角产生一定的影响。
在一年中，太阳高度角的变化是周期性的。
在春分和秋分的时候，太阳高度角在正午达到最大值，约为90度减去地轴倾角。
而在冬至和夏至时，太阳高度角在正午达到最小值，约为90度加上地轴倾角。
此外，在赤道附近的地区，太阳高度角的变化更加平缓，而在极地附近的地区，太阳高度角的变化更加剧烈。
计算两个显而易见的日期，即夏至和冬至的太阳高度角。
夏至时，太阳直射点位于北回归线上，即北纬23.5度，此时太阳高度角最大，约为90度加上地轴倾角23.5度，即113.5度。
相应地，冬至时，太阳直射点位于南回归线上，即南纬23.5度，此时太阳高度角最小，约为90度减去地轴倾角23.5度，即66.5度。
除了太阳高度角，太阳的方位角也会随着季节而变化。
太阳方位角是指太阳相对于观察者的位置，通常用正东方向为0度，正南方向为90度，正西方向为180度，正北方向为270度。
太阳方位角的计算需要考虑地球自转和公转的影响，以及观察者所在的经度和纬度。
在一年中，太阳方位角的变化也是周期性的。
在春分和秋分的时候，太阳方位角在正午达到最大值，即正南方向。
而在冬至和夏至时，太阳方位角在正午达到最小值，即正北方向。
此外，观察者所在的经度也会对太阳方位角产生影响，比如位于东经120度的观察者，在夏至时，太阳在正午的方位角约为80度，而在冬至时，太阳在正午的方位角约为160度。
为了计算太阳高度角和方位角的变化范围，可以采用数学模型和计算工具，如天文学软件或在线计算器。
这些工具可以根据地球自转、公转和观察者所在位置的参数，计算出太阳高度角和方位角在一年中的变化。
通过观察和分析计算结果，我们可以得出太阳高度角和方位角的最大值和最小值，以及变化的趋势。
一日中太阳高度角和日影的变化规律
一日中太阳高度角和日影的变化规律一、概述太阳是地球上最重要的能源来源之一，其高度角的变化对人类的生活和自然界的规律都有着深远的影响。
本文将从太阳高度角和日影的变化规律出发，分析其对气候、能源利用以及生物生长等方面的影响，旨在帮助读者深入理解太阳活动的规律并加深对其重要性的认识。
二、太阳高度角的变化规律1. 一天中的太阳高度角变化太阳高度角指的是太阳光线与地面的夹角，在一天中会随着时间的变化而变化。
一般来说，太阳升起时的太阳高度角较低，而在正午时分太阳高度角最高。
随着时间的推移，太阳高度角逐渐降低，最终太阳落下时太阳高度角再次降低为0。
2. 一年中的太阳高度角变化除了一天中的变化外，太阳高度角还会随着季节的变化而变化。
在夏至时太阳高度角最高，在冬至时太阳高度角最低。
而在春分和秋分时，太阳高度角大约是在两者之间的中间值。
这种季节性变化会影响地球上的气候和植被生长。
三、日影的变化规律1. 一天中的日影变化太阳的高度角变化会直接影响到地面上物体的投影，形成日影。
在太阳升起时，物体的影子会较长，而在正午时物体的影子最短。
随着太阳高度角的降低，物体的影子逐渐变长，直至太阳落下时物体的影子再次变长。
2. 一年中的日影变化随着季节的变化，日影的长度也会发生变化。
在夏季，由于太阳高度角较高，物体的日影相对较短；而在冬季，太阳高度角较低，物体的日影相对较长。
这种季节性变化也会影响到建筑物和园林的设计布局。
四、太阳高度角和日影的影响1. 对气候的影响太阳高度角的变化是地球气候季节变化的重要原因之一。
不同的太阳高度角会带来不同的辐射强度，影响到地表的温度和气候。
太阳高度角的变化也直接影响到日照的时长，从而影响到植被生长和动物活动。
2. 对能源利用的影响太阳能是一种清洁、可再生的能源，其利用受到太阳高度角和日影的影响。
利用太阳能发电和热利用，需要充分考虑太阳高度角和日影的变化规律，合理安排设备的布局和调整太阳能设备的倾斜角度，以提高能源利用效率。
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南回归线上的正午太阳高度最大。 冬至日 南回归线 从南回归线向南北两侧递减。
缩记：正午太阳高度由直射点所在纬线向南北两侧递减； 离太阳直射点越近，正午太阳高度越大。
(2)正午太阳高度的年变化 正午太阳高度最大值为 90°，每年有两次太阳 直射现象，即一年中有两个正午太阳高度最大 值
回归线 之间
回归 线上
4.正午太阳高度大小的季节变化规律
正午太阳高度
夏
达到一年中最
至
大
日
（
既不是最大，又不是最小
月
正午太阳高度
达到一年中最
日
小
）
6 22
夏至日，正午太阳高度北回归线及其以北达到一年中的最大值； 南半球达到一年中的最小值
12 22
冬
至 日 （
正午太阳高度 达到一年中最
小
月
既不是最大，又不是最小
日
正午太阳高度
4．仅考虑阳光与风两种因素，树种与房屋组合最好的设计是(C )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A．①
B．② C．③
D．④
5．为保证冬季太阳能最佳利用效果，图中热水器安装角度合理的
是A．( D①)
B．② C．③ D．④
（2013·福建高考)福建某中学研究性学习小组，设计了可调节窗
户遮阳板，实现教室良好的遮阳与采光。下图示意遮阳板设计原 理，据此回答(1)～(2)题。
直 射 H
6、正午太阳高度相关知识的应用
（1）确定地方时 当某地太阳高度达一天中最大值时，就是一天的正午时刻，此时 当地地方时为12时。
（2）判断所在地区的纬度 【练习】夏至日某地的正午H=66.5°，则该地的地理纬度是多少？
（3）确定房屋朝向 为了获得更充足的太阳光线，确定该房屋的朝向与正午太
阳所在位置有关。 【规律】北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋朝
）
达到一年中 最大
冬至日，正午太阳高度南回归线及其以南达到一年中的最大值； 北半球达到一年中的最小值
3.正午太阳高度大小的空间变化规律（纬度变化规律）
节气
太阳直射点 位置
正午太阳高度大小的分布规律
春秋分
赤道
赤道上的正午太阳高度最大。从 赤道向南北两侧递减。
北回归线上的正午太阳高度最大。 夏至日 北回归线 从北回归线向南北两侧递减。
装高度 A．①③
B．①④ C．②③ D．②④
(1)遮阳板收起，室内正午太阳光照面积达一年最大值时( D)
A．全球昼夜平分
B．北半球为夏季
C．太阳直射20°S
D．南极圈以南地区极昼
(2)济南某中学生借鉴这一设计，若两地窗户大小形状相同，则应
做的调整是 ( A )
①安装高度不变，加长遮阳板 ②安装高度不变，缩短遮阳板
③遮阳板长度不变，降低安装高度 ④遮阳板长度不变，升高安
考点三 ——
太阳高度角的变化规律及其计算
考点三：正午太阳高度的变化
1.太阳高度的含义
太阳光线与地平面的夹角；昼半球太阳高度大于0°、夜半球太阳 高度小于0°，晨昏线太阳高度等于0°
2.正午太阳高度的含义
头顶
一天内最
正午
大的太阳
高度角，
地方时为
12点时太
阳最高。
傍晚 H
早晨
3．理解正午太阳高度的空间变化规律 正午太阳高度从太阳直射点所在纬线分别向南北两侧递减；距 太阳直射点距离越近(纬度差越小)，正午太阳高度越大。同一纬线 上正午太阳高度相等。以太阳直射点所在纬线为对称轴南北对称的 两条纬线，正午太阳高度相等。
α和影长（Ｌ，也即楼间距离）。
楼间距离Ｌ=H ÷ tan α
Ｈ
αＬ
（6）计算热水器的安装角度 读右图，观察、思考、理解。 要想最大限度地利用太阳能资源， 就必须通过对集热面与地面夹角 （a）的调整，使集热面与太阳光线始终垂直。由于太 阳光线与地面的夹角H即当地的太阳高度角 ，故夹角a 与H互为余角。
7．该地经度为( A．30°E
A
) B．30°W
C．60°E
D．60°W
8A．．该10地°纬N度可能为B．( 1C0°) S
C．50°N
D．50°S
(2016·高考江苏卷)住宅的环境设计特别关注树种的选择与布局，不 同树种对光照与风有不同影响。下图为华北某低碳社区(40°N)住宅景 观设计示意图。读图回答 4～5 题。
(2017·保定模拟)读某地全年正午日影长短和朝向变化示意图，回 答12～13题。
B 12．该地可能位于( )
A．20°N B．20°S C．30°N D．30°S
D 13．该地正午日影最短时，郑州( )
A．正午太阳高度最大 B．昼夜平分 C．正值高温多雨季节 D．正值寒冷干燥季节
（5）计算楼距：以北回归线以北地区为例 ----解题的关键是计算出当地冬至日的正午太阳高度
安装角度a=90°--H(正午太阳高度角) =纬度差（即太阳直射点与热水器所在地纬度差）
6．(2015·高考浙江卷)如图为某地地方时 12 时的太阳周年位置 轨迹示意图。若甲、乙两个位置的太阳高度之和为 90°，则乙 位置太阳高度为( D )
A．47° C．23.5°
B．43° D．21.5°
(高考海南卷)某纬度 φ 的正午太阳高度 H＝90°－|φ－δ|，其 中 δ 为太阳直射点纬度，夏半年取正值，冬半年取负值。下图 示意某地北京时间 18 时的太阳位置。据此完成 7～8 题。
南；南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
（4）判断日影长短及方向
1.太阳直射点上，物体的影长缩短为0；正午太阳高度越大，日影 越短；反之，日影越长。正午是一天中日影最短的时刻 2.日影朝向与太阳照射方向相反，北回归线以北的地区，正午的 日影全年朝向正北，冬至日日影最长，夏至日日影最短；南回归 线以南地区，正午日影全年朝向正南，夏至日日影最长，冬至日 最短。
正午太阳高度最大值为 90°，一年中只有一次 太阳直射现象，即一年中只有一个正午太阳高 度最大值
正午太阳高度最大值小于 90°，一年中只有一 个正午太阳高度最大值
回归线 至极点
之间
5.正午太阳高度的计算：H=90°-两点纬度差 两点指观测点和太阳直射点。若两点同在北
（南）半球，两点纬度差为大数减去小数； 若两点分别属于南北不同半球，两点纬度 差为两点的纬度之和(同减异加)