太阳高度(正午太阳高度)变化规律及应用
正午太阳高度角变化及应用
正午太阳高度角变化及应用正午太阳高度角是指在正午时刻，在地平线上的太阳和天顶的连线与地球赤道面的夹角，它是一个重要的地理和天文量。
该角度在漫长的历史中被用于测定纬度和时区，同时也被广泛用于定位、气象预报和能源产业的规划。
太阳高度角的变化受多种因素的影响，如时间、地点和季节，这些因素的综合作用会导致太阳高度角的变化规律。
在本文中，将详细介绍太阳高度角的变化规律及其应用。
一、太阳高度角的变化规律太阳高度角从日出时刻开始逐渐增大，到正午时刻达到最大值，然后逐渐减小，最终在日落时刻消失。
每日的太阳高度角变化规律大致呈现一个钟形曲线，这一规律对于人们的生活和工作有着重要的影响。
1. 时间的影响太阳高度角的变化是随着时间的推移而发生的，每天太阳在天空中的位置一直在变化。
在北半球，太阳的高度角最大值发生在正午时刻，而在南半球，太阳的高度角最大值则发生在南十二时刻。
在地球赤道附近地区，由于存在较小的倾斜角度，太阳高度角变化幅度较小。
2. 地点的影响太阳高度角的变化还受地点的影响，不同地点的太阳高度角变化规律有所不同。
在南极洲，由于其接近南极点，太阳高度角的变化规律与北半球相反，即最大值发生在南十二时刻。
在高纬度地区，由于地球倾斜角度较大，太阳高度角的变化幅度也较大。
3. 季节的影响季节也是影响太阳高度角变化的一个重要因素，太阳高度角的变化规律与季节变化规律密切相关。
在夏季，太阳高度角较高，日照时间较长；而在冬季，太阳高度角较低，日照时间较短。
二、太阳高度角的应用1. 确定纬度太阳高度角的测量对于地球的定位非常重要，因为它可以用来确定地球的纬度。
通过观测太阳高度角的变化规律，可以推算地球位于赤道还是南北半球，以及位于北半球的纬度。
这对于地质勘探、探险和旅行有着重要的意义。
2. 确定时区由于太阳高度角的变化规律随着地点的不同而有所差异，因此它也可以用于确定时区。
当太阳高度角达到最大值时，误差最小，此时可以通过对比地方时和标准时来确定所在的时区。
正午太阳高度角的计算及应用
A.23º26′
B.66º34′
C.90º
D.45º
⑵该地的纬度是--------------------------------------（ D ）
① 23º26′N ② 21º34′N ③ 25º26′S ④ 68º26′S
A. ①②
B.②③
C.③④
D.②④
α
集热管 β
调 节
α杆
例2.当地（42ºN）冬至日应把太阳能热水器如何调整， 才能最大限度利用太阳能？
解：冬至日当地正午太阳高度α为 24º 34′
热水器集热管的倾角 β=90º—α 即 β =90º—24º34′ =65º26′
集热管 β
水箱
调 节
α杆
例3.某校所在地(120ºE、40ºN)安置一台太阳能热水器， 为充分利用太阳能，根据太阳高度的季节变化调整 其支架倾角。通过计算判断下列四图做法是否正确。
1.正午太阳高度分布的基本规律是什么？
2.当地正午太阳高度最大值和最小值分别出现 在什么时候？
90 60 30
0
N
① ② ③
60
30
0
30
60
正午太阳高度的分布规律
90 60
30
0
S
一、正午太阳高度角的简便计算
α= 90°- 纬度差
(纬度差就是所求地点与太阳直射点相隔的纬度数)
例1.计算当地(大约42ºN)在二分二至日时的正午太阳高度角。
A 16º34′
B 63º26′
C 40º
D 23º26′
2、房地产开发中前后楼间距与楼高的关系
楼高H与楼间距最小值L（保证冬至日后楼能够得到光照） 的关系是：tanα= H/L
4正午太阳高度的变化规律和应用
90°－46°52′= 43°08′ 43°08′+23°26′=66°34′
(5)确定楼距、楼高： 为了更好地保证各楼层都有良好的采光，楼与楼之间应当
保持适当距离。以我国为例，见下图，南楼高度为h，该地冬 至日正午太阳高度为H，则最小楼间距L为：L＝hcotH。
所在位置有关。在北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房 屋朝南；在南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
北
北
南 北半球
南 南半球
(3)判断日影长短及方向：
正午太阳高度越大，日影越短，正午太阳高度越小，
日影越长，且日影方向背向太阳。
(4)确定当地的地理纬度： 纬度差多少度，正午太阳高度就差多少度。根据某地某
1．正午太阳高度的变化规律
(1)正午太阳高度的空间变化规律(全球正午太阳高度的纬度 变化规律)：
从太阳直射点所在纬 线分别向南北两侧递减； 离直射点距离越近(纬度 差越小)，正午太阳高度 越大。如图所示。
夏至日：正午太阳高度 由北回归线向南北两侧递减。
冬至日：正午太阳高度由 南回归线向南北两侧递减。
(6)太阳能热水器的倾角调整： 为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与
楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板成直角。其倾角 和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90°(如下图)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
23º26´N
夏至
0º 春分
23º26´S
北回归线
秋分
春分
冬至
来增去减(直射点向本地所在纬线移来，则 正午太阳高度增大，移去则减小)
40°N
2．正午太阳高度的应用
(1)确定地方时： 当某地太阳高度达一天中的最大值时，此时日影最短，
正午太阳高度的变化规律和计算
A. A
B. B
C. C
D. D
3．拟定房屋旳朝向
为了取得最充分旳太阳光照，各地房屋旳朝向与正午太阳 所在旳位置有关。
北回归线以北 ,太阳往南升到最高处，即正午太阳位于南方，房屋应朝 南 南回归线以南 ,太阳往北升到最高处，即正午太阳位于北方，房屋应朝 北
日落
日落
南
北南
北
日出
北半球
日出
南半球
4．拟定日期、日影长短及方向
αH
6.拟定楼间距、楼高
以我国为例，建房时，为确保各楼整年都有阳光照射， 两楼之间旳最短距离与楼高旳关系应满足： L≥h×cotH (h为楼高，H为冬至日本地旳正午太阳高度)
1．如图是局部区域经纬网及太阳高度等值线（A和B）示意 图，读图，回答下列问题：
（1）图示时刻，太阳直射点M旳地理坐标为：（_5_0_°__w__，__2_0_°__s）
正午太阳高度旳变化规律和计算
学习目的：
1 了解太阳高度与正午太阳高度旳概念 掌握正午太阳高度旳纬度变化和季节变化特点
3 掌握正午太阳高度旳变化在生产生活中旳应用
（一）太阳高度与正午太阳高度旳概念
1.太阳高度：指太阳光线与 地平面 旳夹角，也叫太阳高度角。
白天： h>0 晨昏线上： h=0 晚上： h<0
（2）该日正午太阳高度随纬度变化规律是 从20°s向南北两侧递；减 地球上有极夜现象旳范围是 70°N及其以北地域 。
（3）图中，等值线B旳数值应为 50° 。
（4）有关经线X度数旳论述，正确旳是（ B ）
A．为10°W B．位于10°W 以东 C．为60°W D．位于10°W 以西
四季旳划分
夏季：白昼最长、太阳高度最高旳季节 冬季：白昼最短、太阳高度最低旳季节 春季和秋季：夏季与冬季之间旳过渡季节
正午太阳高度的变化
（4）太阳能热水器的角度问题 集热板与地面之间的夹角应等于当天正午太阳高度的余角。
（5）楼房间距问题 以北回归线以北地区建房为例，为保证一楼全年均有阳光照到，两楼之间的最短距离L与楼
高h的关系如下图所示(H为冬至日当地的正午太阳高度角)，L应大于h·cotH。
1．图中N点日期可能为( )
A．5月6日左右 B．8月7日左右
C．11月7日左右 D．2月6日左右
2．该地纬度最可能位于( )
A．赤道 B．11.5°S C．11.5°N
D．23.5°N
3．若测得某日该地正午太阳高度为55°，则该日可能为北半球( )
A．春分日
B．夏至日 C．秋分日 D．冬至日
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4—5题。 4．遮阳板收起，室内正午太阳光照面积达一年最大值时（ ） 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 5．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（ ） 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，升高安装高度（ ） A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
（2）“来增去减”：太阳直射点向着某地移动，
该地的正午太阳高度增加，远离该地正午太阳高度减小
（3）看数值定“位置”
a.回归线之间的地区：
b.回归线上：
c.回归线至极点之间的地区：
【重点知识梳理】
2、太阳高度的日变化规律 (1)极点：在极昼期间，极点上见到的太阳高度在一天之内是没有变化的，其太阳高度始终等于太
太阳高度的分布规律及其应用
太阳高度的分布规律及其应用一、太阳高度的分布规律（一）太阳高度1、太阳直射点上的太阳高度为90°，晨昏线上的太阳高度等于0°，昼半球的太阳高度大于0°，夜半球的太阳高度小于0°。
2、太阳高度分布规律以直射点为中心，向四周递减，晨昏圈上为零。
3、太阳高度的日变化规律（1）极点在极昼期间，极点上见到太阳高度在一天内无变化，其太阳高度等于太阳直射点的纬度。
（2）极圈及其以内地区极昼期间，太阳高度24小时内都大于或等于零度。
刚好出现极昼地区的纬度与直射点纬度和为90°，且该日该地区太阳高度最小值为0°；其他极昼地区该日太阳高度最小值＝当地纬度一刚好出现极昼地区纬度。
某地某日刚好出现极昼，则该地当日正午太阳高度等于直射点纬度的2倍。
（3）赤道：赤道上正午太阳高度与直射点的纬度和为90°。
4、等太阳高度图判读等太阳高度图可以看作是以太阳直射点为中心的俯视图，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减小；通过该点的经线即为太阳直射的经线，地方时是12点；通过该点的纬线即为太阳直射的纬线，直射点正午太阳高度为90度。
在太阳直射的经线上，太阳高度相差多少度，纬度就相差多少度；如果太阳直射赤道，则赤道上太阳高度相差多少度，经度就相差多少度；如果太阳直射点不在赤道上，则经度的差值一定大于太阳高度的差值。
练习一如下图，表示某时刻地球表面太阳高度分布状况（M点太阳高度为90°，圆圈为等太阳高度线，自里向外依次为60°、30°、0°）。
读图完成1～2题。
1．此时，北京时间为（）A．2点B．10点C．14点D．20点2．图中①②③④四点比较，正确的是（）A．这一天①点比②点先看到日出B．①点盛行西南风，③点盛行西北风C．一年中，昼夜长短相差最小的是④D．④点的自转线速度约等于②点的一半[答案] 1.C 2.B练习二右图是某日北半球某纬线上不同经度的太阳高度。
正午太阳高度的变化规律和应用
46°52′ 66°34′ 43°08′
冬至日正午太阳高度为H，则最小楼间距L为：L＝hcotH。
(6)太阳能热水器的倾角调整： 为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与
楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板成直角。其倾角
和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90°(如下图)。
北回归线及其以北地 区，正午太阳高度一 年有一次最大值(12月 22日前后)，一次最小 值(6月22日前后)。
(2)正午太阳高度的季节变化规律：
北回归线及其以 北地区
南回归线及其以 南地区 南北回归线之间 (除赤道外) 一年有一次最大值(6月22日前后)，一次 最小值(12月22日前后) 一年有一次最大值(12月22日前后)，一次 最小值(6月22日前后) 一年有两次最大(太阳直射时最大)，一次 最小值(南半球出现在6月22日前后、北半 球出现在12月22日前后) 一年有两次最大值(春分、秋分)、两次最 小值(夏至、冬至) 来增去减(直射点向本地所在纬线移来， 则正午太阳高度增大，移去则减小)
正午太阳高度的变化规律和应用
1．正午太阳高度的变化规律
(1)正午太阳高度的空间变化规律(全球正午太阳高度的纬度 变化规律)：
从太阳直射点所在 纬线分别向南北两侧递减； 离直射点距离越近(纬度 差越小)，正午太阳高度 越大。如图所示。
夏至日：正午太阳高度 由北回归线向南北两侧递减。 冬至日：正午太阳高度 由南回归线向南北两侧递减。 春秋二分日：正午太阳 高度由赤道向南北两侧递减。
23º 26´N 0º
夏至 春分
北回归线 秋分 春分
23º 26´S
冬至
南回归线及其以南地 区，正午太阳高度一 年有一次最大值(6月 22日前后)，一次最小 值(12月22日前后)。
高中地理 太阳高度与正午太阳高度知识总结
高中地理太阳高度与正午太阳高度知识总结一、太阳高度太阳光线与地平线（面）的夹角，叫太阳高度角，通常用h来表示。
太阳高度的变化规律：（1）同一地点，不同时刻：日出、日落后，太阳恰好位于地平线上，太阳高度为0°；日出后太阳高度逐渐增大，正午时达到一天中最大值；正午过后，太阳高度逐渐减小。
（2）同一时刻，不同地点：太阳高度从太阳直射点向四周呈同心圆递减。
在太阳直射点上，太阳高度是90°，距离太阳直射点90°的球面大圆上的太阳高度为0°，即为晨昏圈。
昼半球上各地的太阳高度总是大于0°，夜半球上各地的太阳高度总是小于0°。
例1、下图为北京时间2时的全球太阳高度等值线较长，图中15°N纬线与经线圈BAD垂直相交于A点。
读图回答下列问题。
（1）B地的地理坐标是__________，该日B地昼长为_______小时，全球属于新的一天的范围占__________%。
（2）从图中可以看出此刻太阳高度的分布规律是_____________________________。
（3）A、E、C三地影子由长到短的顺序为___________，此刻晨昏线与经线的夹角为_______________。
解析：由图可知，此时太阳直射15°N，处于极昼现象的范围为75°N~90°N，所以B点的纬度为75°N；据此时北京时间2时，可得B点的经度为90°W；B点处于极昼状态，可得其昼长为24时；据此时北京时间2时，可得180°经线的地方时为6时，新的一天占6小时，为全球的25%。
参考答案：（1）75°N，90°W 24 25（2）由太阳直射点向四周逐渐递减（3）E>C>A 15°二、正午太阳高度正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度，通常用H来表示。
正午太阳高度的大小随纬度和季节变化而有规律地变化：就纬度分布而言，春、秋分日，正午太阳高度由赤道向南北两侧递减；夏至日，由北回归线向南北两侧递减；冬至日，由南回归线向南北两侧递减。
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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′）。
一般来说，纬度较低的地区，楼距较小，纬度较高的地区，楼距较大。
（4）确定房屋的朝向：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。
在北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋多朝南；在南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋多朝北。
（5）判断日影长短及方向：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。
（6）计算热水器安装角度：为最大限度地利用太阳能资源，太阳能热水器集热面应尽量与太阳光线垂直，提高太阳能热水器的效率。
设热水器安装角度为a，当地纬度为φ，则太阳能热水器的安装角度为a=φ＋23°26′。
●专项训练
图3—1表示某地正午太阳高度和月降水量的变化。
读图回答1～2题。
（2000年山西综合卷）
1.该地纬度可能为（）
A.90°N～23°26′N之间
B.90°S～23°26′S之间
C.22°N或22°S
D.40°30′N或40°30′S
2.该地气温及降水特征是（）
A.终年高温多雨
B.夏热少雨，冬温多雨
图3—1
C.冬温少雨，夏热多雨
D.夏热多雨，冬季寒冷干燥
3.如图3—2所示的日期，下列地点：北京（39°54′N），新加坡（1°N），汕头（23°26′N），海口（20°N），正午太阳高度角从大到
小排列正确的是
A.新加坡、海口、汕头、北京
B.北京、汕头、海口、新加坡
C.汕头、海口、北京、新加坡
D.汕头、海口、新加坡、北京
图3—2
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3—3，运用以下公式回答4～5题。
（2002年大综合卷）
图3—3
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。
②tan 35°≈0.7 tan 45°=1 tan 60°≈1.732
4.房地产开发商在某城市（北纬30度）建造了两幢商品住宅楼（图3—3），某个居民买到了北楼一层的一套房子，于春节前住进后发现正午前后太阳光线被南楼挡住，请问房子一年中正午太阳光线被南楼挡住的时间大约是（）
A.1个月
B.3个月
C.6个月
D.9个月
5.为使北楼所有朝南房屋在正午时终年都能被太阳照射，那么在两幢楼间距不变的情况下，南楼的高度最高约为（）
A.20米
B.30米
C.40米
D.50米
6.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°)
7．某学校地理兴趣小组外出考察，如图3—6，在a地正午太阳高度最大时，用测角器测当地的地理纬度，此时学生手表指针为18时20分（北京时间），a的地理位置坐标为（）
A.21°E，36°34′S
B.25°E，53°26′N
C.21°E，53°26′S
D.25°E，36°34′N
图3—6
洛阳（112°E，350°N）一学生对太阳能热水器进行了改造（如图3—7），把热水器装在一个大玻璃箱中，并将支架改造成活动方式。
据此回答8～10题。
8．9月23日，为使热水器有最好的效果，调节支架使热水器吸热面与地面的夹角为
A.23°26′
B.35°
C.66°34′
D.55°
9．下列地区中，使用太阳能热水器效果最好的是（）
A.海口
B.重庆
C.拉萨
D.吐鲁番
10．当热水器的吸热面与地面夹角调节到最大值时
A.南太平洋漂浮的冰山较多
B.松花江正值第一次汛期
C.黄土高原上流水的侵蚀作用最为强烈
D.澳大利亚农田中的小麦开始返青
图3—7
11．图3—8中四条曲线分别表示A、B、C、D四地，6月22日太阳高度的全天变化情况，据此判断下列各选项中，对四地纬度位置的说法与图示情况相符合的是（）
图3—8
①A.23°26′N B.46°52′N C.66°34′N D.90°N
②A.90°N B.66°34′N C.23°26′N D.0°
③A.0° B.23°26′N C.90°N D.66°34′N
④A.23°26′N B.46°52′N C.90°N D.66°34′N
图3—9是我国西藏某地6月22日太阳高度的日变化示意图（未考虑海拔等因素）。
据此回答12～13题。
图3—9
12．该地的地理坐标为（）
A.30°N，90°E
B.16°52′N，105°E
C.23°26′N，120°E
D.36°52′N，150°E
13．此地最高气温一般出现在北京时间（）
A.12：00
B.13：00
C.14：00
D.16：00
14．读图3—10，图中ED为昏线，读后回答下列问题。
图3—10
（1）此时太阳直射点的地理坐标是。
（2）A、B两地正午太阳高度角较大的是，A、B两地日出较
早的。
（3）此时赤道上昼的范围是。
（4）为使地处32°N的太阳能热水器最大限度地利用太阳光能，
这一天应将太阳能热水器的真空管平面与楼顶之间的夹角α调整为 。