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高中地理：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。
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′）。
正午太阳高度的变化规律正午太阳高度的时空变化规律是地理学习的重点和难点，该部分原理知识抽象复杂，综合性强，对学生应用能力的要求较高。
分析近几年高考试题可以看出，对于该部分原理知识的考查，命题角度更加巧妙，出题形式也更加灵活多样。
但万变不离其宗，深刻把握该部分原理知识，科学利用正午太阳高度的时空变化规律模型，是迅速解决该类问题的有效方法。
下面分析探讨如下：一. 正午太阳高度的计算及其时空变化规律1. 正午太阳高度的计算太阳光线相对当地地平面的交角（即太阳在当地的仰角），简称太阳高度。
某地一天中的最大太阳高度，即当地正午12时的太阳高度，为该地的正午太阳高度，其计算公式为：H=90°－纬度距（所求点和阳光直射点之间相隔的纬度数）。
换言之，在任一时刻，某地正午太阳高度与其距离阳光直射点的纬度数互余。
纬度距的计算如图1所示。
提示：①若所求点与阳光直射点同在南半球或者同在北半球，两点间的纬度距为两点中较大的纬度减去较小的纬度。
如图1，此时阳光直射北纬23.5°，为北半球夏至日，A 点与直射点间的纬度距为11.5°（35°－23.5°），正午太阳高度则为78.5°；B 点与直射点间的纬度距为13.5°（23.5°－10°），正午太阳高度则为76.5°。
注意：图1中回归线度数取为23.5°，下面图3、图4相同。
②若所求点与阳光直射点分属于南、北两个不同半球，两点间的纬度距为两点纬度之和。
如图1，C 点与直射点间的纬度距为53.5°（30°＋23.5°），正午太阳高度则为36.5°。
③严格来讲，随着地球的公转，阳光直射点的纬度每时每刻在发生着南北移动。
通常情况下，直射点移动的日变化忽略不计，因此，在任何一天，正午太阳高度因纬度不同而不同，同一条纬线上的地点正午太阳高度相等。
正午太阳高度规律总结及应用Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT正午太阳高度规律性知识总结及解题应用河北省邢台市邢台学院地理科学系陈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.邮箱：与正午太阳高度有关的知识是重要的考点内容之一，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【知识链接】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 —d—c—b —c—d—a —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【知识链接】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 ，下列说法正确的是（ ）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 NC ．每年约有9个月 H M ＞H ND ．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。
正午太阳高度的时空变化规律及其应用
考点一正午太阳高度的变化规律1.正午太阳高度的空间(纬度)变化规律
2.太阳高度的时间变化规律
(1)太阳高度的日变化
极点上在极昼期间，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阳直射点的纬度
非极点地区太阳高度在一天之内是有变化的，一天之内有一个最大值(地方时12时)即当地的正午太阳高度最大
特别提醒不同纬度太阳高度的日变化速度不同。
太阳高度日变化速度＝正午太阳高度/当地昼长的一半。
(2)正午太阳高度的年变化
回归线之间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
回归线上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
回归线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
至极点
大值
之间
►类题通法
正午太阳高度的几点特殊规律
(1)同线相等规律：同一纬线上正午太阳高度相等。
(2)对称规律：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。
(3)近大远小规律：距太阳直射点所在纬线越近，正午太阳高度越大，反之越小。
考点二正午太阳高度的计算和应用
1.正午太阳高度的计算
公式：H＝90°－两点纬度差
说明：“两点”是指所求地点与太阳直射点。
两点纬度差的计算遵循“同减异加”原则，即两点同在北(南)半球，则两点纬度“大数减小数”；两点分属南北不同半球，则两点纬度相加。
如图所示：
当太阳直射B点(10°N)时，A点(40°N)正午太阳高度：
H＝90°－AB纬度差＝90°－(40°－10°)＝60°。
C点(23.5°S)正午太阳高度：H＝90°－BC纬度差＝90°－(10°＋23.5°)＝56.5°。
2.正午太阳高度规律在生产、生活中的应用
(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，当地的地方时是12时。
(2)确定房屋的朝向
确定房屋的朝向与正午太阳所在位置有关。
为了获得更充足的太阳光照，在北回归线以北地区正午太阳位于南方，因此房屋坐北朝南；在南回归线以南地区正午太阳位于北方，因此房屋坐南朝北。
(3)确定当地的地理纬度
当太阳直射点位置一定时，可根据两地纬度差多少度，正午太阳高度就差多少度。
根据某地某日(二分二至日)正午太阳高度，可判断该地区纬度大小。
(4)判断日影长短及方向
太阳直射点上，物体的影子缩短为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。
日影永远朝向背离太阳的方向，北回归线以北的地区，正午的日影全年朝向正北(北极点除外)，冬至日日影最长，夏至日最短；南回归线以南的地区，正午的日影全年朝向正南
(南极点除外)，夏至日日影最长，冬至日最短；南北回归线之间的地区，正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北；直射时日影最短(等于0)。
(5)确定楼间距、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，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＝hcot H。
如下图：
(6)计算太阳能热水器的安装角度
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，使太阳光与集热板成直角。
集热板与地面之间的夹角(α)和当天的正午太阳高度角(H)互余，即α＋H＝90°时效果最佳。
如下图：
(7)判断山地自然带在南坡和北坡的分布高度
一般情况下，由于阳坡正午太阳高度大，得到的光热多，阴坡得到的太阳光热少，因此在相同高度，阳坡温度较高，阴坡温度较低，从而影响到自然带在阳坡和阴坡的分布高度。
►类题通法
这类问题，实际上是利用到太阳高度与影长的关系。
影子的位置与太阳的位置相反，影子的长度与太阳高度呈负相关。
一天中，物体影子随着太阳高度的变化，先变短，后变长，正午太阳高度是一天中太阳高度最大值时，此时物体影长最短。
一年中，正午太阳高度不断变化，正午影长也不断变化。
以北回归线以北某纬度为例，夏至日这一天影长达一年中最小值，冬至日这一天影长达一年中最大值。
