专题5-太阳高度角计算和应用

太阳高度角的计算和应用

专题5-太阳高度角计算和应用

正午太阳高度变化规律图解

太阳高度是太阳光线相

对地面的夹角(即太阳在当地

的仰角),在太阳直射点处太

阳高度最大,为90°,在晨昏

线上则为0°。而正午太阳高

度就是各地一日内最大的太

阳高度,也即地方时为12点

的太阳高度。正午太阳高度的

变化包括同一时间随纬度的

变化和同一地点(纬度)在一年中随季节的变化。由于这两种变化的直接原

因都是太阳直射点的回归运动(如图1左),因此,要理解和掌握正午太阳

高度的变化规律需要从太阳直射点和正

1

午太阳高度变化的关系来入手。图2是平行的太阳光线照射在球面上

的状况,从中可以得出正午太阳高度的一些基本规律(H表示正午太阳高度,

下同)。HD<HB<HA>HC>HE表明:从纬度分布看,太阳直射点所在纬度正午

太阳高度最大,并由此向南北两侧递减,在太阳直射点南北两侧的对称点上,

正午太阳高度相等。HA>HC>HE,HA>HB>HD表明:距离太阳直射点所在纬度近时,正午太阳高度大,反之正午太阳高度小。

下面通过图解来分析正午太阳高度的变化规律,帮助学生直观掌握、理解其基本规律。首先对图1左图进行转换,将图中经线圈的右半部“拉直”,可得到图1右图。两图均表示夏至日太阳直射北回归线,冬至日太阳直射南回归线,春分日和秋分日(以下简称二分日)太阳直射赤道。这里以图1右图为基础来深入分析正午太阳高度的季节变化规律和纬度分布规律。

(一)正午太阳高度的季节变化规律

这里我们分六个方面进行分析。假设P为满足条件的任意

一地点,H1,H2,H3分别表示夏至日、二分日、冬至日时P

地的正午太阳高度,H4为太阳直射南北回归线之间某地P时

的正午太阳高度。

1. 赤道地区:由图3可以看出,二分日时太阳直射赤道,此

时赤道地区正午太阳高度(H2)达最大值90°,二至日正午

太阳度(H1和H3)达最小值。以春分日为起点,正午太阳高度变化为:

2.赤道与北回归线之间地区:由图4可以看出,H4大于H1和H2又大于H3,在夏至日前后P地各有一次直射,此时正午太阳高度达最大值(H4),冬至日时正午太阳高度达最小值(H3)。正午太阳高度变化为:

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