1.正午太阳高度的概念与测量
正午太阳高度是各地一日内最大的太阳高度,即地方时为12时的太阳高度。
可利用“立竿见影”的方法进行正午太阳高度的测量与计算。如图所示,已知图中杆高为h,当太阳从3位置照射时的影长为l,则该日正午太阳高度H可通过公式计算:tanH=h/l。
规律总结:“立竿见影”,近大远小,来增去减
2.正午太阳高度的纬度分布规律(近大远小)
某日太阳直射某纬线,则该纬线的正午太阳高度为90°,离该纬线越远,则正午太阳高度越小(简记为“近大远小”)。由此可以推知:一日内,同一纬线各地正午太阳高度相同;正午太阳高度从直射点所在纬线向南北两侧递减。
例如,夏至日,太阳直射北回归线,正午太阳高度从北回归线向南北两侧递减;冬至日,太阳直射南回归线,正午太阳高度从南回归线向南北两侧递减;二分日,太阳直射赤道,正午太阳高度向赤道两侧递减。
3.正午太阳高度的季节变化规律(来增去减)
由近大远小的规律可以推知:直射点向本地所在纬线移来,正午太阳高度增大,反之减小(简记为“来增去减”)。例如,北回归线及其以北地区,夏至日正午太阳高度达一年中最大值,冬至日达一年中最小值;南回归线及其以南地区,冬至日正午太阳高度达一年中最大值,夏至日达一年中最小值;南北回归线之间的地区,太阳直射时正午太阳高度达一年中最大值,离太阳直射点所在纬线最远时达一年中最小值。
4.正午太阳高度的计算公式
H=90°-纬度差
其中,H为所求点的正午太阳高度;90°为太阳直射点的太阳高度;
纬度差是指某地的地理纬度与当日太阳直射点所在的纬度之间的差值(当所求点与太阳直射点在同一个半球时,纬度差为两地纬度数之差;当所求点与太阳直射点不在同一个半球时,则纬度差为两地的纬度数之和,简记为“同减异加”)。
5.正午太阳高度的年变化规律
在南北回归线之间的地方,其正午太阳高度的年变化幅度ΔH=23°26′+Φ(Φ为当地纬度);在回归线与极圈之间的地方,其正午太阳高度的年变化幅度恒为46°52′;从极圈到极点之间的地方,其正午太阳高度年变化幅度从46°52′逐渐降低至23°26′,任一纬度Φ的正午太阳高度年变化幅度ΔH=90°-Φ+23°26′。
正午太阳高度的应用
(1)利用正午太阳高度确定地方时:当某地太阳高度达到一天中的最大值时,就是一天的正午时刻,此时该地的地方时为12时。
(2)利用正午太阳高度确定当地的地理纬度:当太阳直射点位置一定时,如果我们能够知道当地的正午太阳高度,就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度,正午太阳高度就相差多少度”的规律,求出当地的地理纬度。
(3)利用正午太阳高度确定房屋的朝向:为了获得最充足的太阳光照,各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。北回归线以北的地区,正午时太阳位于南方,房屋朝向南方;南回归线以南的地区,正午时太阳位于北方,房屋朝向北方。
(4)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。如下图中各点旗杆日影长短及日影所在方向(图中是夏至日,经线和纬线的交点是直射点)。
(5)利用正午太阳高度确定楼距、楼高:为了更好地保持各层楼都有良好的采光,楼与楼之间应当保持适当距离。以我国为例,见图甲,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。
(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,使太阳光与受热板之间成直角。其倾角和正午太阳高度角的关系为α+h=90°(如图乙)。
(7)判断山地自然带在南坡和北坡的分布高度:一般情况下,由于向阳坡正午太阳高度大,得到的光热多,背阳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。
配套练习1图中a、b两条曲线为太阳高度日变化曲线。回答(1)~(2)题。
(1)若m为北京时间8∶40,且a、b两条曲线分别表示QP两地某日太阳高度日变化情况。则( )
A.Q地昼长小于12小时
B.P地该日正午旗杆影长为零
C.Q地一定位于北半球
D.P地一年中有两次太阳直射
(2)若a、b两条曲线分别表示X、Y两地某日太阳高度日变化情况。则( )
A.X、Y两地纬度值相同
B.X、Y两地昼长相同
C.X、Y两地处在同一经线上
D.X、Y两地太阳高度相同
【解析】
第(1)题,从已知条件分析,曲线a 对应Q 地,曲线b 对应P 地,且图中Q 地太阳比P 地早升晚落,说明Q 地昼长较长。同时,P 地太阳在北京时间8:40 升起,在14:40 太阳高度达最大值,可得出其昼长为12小时,Q 地昼长大于12 小时。在Q 地昼夜不等长的情况下,昼长为12 小时的P 地只能在赤道上,赤道在一年中有两次太阳直射。第(2)题,图中a、b 两条曲线所对应的太阳高度最大值相同,即正午太阳高度相同,因此排除D 项。同时,在同一天,正午太阳高度相同的地方,有两种情况:一是位于同一纬线上,而同一纬线上的点昼夜长短应该相同,从图中太阳升落时间来看,X地昼长比Y 地长,因此排除A、B 项;二是两地分别位于直射点的南北两侧,且与直射点的纬度差相等,如图1所示,这种情况下,X、Y则位于同一经线上。
【答案】(1)D(2)C
配套练习2某开发商分别在北京(约40°N)和福州(约26°N)开发了两个楼盘。两地均设计了朝向和楼高相同的户型结构如下图(甲图)所示。读图完成1~2题。
1.若福州楼盘每层2.8米共20层,南北楼距为28米。乙图①栋10层住户一年中正午不能直接获得太阳照射的时间最接近( )
A.11个月 B.9个月
C. 7个月 D.1个月
2.在上级部门对两地小区楼盘规划设计图(乙图)审批时,几乎相同的设计在北京却没有通过,被要求修改。最终修改的方案可能是( )
A.降低南侧楼房的高度
B.缩小南北楼的楼间距
C.扩大东西楼的楼间距
D.降低北侧楼房的高度
【解析】
第1题,根据题意可知,乙图D栋10层只要正午太阳高度低于45°,就不能直接获得太阳照射,根据H=90°一纬度差,可计算出太阳直射点位于19°S 以南时,10层住户不能直接获得太阳照射,最接近的时间是1个月。第2题,北京正午太阳高度小,考虑采光条件,尽量减少南楼对北楼太阳光线的遮挡,应降低南侧楼房高度。
【答案】1.D 2.A
配套练习3我国某中学地理兴趣小组在操场测量一直立杆的影子,当太阳高度为20°时测得影长为OA(OA的朝向每天都在发生变化),在北京时间11:30时测得最短影长为OB(如图所示)。读图完成下列问题。
(1)该学校最可能位于( )
A.山西 B.黑龙江
C.新疆 D.云南
(2)图示日期前后,该地( )
A.太阳从西北方向落下
B.昼短夜长
C.正午太阳高度渐大
D.日出时间推迟
【解析】
第(1)题,根据图中指向标,影长为OB时,影子朝向正北方向,说明此时是当地正午12点,北京时间是11:30,根据经度每差15°,时间相差1小时, 可以计算出该学校经度是127.5°E,最可能位于黑龙江,B对。第(2)题,读图,图中,太阳高度角20°时影子方向与正午时影子方向成直角,说明时间相差6小时,所以图示日期日出时间在6点之前。该日前后,该地昼长夜短,太阳从东北方向升起,太阳从西北方向落下,A对,B错。无法判断正午太阳高度、日出时间的变化,C、D错。
【答案】(1)B (2)A