探究太陽高度角日變化

黃本濤++胡建敏

“太陽高度角日變化幅度”是高中地理必修一《地球運動》一節(jié)中的重點；而一年中，某一半球不同緯度的任意兩地太陽高度角的日變化幅度的差值的計算問題則是教學過程中的一大難點。本文通過對一道與該知識點相關的經(jīng)典試題的探討與解析，讓同學們深入了解此類問題在試題設計上的一般思路，幫助大家有效突破了這一難點。

例1 下圖為某日不同地點太陽高度（不考慮負值）日變化幅度隨緯度變化示意圖，讀圖回答1～2題。

[甲][乙][丙][丁][a] [0°][90°緯度][太陽高度日變化幅度]

1.一年中，a值的變動范圍是（ ）

A.19°42′～66°34′

B.23°26′～70°34′

C.19°42′～90°

D.0°～70°34′

2.在a值為45°且減小的時段內（ ）

A.甲點晝長逐漸變短

B.乙點自轉線速度變小

C.丙丁兩點緯度差變小

D.丁點正午太陽高度變小

解析 據(jù)圖分析可知，a值實際為太陽直射點所在半球，處于非極晝區(qū)、與赤道關于直射點所在緯線對稱的乙地，與剛好出現(xiàn)極晝現(xiàn)象的丙地的太陽高度日變化幅度的差值，且差值就是乙丙兩地正午太陽高度角之差。假設直射點甲的緯度為β，則乙地的正午太陽高度為90°-（乙緯度-β），丙地正午太陽高度為90°-（丙緯度-β），a=90°-（乙緯度-β）-[90°-（丙緯度-β）]=丙緯度-乙緯度。

而二者的緯度差最大可以達到90°（當太陽直射赤道時，甲乙兩點重合位于赤道，丙丁兩點重合于極點）；最小就是當太陽直射回歸線的時，乙地的緯度數(shù)為46°52′，丙地的緯度數(shù)為66°34′，二者緯度差為66°34′-46°52′=19°42′，所以是答案C。

當a也就是丙、乙兩地緯度差為45°時，可以假設直射點甲的緯度為δ，則丙的緯度為90°-δ，而乙的緯度為2δ，二者相減為45°，得到直射點緯度為δ=15°，且a的值在減小，表明直射點正在向極點丁的方向移動，所以乙點緯度會升高，自轉線速度減小，而甲點晝長會增長，丙、丁兩點緯度差變大，丁點正午太陽高度變大。所以第2題答案選B。

答案 BC

點撥 太陽高度角即太陽光線和地平面的夾角。如果不考慮負值，則太陽高度角只存在于晝半球。地球上任意一點的太陽高度角的日變化幅度就是該地在一天中太陽高度的最大值與最小值的差值，其計算包括以下幾種情況：

（1）在非極晝區(qū)，某地在一天中的太陽高度角最大值即為該地的正午太陽高度角，最小值為0°，則該地太陽高度角的日變化幅度即為該地在這一天中的正午太陽高度角。

[90°][90°N][90°S][0°][太陽高度角日變化幅度]

（2）在極晝區(qū)，由于太陽高度角在一天24小時始終都是大于等于0°，即一天中太陽高度角的最小值——該地地方時為0時時的太陽高度角也大于等于0°，則在極晝區(qū)，某地的太陽高度角的日變化幅度應該小于或等于當?shù)氐恼缣柛叨冉恰?/p>

（3）在極晝區(qū)的極點，太陽高度角在一天24小時可以看做是近似不變的，等于太陽直射點的緯度數(shù)，所以極晝區(qū)的極點的太陽高度角的日變化幅度為0°。

一年中，太陽直射在不同緯線時，全球太陽高度角日變化幅度隨緯度的空間變化如下：

當太陽直射赤道時，全球各地晝夜平分，不存在極晝極夜區(qū)。此時赤道上太陽高度角的日變化幅度最大，為90°；南北極點的太陽高度角的日變化幅度最小，為0°。全球各地太陽高度角日變化幅度即為各地的正午太陽高度角，其隨緯度的空間變化為由赤道向南北兩極遞減，如圖a所示。

當太陽直射點位于北半球時：①在直射點以南的地區(qū)，太陽高度角的日變化幅度由太陽直射點所在緯度的90°向南遞減，至南半球剛好出現(xiàn)極夜現(xiàn)象的緯度為0°。各地太陽高度角的日變化幅度即為各地的正午太陽高度角；②同理，在直射點以北的地區(qū)，從太陽直射點到北半球剛好出現(xiàn)極晝現(xiàn)象的緯度，各地太陽高度角的日變化幅度即為各地的正午太陽高度角，隨緯度增加而逐漸減??；但是，在直射點以北的極晝區(qū)，由于一天中最小太陽高度角大于等于0°，所以太陽高度角的日變化幅度隨緯度增加雖呈減小趨勢，但減小趨勢明顯快于非極晝區(qū)。當太陽直射點位于北半球時，全球太陽高度角日變化幅度隨緯度的空間變化如圖b所示。

[0°][90°S][90°N] [90°][太陽高度角日變化幅度] [0°][90°S][90°N] [90°][太陽高度角日變化幅度]

圖a 圖b

當太陽直射點位于南半球時，原理同于太陽直射北半球時的情況，全球太陽高度角的日變化幅度如圖4所示。

例2 下圖是甲、乙兩地北半球夏至日太陽高度日變化圖，讀圖回答1～3題。

[甲][乙][太陽高度][24 北京時間][0 9]

1.下列關于甲、乙兩地的關系，說法正確的是（ ）

A.關于地心對稱 B.關于地軸對稱

C.關于赤道對稱 D.關于極點對稱

2.兩地該日的太陽高度日變化幅度的差h的值是（ ）

A.23°26′ B.43°52′

C.46°52′ D.66°34′

3.下列關于該日甲乙兩地的敘述，正確的是（ ）

A.二分日時，甲乙兩地太陽高度的日變化幅度相等

B.從夏至日到秋分日，兩地太陽高度日變化幅度的差值逐漸變大

C.從春分日到秋分日，兩地太陽高度日變化幅度的差值先變小，后變大

D.一年中，甲乙兩地太陽高度日變化幅度的差值只有一天可以取最大值和最小值

解析 由甲、乙的太陽高度日分布圖可以判斷，甲的晝長為9小時，乙的晝長為15小時。根據(jù)夏至日甲、乙的晝長情況可以判斷，甲位于南半球，乙位于北半球，而且兩者的緯度數(shù)相同（同一天，晝長之和等于24小時的兩地的緯度關于赤道對稱且緯度數(shù)相同）。同時，從圖中觀察發(fā)現(xiàn)，在夏至日，甲地和乙地太陽高度角取最大值的時間間隔為12小時，所以甲乙兩地的經(jīng)度差為180°。第1題正確答案為A。endprint

由于甲乙兩地在夏至日均沒有出現(xiàn)極晝極夜現(xiàn)象，所以甲乙兩地該日太陽高度角的日變化幅度都等于兩地各自的正午太陽高度角，甲乙兩地該日太陽高度角的日變化幅度的差值就為該日兩地正午太陽高度角之差。根據(jù)正午太陽高度的計算公式H=90°-兩者之間的緯度差，假設甲的緯度為X，H甲=90°-（X-23°26′），H乙=90°-（X+23°26′），甲、乙兩地的正午太陽高度差值是46°52′。第2題正確答案為C。

二分日時，太陽直射赤道，由于甲乙兩地所在的緯線關于赤道對稱，與太陽直射點的緯度差相等，所以兩地正午太陽高度角相等，該日太陽高度角的日變化幅度的差值為0，A選項正確。從夏至日到秋分日，太陽直射點由北回歸線向赤道移動，甲地正午太陽高度角越來越大，乙地正午太陽高度角越來越小，二者太陽高度日變化幅度的差值應該越來越小。從春分日到秋分日，太陽直射點先由赤道向南回歸線移動，后由南回歸線向赤道移動，兩地太陽高度日變化幅度的差值先變大，后變小。B、C選項錯誤。在一年中，關于赤道對稱的甲乙兩地二至日時，太陽高度日變化幅度的差值取一年中的最大值，為46°52′，二分日時，兩地太陽高度角日變化幅度差值取一年中的最小值，為0°，D選項錯誤。第3題選A。

答案 ACA

點撥 當太陽直射赤道時，全球太陽高度角日變化幅度隨緯度的空間變化為由赤道向南北兩極遞減，且從赤道到兩極兩地太陽高度角日變化幅度差值即為這兩地正午太陽高度角的差值。

當太陽直射南半球時，北極點附近出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。從赤道到北半球剛好出現(xiàn)極夜現(xiàn)象的緯度太陽高度角的日變化幅度逐漸減小為0°，且北半球任意兩地太陽高度角的日變化幅度的差值等于這兩地正午太陽高度角的差值。

當太陽直射北半球時，北極點附近出現(xiàn)極晝現(xiàn)象。此時北半球任意兩地太陽高度角的日變化幅度的差值包括以下幾種情況：

（1）在極晝區(qū)以外的地區(qū)，如果兩地均位于太陽直射點以北，則兩地太陽高度角日變化幅度隨緯度增加而減小，差值即為兩地正午太陽高度角的差值；如果兩地均位于太陽直射點以南，則兩地太陽高度角的日變化幅度隨緯度增加而增大，且差值即為兩地正午太陽高度角的差值；如果兩地分別位于太陽直射點南北兩側，則應該先找到兩地中直射點以南的某地關于太陽直射點緯度對稱的某緯線，該緯線與兩地中太陽直射點以北的某地的正午太陽高度角的差值即為分別位于太陽直射點南北兩側的兩地太陽高度角日變化幅度的差值。

（2）如果兩地均位于極晝區(qū)，由于兩地一天中地方時為0時的太陽高度角均大于或等于0°，因此兩地太陽高度角的日變化幅度均小于或等于兩地的正午太陽高度角。這時，應該分別求出兩地的太陽高度角的變化幅度，再計算其差值。

讀杭州（30°N，120°E）和甲地某日太陽高度變化圖，回答下列問題。

[太陽高度（°）][甲地][杭州][北京時間][0 6 12 18 0 6 12] [90

75

60

45

30]

1.甲地經(jīng)緯度位置是（ ）

A.30°N，15°W B.15°N，15°E

C.0°，15°W D.O°，30°W

2.下列有關杭州和甲地的敘述，錯誤的是（ ）

A.該日，杭州和甲地太陽高度的日變化幅度相等

B.杭州和甲地太陽高度日變化幅度的差值當太陽直射南半球時取最大值

C.二分日時，杭州和甲地太陽高度角的日變化幅度為0°

D.從春分日到夏至日，杭州和甲地太陽高度日變化幅度的差值先變小，再變大

3.該日過后，到下一次甲地和杭州太陽高度角日變化幅度差值為0°所需的時間為（ ）

A. 不足6個月 B. 超過6個月

C. 6個月 D. AB都有可能

1～3 DCDendprint