【重磅整理】日出日落方向与正午太阳高度的计算为什么那么难？一文挖掘高考试题中的所有“太阳”问题！

　　人们曾用日不落来形容权力的无极。真的存在日不落的地方吗？

　　A地昼长＝C地夜长，A地夜长＝C地昼长，也就是说，纬度相同且分处于南北半球的两地，一地的昼长等于另一地的夜长。

　　我们规定全球任何一个地区，正午均为12点，且上午和下午的长度相等。赤道上全年昼夜平分，白天12个小时。因此赤道上的地区上午6个小时，下午6个小时，日出时间是上午6点。

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　　正午太阳高度是指正午时刻太阳光线与地平面的夹角。

　　太阳高度决定了楼房的影长。为了提供光照充足的居住环境，建筑房屋时也要注意保留一定的楼间距，城市的楼房迅速拔节生长，洒进窗棂的阳光也日趋珍贵。

　　情景假设

　　假设下图的A点为观察点，即观察者所处的位置。B点为天顶，E、W、S、N分别代表了观察者的东、西、南、北方向。图中的红色圆弧，代表了太阳的运动方向（东升西落），不同的圆弧代表了不同的季节（夏至、春秋分、冬至）。

　　日出、日落规律

　　（2）观察点（A）位于赤道时，太阳的运动轨迹不发生倾斜，夏半年太阳东北升起、西北落下；春分/秋分时正东升起、正西落下；冬半年时东南升起、西南落下。

　　（3）观察点位于南半球时，太阳的运动轨迹向北倾斜，夏半年（北半球的夏半年）太阳东北升起、西北落下；夏至时正东升起、正西落下；冬半年时东南升起、西南落下。谭老师地理工作室综合整理

　　总体来说，在太阳轨迹的倾斜方向上：当观察者（A）位于北半球时，太阳轨迹向南倾斜；当它位于南半球时，太阳轨迹向北倾斜；当它位于赤道时，太阳轨迹不发生倾斜。在日出、日落的方向上：①当太阳直射北半球时（夏半年），不论观察点（A）位于南半球或者北半球，都是东北日出、西北日落；②太阳直射赤道时，正东日出、正西日落；③太阳直射南半球时，太阳东南升起、西南落下。

　　太阳高度角是指对于地球上的某个地点，太阳光的入射方向与该地点所在的地平面的夹角。

　　太阳高度角简称太阳高度（其实是角度），以下均用简称。

　　当太阳直射地面时，太阳高度为90°，此时太阳辐射强度最大，没有比90°再大的太阳高度了。

　　太阳高度随着地方时和太阳直射纬度的变化而变化。

　　暂且不讨论太阳直射纬度，一天之中，随着太阳东升西落，太阳高度也在不断地变化，日出日落时太阳高度为零度，正午时太阳高度达到一天中最大值。

　　注意：一天中的最大值并不一定是90°。

　　所以，太阳高度似乎没有什么特殊性，只要是日出日落的地点太阳高度就为零，没有随着纬度的变化而变化。不仅如此，想知道某地某日8:00的太阳高度就够你算上一阵子，另一地同一日期8:00的太阳高度又够你算上一阵子。

　　能不能找到一个比较特殊又好算的太阳高度呢？

　　回答是肯定的。

　　那就是正午太阳高度！

　　正午太阳高度指的是一天当中最大的太阳高度，它特殊在随着纬度会发生变化，不仅如此，它的计算也是极为方便的。

　　如何计算呢？

　　首先明确一点：太阳直射点是日心与地心的连线和地面的交点。

　　且太阳直射点的正午太阳高度为90°。

　　假设太阳直射点在A点（纬度为δ），而观测者在B点（纬度为φ），求观测者所在地的正午太阳高度为H。

　　（1）δ和φ在相同半球，如图所示

　　这就是简单的三角形，平行线求角度H，通过延长B点地平面到太阳光线，最终得出：

　　H=90°-（φ-δ）①

　　括号中（φ-δ）的就是A、B两地的纬度差。

　　（2）δ和φ在不同半球，如图所示

　　同理，得出：

　　H=90°-（φ+δ）②

　　括号中（φ+δ）的就是A、B两地的纬度差。

　　由公式 ①② 可以推导得出：

　　H=90°- |φ±δ|③

　　当φ和δ位于相同半球时用“-” 号

　　当φ和δ位于不同半球时用“+”号

　　同理绝对值符号中|φ±δ|表示的所求点和直射点的纬度差。

　　一、太阳高度角与正午太阳高度角的关系

　　太阳高度角简称太阳高度(其实是角度)

　　对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。

　　太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。
日升日落，同一地点一天内太阳高度角是不断变化的。日出日落时角度都为零度，正
午时太阳高度角最大。

　　二、正午太阳高度的考查涉及以下几方面。

　　（1）规律：从直射点往南北两侧递减；离直射点距离越近（纬度差越小），正午太阳高度越大。

　　（2）最值：直射北回归线，北回归线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，南回归线以南地区达一年中最大值；整个北半球达一年中最小值。

　　（3）公式：H=90°-｜φ-δ｜中φ与δ符号很关键，此外，两点间的正午太阳高度差等于纬度差。

　　（4）影子的长短变化与方向：正午太阳高度角变大，影子变短；方向由太阳的位置确定。

　　（5）地方时：一天之中太阳高度最大时地方时为12时。

　　（6）楼间距离要抓住正午太阳高度角大小。

　　三、正午太阳高度的应用已成为高考的热点，应从以下方面突破本难点：

　　（1）列为高考重点反复训练讲解。

　　（2）抓住规律，图形结合。

　　（3）研究高考试题，联系生产、生活实际

　　四、正午太阳高度的计算和运用

　　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。谭老师地理工作室综合整理

　　(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。

　　许多考生对高考试题中的“太阳”了解不够全面。很难在理解试题考点的基础上做到灵活调用所学知识并加以运用。之所以是这样，在于高考试题中的“太阳”是一个“多面手”，高考题中的“太阳”可以从“太阳辐射”的角度与我国清洁能源战略背景相契合，作为解决我国环境问题的手段之一，将地理知识生活化；它还可以从“太阳视运动”的角度较为抽象地考查考生对地球运动规律的把握情况，要求考生关注国内外重大活动或者新近发生的热点事件，从生活中较为特殊的地理现象中提升考生的地理实践力；它还可以转化成“热量”因素推动或限制某一区域农业生产的发展，要求考生具体问题具体分析，理论联系实际，做到学以致用。所以考生要准确获取相关地理知识，提高自己分析、判断、推理等逻辑思维能力，全力备考。

　　考法一：太阳辐射对生物的影响

　　(2017·全国卷Ⅲ)一般情况下，海水中的浮游植物数量与营养盐、光照、水温呈正相关，但在不同的季节、海域，影响浮游植物生长繁殖的主导因素不同。如图示意长江口附近海域某年8月浮游植物密度的水平分布。据此完成1～2题。

　　1．导致夏季图示海域浮游植物密度水平分布的主导因素是()

　　A．水体营养盐 B．太阳辐射

　　C．水体含沙量 D．洋流流向

　　2．与夏季相比，冬季图示海域浮游植物()

　　A．总数量减少，密度高值区向陆地方向移动

　　B．总数量增多，密度高值区向外海方向移动

　　C．总数量减少，密度高值区向外海方向移动

　　D．总数量增多，密度高值区向陆地方向移动

　　【解析】1.C2.A第1题，此时为夏季，长江径流量较大，泥沙在河口附近淤积较少，冲入外海的泥沙较多，挟带至外海的营养盐类也较多，所以浮游植物密度水平分布受水体含沙量影响较大，C正确。第2题，从题中信息可知，浮游植物数量与光照、水温呈正相关，与夏季相比，冬季水温低，浮游植物的数量会减少。冬季长江径流量减小，江水含沙量由长江河口向外海递减，故浮游植物密度高值区向陆地方向移动，故选A。

　　考法二：太阳视运动及日出、日落

　　(2016·天津高考)2011年7月17日，我国南极中山站(69°22′S,76°22′E)越冬科考队的队员们迎来了极夜后的第一次日出。据材料回答下题。

　　3．当中山站“第一次日出”时，若在天津观测太阳，太阳位于观测者的()

　　A．东北方向 B．东南方向

　　C．西北方向 D．西南方向

　　【解析】选D极夜之后的第一次日出的时间为当地地方时12时(即太阳刚刚升起，便落下)，南极中山站位于76°22′E，当其地方时为12时时，天津(120°E附近)的地方时大约为15时，此时太阳位于西南方向。

　　考法三：太阳能的开发与影响

　　(2014·全国卷Ⅰ·节选)太阳能光热电站(如下图)通过数以十万计的反光板聚焦太阳能，给高塔顶端的锅炉加热，产生蒸汽，驱动发电机发电。据此完成4～5题。

　　4．我国下列地区中，资源条件最适宜建太阳能光热电站的是()

　　A．柴达木盆地 B．黄土高原

　　C．山东半岛 D．东南丘陵

　　5．太阳能光热电站可能会()

　　A．提升地表温度 B．干扰飞机电子导航

　　C．误伤途经飞鸟 D．提高作物产量

　　【解析】4.A5.C第4题，太阳能资源丰富的地区一般是降水较少、晴天较多、海拔较高的地区，选项所列四个地区中柴达木盆地最符合这些条件。第5题，太阳能光热电站通过数以十万计的反光板聚焦太阳能，给塔顶的锅炉加热，所以高温可能会误伤途经的飞鸟。

　　考法四：热量条件对农业的影响

　　(2014·海南高考)棉花耐旱、耐盐碱，喜光照。近年来，阿拉善高原(位置见下图)采用滴灌技术和机械化作业，种植早熟的棉花品种，并引种彩色棉和有机棉。据此完成下题。

　　6．导致该地种植早熟棉花品种的主要自然因素是()

　　A．热量 B．土壤

　　C．光照 D．水分

　　【解析】选A土壤、光照、水分虽说也是影响棉花种植的自然条件，但影响不到早熟。只有该地夏季热量比其他棉花种植区充足，才会提前收获，因此只有A正确。

　　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．D2.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