微专题：太阳高度

(一)等太阳高度线图的判读

等太阳高度线图可以看做是以太阳直射点为中心的俯视图，判读时需掌握以下方法，有助于正确解答问题：

1.如果图的中心为太阳直射点，太阳高度以该点为中心向四周逐渐降低;通过该点的经线即太阳直射的经线，地方时是12点;通过该点的纬线即为太阳直射的纬线，其正午太阳高度为90度。

正午太阳高度的分布规律从太阳直射的纬线向南北逐渐降低。根据太阳直射纬线推断直射点所在的半球及季节，并判断与之相关的地理现象。注意区别太阳高度和正午太阳高度分布规律的不同。

2.在太阳直射的经线上，太阳高度相差多少度，纬度就相差多少度，据此可计算该经线上某一点的纬度数值;如果太阳直射赤道，则赤道上太阳高度相差多少度，经度就相差多少度;如果太阳直射点不在赤道，则太阳高度相差多少度，经度的差值一定大于太阳高度的差值，以此推算该纬线上某一点的经度和地方时。

3.如果图中标注了太阳高度的数值，则视具体数值而判断：一是最外侧的大圆圈为0°等太阳高度线，即为晨昏线，一般是太阳直射经线以东最大的半圆为昏线，以西最大的半圆为晨线;二是图中最大的圆圈不是0°等太阳高度线，因此，也就不是晨昏线。如果没有标注太阳高度的数值，在图中最外侧的大圆圈上太阳高度为0°，即晨昏线。

4.由于太阳直射经线上太阳高度南北跨度为180度，当太阳直射赤道时，此经线最北点为北极，最南点为南极;太阳直射北半球时，北极点在最北点以南，图上没有南极点;太阳直射南半球时，相反。

(二)日影的朝向和长短变化

1、正午日影朝向和长短变化

正午日影的朝向取决于太阳直射点的位置。由于太阳直射点在南北回归线之间周年往返移动，正午日影朝向不仅随空间，而且随时间变化而变化。

在北回归线以北地区，正午日影始终朝北。北半球夏至日，北回归线及其以北地区正午太阳高度最大，正午日影最短。北半球冬至日，太阳直射在南回归线上，北半球正午太阳高度最小，日影最长。

在南回归线以南地区，正午的日影始终朝南。北半球冬至日，南回归线以南地区正午太阳高度最大，正午日影最短。北半球夏至日，南半球正午太阳高度最小，日影最长。

在南北回归线之间，一年有两次太阳直射(回归线上只有一次)，日影最短(日影与物体本身重合)。

2、日出、日落时日影朝向

在北半球春秋二分日，全球各地太阳从正东面升起，正西面落下。因此日出时日影朝西，日落时日影朝东。

北半球夏半年，太阳直射北半球，北半球各地昼长于夜，全球各地(极昼区域除外)太阳从东北方升起，西北方落下。日出时日影朝向西南，日落时日影朝向东南。从春分日至夏至日，随着太阳直射点北移，太阳升起和落下方向也逐渐北移;从夏至日至秋分日，太阳直射点南移，太阳的升落方向也逐渐向南移。

北半球冬半年，太阳直射在南半球，北半球各地昼短于夜，南半球反之。全球各地(极昼区域除外)太阳从东南方升起，西南方落下，因而日出时日影朝向西北，日落时日影朝向东北。从秋分日至冬至日，随着太阳直射点南移、太阳的升落方向也逐渐南移;从冬至日至第二年的春分日，太阳直射点北移，太阳的升落方向也逐渐北移。

由此可见，太阳的升落方向(日影的朝向与升落方向相反)不仅随空间，而且随时问的变化而变化。从赤道开始，随着纬度的升高，太阳的升落在南北方向上的变化幅度也逐渐增大。

(三)其它知识点：

1、极点：在极点上看太阳，太阳在地平圈以上作圆周运动，表现为不升不落。这是因为一天中极点离太阳的距离都相等的缘故。

(1)极点上，一年中在极昼期太阳高度在0°到23.5°间变化。

(2)极点上所见的太阳高度与太阳直射纬度度数相等。如：若太阳直射21°N，则北极点上看到的太阳高度为21°;反之，北极点上看到的太阳高度为21°，则可知道太阳直射21°N。

2、赤道：赤道上因全年昼夜等长，所以总是6点日出18点日落，一年中，正午太阳高度在90°和66.5°间变化。

3、极昼出现的最低纬度的地点。太阳高度日变化特点是0点日出，24点日落这些地点中最大的正午太阳高度为47°，其纬度与该日太阳直射纬度互余。

4、处于极昼期的地点(除该日极昼的地点)。处于极昼期的地点太阳高度日变化特点是一天中太阳都在地平线以上，非极点地区表现为斜升斜落，一天中最小的太阳高度大于0°，其大小等于当地纬度与极昼最低纬度大小之差;这些地点中最大的正午太阳高度小于47°(非极圈)。

正午太阳高度角即正午时太阳光线与地平面的夹角，也叫太阳高度。计算公式为：H=。其中，H为正午太阳高度，为当地地理纬度，为直射点的纬度。永远取正值，当地夏半年取正值，冬半年取负值。

这个公式对常规条件下利用正午太阳高度求算地理纬度或直射点纬度非常有效，但是在解决一些已知条件有限的特殊地区时，就显得颇为困难了。

例1、图1是某日南半球某纬线上不同经度的太阳高度。读图回答下列问题：

（1）此日，太阳直射点的纬度是________。

（2）当地地理纬度为________。

从图中所给的信息来看，该纬线上最大太阳高度（正午太阳高度）为30°，最小太阳高度（子夜太阳高度）为0°，说明该纬线上恰好出现极昼现象，如果根据常规公式求算直射点纬度和当地地理纬度，则已知条件有限，那么本题是否无解了呢？

我们将图1转化为常见的地球侧视图的形式进行分析时就会发现：正午太阳高度与直射点纬度及当地地理纬度之间是有着密切联系的。

如图2：当所求地点位于极圈内且恰好出现极昼现象时，正午太阳高度与直射点纬度之间的关系如何表示呢？

设某时太阳直射任意一点，其纬度值为，则能出现极昼的地点P最低纬度为，二者的关系为：，将其代入正午太阳高度公式则有：

∵的取值范围是在之间

∴上述公式可变形为：

即：在有极昼现象的纬度范围内，若该点子夜太阳高度恰好为零，则正午太阳高度的值为直射点纬度的两倍。

利用这个推导公式可以方便地解决很多有关纬度的计算问题。如在例1中，根据公式H=2可得：30°=2，则=15°S，代入正午太阳高度公式可知该纬线度数为75°S。

那么，在有极昼现象的纬度范围内，若该点子夜太阳高度大于零，则正午太阳高度与直射点纬度之间又有何关系呢?

如图2所示，设P点恰好出现极昼时，位于极昼范围内任一地点P′（纬度为）正午太阳高度为H，子夜太阳高度为，两地纬度有的关系。

∵从P点至极点，纬度差为，而子夜太阳高度也从增至

∴P与P′的纬度关系为：纬度每差，子夜太阳高度也差

即：

将代入公式

即：在有极昼现象的纬度范围内，若该点子夜太阳高度大于零，则正午太阳高度与子夜太阳高度的和等于直射点纬度的两倍。

例2、下页图是某地一天中两个不同时刻太阳光线与地面的夹角，据此判断下列各题：

（1）这一天，太阳直射点的纬度位置是（ ）

A. 15°N

B. 20°N

C. 15°S

D. 20°S

（2）该地的纬度位置是（ ）

A. 70°N

B. 75°N

C. 70°S

D. 75°S

解析：太阳位于正南或正北上空时，为该地的正午或子夜。一个地方正午时的太阳最高，故b位置表示该地的正午太阳高度，而a位置是子夜太阳高度。整日太阳不落，说明该地出现极昼现象。正午时太阳位于正南天空，则该地应位于北回归线以北地区（且应位于北极圈以内），该日太阳应直射北半球。设该日太阳直射北纬，发生极昼的最低纬度为（90°），该地的纬度为（90°+5°）。根据推导公式H+H0=2，可求出=20°，该地的纬度为75°，因太阳直射北半球，故第（1）题选B，第（2）题也选B。

上述两个推导公式，其实就是在有极昼现象出现的范围内正午太阳高度的特殊求法。