極晝地點(diǎn)0(或24)時(shí)太陽高度的計(jì)算

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中地理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

正午太陽高度角計(jì)算公式H=90°-|φ+δ|已為大家所熟知,但是許多學(xué)生卻對此公式應(yīng)用的靈活性掌握不好,導(dǎo)致錯(cuò)誤較多,究其原因,是沒有真正弄清其中的奧妙。以下步驟可以引導(dǎo)大家分三種情況進(jìn)行簡單的推理。

 

設(shè)P點(diǎn)是北緯φ度緯線上的一點(diǎn),(1)當(dāng)太陽直射點(diǎn)在北半球北緯δ度(0<δ≤23.5°)緯線上時(shí)(如圖1)解直角三角形很容易得出H=90°-|φ-δ|。

 

 

(2)當(dāng)太陽直射點(diǎn)在南緯δ度(0<δ≤23.5°)緯線上時(shí)(如圖2)解直角三角形很容易得出H=90°-|φ+δ|。

 

 

(3)當(dāng)太陽直射點(diǎn)在赤道時(shí)(如圖3)解直角三角形很容易得出H=90°-φ。

 

 

因此,正午太陽高度角計(jì)算公式為:H=90°-|緯差|

 

①    已知點(diǎn)與太陽直射點(diǎn)在赤道同側(cè)時(shí)(即該點(diǎn)夏半年),緯差為已知點(diǎn)與直射點(diǎn)之差的絕對值:H=90°-|φ-δ|

 

②已知點(diǎn)與太陽直射點(diǎn)在赤道兩側(cè)時(shí)(即該點(diǎn)冬半年),緯差為已知點(diǎn)與直射點(diǎn)之和的絕對值:H=90°-|φ+δ|

 

③當(dāng)太陽直射點(diǎn)在赤道上時(shí)(即春秋分日時(shí)),緯差為已知點(diǎn)的緯度:H=90°-φ

 

下面是一道高考模擬題,引起了我對極晝地區(qū)0(或24)時(shí)太陽高度計(jì)算的思考。

 

如下圖所示是某地一天中0時(shí)和正午時(shí)刻太陽光線與地面的夾角,據(jù)此判斷1~2題。

 

 

1.該地的緯度位置是( )

 

A.70°N    B.75°N    C.70°S    D.75°S

 

2.這一天,太陽直射點(diǎn)的緯度位置是( )

 

A.15°N    B.20°N    C.15°S    D.20°S

 

答案:1.B   2.B

 

由圖分析該點(diǎn)太陽高度35°時(shí)(b光線),太陽位于該點(diǎn)正南方向,太陽高度5°時(shí)(a光線),太陽位于該點(diǎn)正北方向,而圖表示的是該點(diǎn)一天中太陽不同時(shí)刻的太陽高度,因此根據(jù)太陽視運(yùn)動特征,可知該點(diǎn)只有在北極圈到北極點(diǎn)之間,并且出現(xiàn)極晝時(shí)才有可能出現(xiàn)圖示狀況。但如果利用正午太陽高度公式,根據(jù)圖中所給信息同時(shí)求得太陽直射點(diǎn)與該點(diǎn)的地理緯度,是完全沒有可能的。是不是存在0(或24)時(shí)太陽高度公式呢?答案是肯定的。經(jīng)過一番思考之后,我認(rèn)為如果將正午太陽高度看成是一地地方時(shí)12點(diǎn)時(shí)的太陽高度,那么當(dāng)一個(gè)地點(diǎn)在出現(xiàn)極晝的時(shí)間內(nèi),就應(yīng)存在該地地方時(shí)為0(或24)時(shí)的太陽高度(如圖4)。 

 

計(jì)算公式推導(dǎo)如下:

 

設(shè)北半球一點(diǎn)P在北緯φ度(66.5°≤φ≤90°),太陽直射點(diǎn)在北緯δ度(0°≤δ≤23.5°),此時(shí)P點(diǎn)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象(如圖5)。

 

 

在上圖中太陽光線是平行照射地球的,MR為P點(diǎn)的地平圈,PK為P點(diǎn)所在緯線的延長線,MO為赤道的延長線,N、S為兩極點(diǎn);H­­0為P點(diǎn)0(或24)時(shí)太陽高度角,即∠LPR。

 

在上圖中由于太陽光線平行,PK與赤道面平行,所以∠LPK=δ,∠RPK=∠RMO,又因?yàn)樵赗T△OPM中∠RMO=90°-φ,所以,H0=∠LPR=δ-(90°-φ),即H0=δ+φ-90°。

 

該公式用地理術(shù)語來表達(dá)為:極晝地點(diǎn)0(或24)時(shí)太陽高度為該點(diǎn)地理緯度與直射點(diǎn)緯度之和與90度的差。

 

驗(yàn)證:

 

①當(dāng)H0=0°時(shí)(太陽視運(yùn)動軌跡與地平圈相切),δ+φ=90° 即極晝地區(qū)最低緯線圈度數(shù)與太陽直射點(diǎn)緯度數(shù)互余。

 

②當(dāng)φ=90°時(shí),H0=δ即在極點(diǎn)上看,太陽周日視運(yùn)動圈與地平圈總是平行的,一天中太陽高度沒有變化,總是等于太陽直射點(diǎn)的緯度,只是隨時(shí)間變化在天空中的位置不同。

 

推論:

 

對于出現(xiàn)極晝的地點(diǎn)來說,正午太陽高度公式直接可以寫成H=90°-φ+δ,那么與0(24)時(shí)太陽高度公式H0=δ+φ-90°聯(lián)系,即可得出以下推論。

 

①H+H0=2δ即極晝地區(qū)某地一天中正午太陽高度與0(24)時(shí)太陽高度之和總是等于當(dāng)日直射點(diǎn)緯度的2倍,還等于極點(diǎn)上太陽高度的2倍。假如H0=0°時(shí),則有H=2δ,即極晝地區(qū)最低的緯線圈的正午太陽高度等于太陽直射點(diǎn)緯度的2倍。

 

②H?H0=180°-2φ即太陽視運(yùn)動周日圈最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的差別,或者說一天中太陽高度的變化幅度主要與緯度、日期有關(guān)。就地區(qū)而言,總的規(guī)律是由極晝地區(qū)最低的緯度向極點(diǎn)方向遞減。

 

經(jīng)過這樣的推導(dǎo),諸如以下題目的解決就易如反掌了。

 

下圖為北半球甲、乙兩地某日“太陽運(yùn)動軌跡圖”,圖中O表示地平圖,箭頭為太陽視運(yùn)動方向,∠1=∠2=23°,據(jù)此回答1~2題。

 

1.甲地的地理緯度是

 

A.67°N     B.23°N   C.46°N     D.90°N

 

2.乙地的正午太陽高度為

 

A.67°   B.23°    C.46°   D.90°

 

答案:1.D   2.C


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