探究太阳高度角日变化

黄本涛++胡建敏

“太阳高度角日变化幅度”是高中地理必修一《地球运动》一节中的重点；而一年中，某一半球不同纬度的任意两地太阳高度角的日变化幅度的差值的计算问题则是教学过程中的一大难点。本文通过对一道与该知识点相关的经典试题的探讨与解析，让同学们深入了解此类问题在试题设计上的一般思路，帮助大家有效突破了这一难点。

例1 下图为某日不同地点太阳高度（不考虑负值）日变化幅度随纬度变化示意图，读图回答1～2题。

[甲][乙][丙][丁][a] [0°][90°纬度][太阳高度日变化幅度]

1.一年中，a值的变动范围是（ ）

A.19°42′～66°34′

B.23°26′～70°34′

C.19°42′～90°

D.0°～70°34′

2.在a值为45°且减小的时段内（ ）

A.甲点昼长逐渐变短

B.乙点自转线速度变小

C.丙丁两点纬度差变小

D.丁点正午太阳高度变小

解析 据图分析可知，a值实际为太阳直射点所在半球，处于非极昼区、与赤道关于直射点所在纬线对称的乙地，与刚好出现极昼现象的丙地的太阳高度日变化幅度的差值，且差值就是乙丙两地正午太阳高度角之差。假设直射点甲的纬度为β，则乙地的正午太阳高度为90°-（乙纬度-β），丙地正午太阳高度为90°-（丙纬度-β），a=90°-（乙纬度-β）-[90°-（丙纬度-β）]=丙纬度-乙纬度。

而二者的纬度差最大可以达到90°（当太阳直射赤道时，甲乙两点重合位于赤道，丙丁两点重合于极点）；最小就是当太阳直射回归线的时，乙地的纬度数为46°52′，丙地的纬度数为66°34′，二者纬度差为66°34′-46°52′=19°42′，所以是答案C。

当a也就是丙、乙两地纬度差为45°时，可以假设直射点甲的纬度为δ，则丙的纬度为90°-δ，而乙的纬度为2δ，二者相减为45°，得到直射点纬度为δ=15°，且a的值在减小，表明直射点正在向极点丁的方向移动，所以乙点纬度会升高，自转线速度减小，而甲点昼长会增长，丙、丁两点纬度差变大，丁点正午太阳高度变大。所以第2题答案选B。

答案 BC

点拨 太阳高度角即太阳光线和地平面的夹角。如果不考虑负值，则太阳高度角只存在于昼半球。地球上任意一点的太阳高度角的日变化幅度就是该地在一天中太阳高度的最大值与最小值的差值，其计算包括以下几种情况：

（1）在非极昼区，某地在一天中的太阳高度角最大值即为该地的正午太阳高度角，最小值为0°，则该地太阳高度角的日变化幅度即为该地在这一天中的正午太阳高度角。

[90°][90°N][90°S][0°][太阳高度角日变化幅度]

（2）在极昼区，由于太阳高度角在一天24小时始终都是大于等于0°，即一天中太阳高度角的最小值——该地地方时为0时时的太阳高度角也大于等于0°，则在极昼区，某地的太阳高度角的日变化幅度应该小于或等于当地的正午太阳高度角。

（3）在极昼区的极点，太阳高度角在一天24小时可以看做是近似不变的，等于太阳直射点的纬度数，所以极昼区的极点的太阳高度角的日变化幅度为0°。

一年中，太阳直射在不同纬线时，全球太阳高度角日变化幅度随纬度的空间变化如下：

当太阳直射赤道时，全球各地昼夜平分，不存在极昼极夜区。此时赤道上太阳高度角的日变化幅度最大，为90°；南北极点的太阳高度角的日变化幅度最小，为0°。全球各地太阳高度角日变化幅度即为各地的正午太阳高度角，其随纬度的空间变化为由赤道向南北两极递减，如图a所示。

当太阳直射点位于北半球时：①在直射点以南的地区，太阳高度角的日变化幅度由太阳直射点所在纬度的90°向南递减，至南半球刚好出现极夜现象的纬度为0°。各地太阳高度角的日变化幅度即为各地的正午太阳高度角；②同理，在直射点以北的地区，从太阳直射点到北半球刚好出现极昼现象的纬度，各地太阳高度角的日变化幅度即为各地的正午太阳高度角，随纬度增加而逐渐减小；但是，在直射点以北的极昼区，由于一天中最小太阳高度角大于等于0°，所以太阳高度角的日变化幅度随纬度增加虽呈减小趋势，但减小趋势明显快于非极昼区。当太阳直射点位于北半球时，全球太阳高度角日变化幅度随纬度的空间变化如图b所示。

[0°][90°S][90°N] [90°][太阳高度角日变化幅度] [0°][90°S][90°N] [90°][太阳高度角日变化幅度]

图a 图b

当太阳直射点位于南半球时，原理同于太阳直射北半球时的情况，全球太阳高度角的日变化幅度如图4所示。

例2 下图是甲、乙两地北半球夏至日太阳高度日变化图，读图回答1～3题。

[甲][乙][太阳高度][24 北京时间][0 9]

1.下列关于甲、乙两地的关系，说法正确的是（ ）

A.关于地心对称 B.关于地轴对称

C.关于赤道对称 D.关于极点对称

2.两地该日的太阳高度日变化幅度的差h的值是（ ）

A.23°26′ B.43°52′

C.46°52′ D.66°34′

3.下列关于该日甲乙两地的叙述，正确的是（ ）

A.二分日时，甲乙两地太阳高度的日变化幅度相等

B.从夏至日到秋分日，两地太阳高度日变化幅度的差值逐渐变大

C.从春分日到秋分日，两地太阳高度日变化幅度的差值先变小，后变大

D.一年中，甲乙两地太阳高度日变化幅度的差值只有一天可以取最大值和最小值

解析 由甲、乙的太阳高度日分布图可以判断，甲的昼长为9小时，乙的昼长为15小时。根据夏至日甲、乙的昼长情况可以判断，甲位于南半球，乙位于北半球，而且两者的纬度数相同（同一天，昼长之和等于24小时的两地的纬度关于赤道对称且纬度数相同）。同时，从图中观察发现，在夏至日，甲地和乙地太阳高度角取最大值的时间间隔为12小时，所以甲乙两地的经度差为180°。第1题正确答案为A。endprint

由于甲乙两地在夏至日均没有出现极昼极夜现象，所以甲乙两地该日太阳高度角的日变化幅度都等于两地各自的正午太阳高度角，甲乙两地该日太阳高度角的日变化幅度的差值就为该日两地正午太阳高度角之差。根据正午太阳高度的计算公式H=90°-两者之间的纬度差，假设甲的纬度为X，H甲=90°-（X-23°26′），H乙=90°-（X+23°26′），甲、乙两地的正午太阳高度差值是46°52′。第2题正确答案为C。

二分日时，太阳直射赤道，由于甲乙两地所在的纬线关于赤道对称，与太阳直射点的纬度差相等，所以两地正午太阳高度角相等，该日太阳高度角的日变化幅度的差值为0，A选项正确。从夏至日到秋分日，太阳直射点由北回归线向赤道移动，甲地正午太阳高度角越来越大，乙地正午太阳高度角越来越小，二者太阳高度日变化幅度的差值应该越来越小。从春分日到秋分日，太阳直射点先由赤道向南回归线移动，后由南回归线向赤道移动，两地太阳高度日变化幅度的差值先变大，后变小。B、C选项错误。在一年中，关于赤道对称的甲乙两地二至日时，太阳高度日变化幅度的差值取一年中的最大值，为46°52′，二分日时，两地太阳高度角日变化幅度差值取一年中的最小值，为0°，D选项错误。第3题选A。

答案 ACA

点拨 当太阳直射赤道时，全球太阳高度角日变化幅度随纬度的空间变化为由赤道向南北两极递减，且从赤道到两极两地太阳高度角日变化幅度差值即为这两地正午太阳高度角的差值。

当太阳直射南半球时，北极点附近出现极夜现象。从赤道到北半球刚好出现极夜现象的纬度太阳高度角的日变化幅度逐渐减小为0°，且北半球任意两地太阳高度角的日变化幅度的差值等于这两地正午太阳高度角的差值。

当太阳直射北半球时，北极点附近出现极昼现象。此时北半球任意两地太阳高度角的日变化幅度的差值包括以下几种情况：

（1）在极昼区以外的地区，如果两地均位于太阳直射点以北，则两地太阳高度角日变化幅度随纬度增加而减小，差值即为两地正午太阳高度角的差值；如果两地均位于太阳直射点以南，则两地太阳高度角的日变化幅度随纬度增加而增大，且差值即为两地正午太阳高度角的差值；如果两地分别位于太阳直射点南北两侧，则应该先找到两地中直射点以南的某地关于太阳直射点纬度对称的某纬线，该纬线与两地中太阳直射点以北的某地的正午太阳高度角的差值即为分别位于太阳直射点南北两侧的两地太阳高度角日变化幅度的差值。

（2）如果两地均位于极昼区，由于两地一天中地方时为0时的太阳高度角均大于或等于0°，因此两地太阳高度角的日变化幅度均小于或等于两地的正午太阳高度角。这时，应该分别求出两地的太阳高度角的变化幅度，再计算其差值。

读杭州（30°N，120°E）和甲地某日太阳高度变化图，回答下列问题。

[太阳高度（°）][甲地][杭州][北京时间][0 6 12 18 0 6 12] [90

75

60

45

30]

1.甲地经纬度位置是（ ）

A.30°N，15°W B.15°N，15°E

C.0°，15°W D.O°，30°W

2.下列有关杭州和甲地的叙述，错误的是（ ）

A.该日，杭州和甲地太阳高度的日变化幅度相等

B.杭州和甲地太阳高度日变化幅度的差值当太阳直射南半球时取最大值

C.二分日时，杭州和甲地太阳高度角的日变化幅度为0°

D.从春分日到夏至日，杭州和甲地太阳高度日变化幅度的差值先变小，再变大

3.该日过后，到下一次甲地和杭州太阳高度角日变化幅度差值为0°所需的时间为（ ）

A. 不足6个月 B. 超过6个月

C. 6个月 D. AB都有可能

1～3 DCDendprint