关于极昼地点午夜太阳高度的探讨.doc

关于极昼地点午夜太阳高度的探讨 从正午太阳高度和一道高考模拟题引发的思考 历年的高考中对于正午太阳高度的计算与应用能力的测试一直来是一大亮点，如合理楼距的计算、太阳热水器的安装、室内光线的照射、影子长度计算和方向判断等等。正午太阳高度角计算公式H=900-|+|已为大家所熟知，但是许多学生却对此公式应用的灵活性掌握不好，导致错误较多，究其原因，是缺少自己亲自动手进行推导所致。以下步骤可以引导大家进行简单的推理： 假设P点是北半球北纬度纬线上的一点，则当太阳直射点在北半球北纬度（023026）纬线上时（如图1）解直角三角形很容易得出H=900-|-|；而当太阳直射点在南半球南纬度（023026）纬线上时（如图2）解直角三角形很容易得出H=900-|当太阳直射点在赤道时（如图3）解直角三角形很容易得出H=900-因此，正午太阳高度角计算公式常被老师总结为：H=900-|纬差|同时被告知纬差的求法：已知点与太阳直射点在赤道同侧时 （即该点夏半年），纬差为已知点与直射点之差的绝对值：H=900-|-|已知点与太阳直射点在赤道两侧时（即该点冬半年），纬差为已知点与直射点之和的绝对值：H=900-|+|当太阳直射点在赤道上时（即春秋分日时），纬差为已知点的纬度：H=900-然而，当我遇到了这样一道高考模拟题时，却引起了我对极昼地区午夜太阳高度的许多思考。如图所示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12题。50350sab1、该地的纬度位置是（ ）A、700N B、750N C、700S D、750S2、这一天，太阳直射点的纬度位置是（ ）A、150N B、200N C、150S D、200S由图分析该点太阳高度350时（b光线），太阳位于该点正南方向，太阳高度50时（a光线），太阳位于该点正北方向，而图表示的是该点一天中太阳不同时刻的高度，因此根据太阳视运动特征，可知该点只有在北极圈到北极点之间，并且出现极昼时才有可能出现图示状况。但是，只利用正午太阳高度公式，根据图中所给信息同时求得太阳直射点与该点的地理纬度，是完全没有可能的。是不是存在午夜太阳高度公式呢？答案是肯定的。经过一番思考之后，我认为如果将正午太阳高度看成是一地地方时12点时（上中天）的太阳高度，那么当一个地点在出现极昼的时间内，该地地方时零点时（下中天）太阳高度就为午夜太阳高度（如图4）。计算公式推导如下： 假设北半球一点P在北纬度（66034900）,太阳直射点在北纬度（002326），此时P点出现极昼现象（如图5）在上图中太阳光线是平行照射地球的，MR为P点的地平圈，PK为P点所在纬线的延长线，MO为赤道的延长线，N、S为两极点；H0 为P点午夜太阳高度角，即LPR。在上图中由于太阳光线平行，PK与赤道面平行，所以LPK=，RPK=RMO，又因为在RTOPM中RMO=900-，所以，H0LPR-（900-）,即H0+-900。对于该公式用地理术语来表达为：极昼地点午夜太阳高度为该点地理纬度与直射点纬度之和与90度的差。验证：当H0=00时（太阳视运动轨迹与地平圈相切），+=900 即极昼地区最低纬线圈度数与太阳直射点纬度数互余。当=900时，H0即在极点上看，太阳周日视运动圈与地平圈总是平行的，一天中太阳高度没有变化，总是等于太阳直射点的纬度，只是随时间变化在天空中的位置不同。而以上两点是我们早通过其他途径证明了的正确结论。推论：对于出现极昼的地点来说，正午太阳高度公式直接可以写成H=900-+，那么与午夜太阳高度公式H0+-900联立即可得出以下推论：HH02即极昼地区某地一天中正午太阳高度与子夜太阳高度之和总是等于当日直射点纬度的2倍，还等于极点上太阳高度的2倍。假如H0=00时，则有H2,即极昼地区最低的纬线圈的正午太阳高度等于太阳直射点纬度的2倍。H -H01800 -2即太阳视运动周日圈最高点与最低点之间的差别，或者说一天中太阳高度的变化幅度主要与纬度、日期有关。就地区而言，总的规律是由极昼地区最低的纬度向极点方向递减。经过这样的推导，诸如以下题目的解决就易如反掌了：右图为北半球甲、乙两地某日“太阳运动轨迹图”，图中o表示地平图，箭头为太阳视运动方向，1=2=23，据此回答34题：3甲地的地理纬度是 A67N B23N C46N D90N 4.乙地的正午太阳高度为 A67 B23 C46 D90经过自己的思考和探究，最终得出比较完善的结论，自己感到很