准确把握正午太阳高度的变化规律

张树东

一、准确理解太阳高度和正午太阳高度的含义

(1)太阳高度：是太阳光线相对与地平面的交角，也就是太阳的仰角。如图1，在整个昼半球太阳高度都大于零，晨昏线上太阳高度等于零，在任意时刻地球上太阳高度的分布都是以直射点为圆心成同心圆状分布的。如图2所示，A为太阳直射点，太阳高度从A点向四周呈同心圆减少，到晨昏线减少为0°。直射点A所在的经线BC正值中午，达到一天中最大太阳高度，即正午太阳高度，它的变化是从A向B、C逐渐减少。

(2)正午太阳高度：是指一天中最大的太阳高度，即地方时12时的太阳高度(如图3)。

值得注意的是地方时12点的地方太阳高度并不一定都大于零，有的地点有时恰好等于零或没有太阳高度，如在极圈以内发生极夜现象时，地方时12点时并没有太阳高度或者其高度为负。

二、正午太阳高度的变化规律

(1)正午太阳高度的纬度变化规律

三、认识对称性现象，解决实际问题

(1)同一时刻，正午太阳高度由太阳直射点向南北两侧递减，且以直射点所在的纬度为中心等距离对称

在春、秋分日：太阳直射点在赤道，正午太阳高度由赤道向两极递减，且南北纬度相等的点正午太阳高度相同(如图4)。

在夏至日：太阳直射点在北回归线上，正午太阳高度由北回归线向两侧递减，且以北回归线为中心，距离北回归线相等的点正午太阳高度相同。如40°N与北回归线相差16°34，与之对称的点是6°52'N(如图5)。

在冬至日：太阳直射点在南回归线上，正午太阳高度由南回归线向两侧递减，且以南回归线为中心，距离南回归线相等的点正午太阳高度相等。如40°N与南回归线相差63°26，与之对称的点是86°52'S(如图6)。

(2)正午太阳高度从直射纬线向南北两侧递减的对称性，可以简化正午太阳高度的计算方法

太阳直射的纬线正午太阳高度是90°，向两侧至晨昏线减少到零，且太阳在同一时间里只照亮地球的一半，即昼半球跨180°。由此可见，某点与直射纬线的纬度相差多少度，正午太阳高度就相差多少度。利用此方法求算正午太阳高度就变得非常简单了。即正午太阳高度的计算公式为：H=90°－纬度差(H表示所求地点的正午太阳高度；纬度差是指所求地点的地理纬度与当日太阳直射点所在纬度之间的差值，两地在同一半球，纬度相减，反之相加)。如计算6月22日40°N的正午太阳高度H-90°-(400-23°26)，即为73°26。40°S的正午太阳高度H=90°-(40°+23°26')，即为26°34'。

四、根据正午太阳高度可解决的实际问题

(1)确定地方时：某地太阳高度达到一天中的最大值时，日影最短，当地的地方时是12时。

(2)确定房屋的朝向：在北回归线以北地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；在南回归线以南地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。

(3)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。

(4)计算楼间距：一般来说，纬度较低的地区，楼间距较小；反之较大。确定楼间距的关键是计算当地冬至日的正午太阳高度H，并计算影长L，楼间距应大于或等于hcotH(如图7甲)。

(5)计算热水器安装角度：应使太阳能热水器集热面与太阳光线垂直。即集热板与地面之间的夹角a等于当天正午太阳高度的余角，如图7乙所示，a=90°—H时效果最佳。