剖析太阳高度等值线(图)

江苏

2018年江苏省高考地理试卷选择题中的第3题和第4题，将等值线(太阳高度等值线)、太阳高度角、正午太阳高度角、太阳周日视运动轨迹、节气等有机结合在一起，只要厘清太阳视运动和(正午)太阳高度角的关系，就能准确解答该题组。笔者在分析该题组的基础上，用图解法对太阳高度等值线(图)和太阳周日视运动轨迹图进行剖析，以加深对该问题的理解和应用。

一、透析高考试题

【例1】(2018年江苏卷)图1为“某地二分二至日太阳视运动示意图”。读图回答3，4题。

图1

3.线①所示太阳视运动轨迹出现时的节气为

( )

A.春分 B.夏至

C.秋分 D.冬至

4.该地所属省级行政区可能是

( )

A.琼 B.新

C.苏 D.赣

为说明问题，笔者在图1的基础上制作了图2，读图2可以获得如下信息：

图2

1.推算纬度位置

结合不同日期太阳视运动轨迹与太阳高度角等值线的关系，可以读取不同日期该地的正午太阳高度角。读图2，该地二分二至日时的正午时刻太阳都位于该地以南(即太阳直射点位于该地以南)，且无极昼和极夜现象，故该地位于北回归线与北极圈之间。在读取某节气某地正午太阳高度角的前提下，可利用正午太阳高度角的计算公式，计算出该地的地理纬度。图2中太阳视运动轨迹①的正午太阳高度大约为23°，且当日(冬至日)太阳直射南回归线，经计算该地的纬度大约为43°34′N，结合琼、新、苏、赣四省分布的纬度范围，该地所属省级行政区可能是新疆。

2.确定日出、日落方位

地球自西向东自转，某日，除有极昼的地方外(北半球有极昼的地方太阳正北升起、正北落下，南半球有极昼的地方太阳正南升起、正南落下)，其他地方太阳都是东(或偏东)升西(或偏西)落。读图2中的太阳视运动轨迹①，太阳从东南升起、西南落下，太阳直射南半球；太阳视运动轨迹②，太阳从正东升起、从正西落下，太阳直射赤道；太阳视运动轨迹③，太阳从东北升起、西北落下，太阳直射北半球。

3.推断昼夜长短

图2中的太阳视运动轨迹就是太阳从日出到日落的轨迹，其弧长就是昼弧长，依据弧长占太阳视运动轨迹所在圆周的比例，可以推断昼夜长短。图2中的太阳视运动轨迹①的弧长小于该日太阳视运动轨迹所在圆周的一半，即昼短夜长；图2中的太阳视运动轨迹②的弧长占该日太阳视运动轨迹所在圆周的一半，即昼夜等长；图2中的太阳视运动轨迹③的弧长大于该日太阳视运动轨迹所在圆周的一半，即昼长夜短。

4.确定节气或日期

如果所给的太阳视运动轨迹为二分二至日的，在确定该地纬度位置的前提下，可以确定每条太阳视运动轨迹所对应的节气(日期)。依据以上分析，图1所表示的地方位于北回归线与北极圈之间，太阳视运动轨迹①的正午太阳高度最低，所以线①所示太阳视运动轨迹所对应的节气为冬至；太阳视运动轨迹②的正午太阳高度居中，且昼夜等长，所以线②所示太阳视运动轨迹所对应的节气为二分日；太阳视运动轨迹③的正午太阳高度最高，所以线③所示太阳视运动轨迹所对应的节气为夏至。

图3为北半球某地(位于北回归线与北极圈之间)的太阳周日视运动轨迹图，读图3可得，二分二至日在正午时刻的太阳直射点都位于观测点(O点)的正南方向，图1中的太阳视运动轨迹就是图3中的二分二至日太阳周日视运动轨迹在地平面上的投影，即图3中的弧线IGK相当于图2中的太阳视运动轨迹①，弧线EFW相当于图2中的太阳视运动轨迹②，弧线HDJ相当于图2中的太阳视运动轨迹③。即图1就是以太阳直射点为中心的太阳高度等值线(同心圆)，与某地二分二至日太阳视运动轨迹在地平面的投影曲线，按照日出、日落方位角和(正午)太阳高度叠加绘制而成的。

图3 北半球某地太阳周日视运动轨迹图

【例2】(2019年江苏卷)雾灵山位于北京与承德交界处，海拔2 118米，素有“京东第一峰”的美称，是观赏日出和日落的理想之地。表1为“雾灵山部分日期的日出和日落时刻表”。据此回答1，2题。

表1

1.四个日期中，太阳直射点最靠近赤道的是

( )

A.① B.② C.③ D.④

2.一游客于7月某日去雾灵山旅游，当日的太阳视运动轨迹是

( )

A

B

C

D

在读示意图时要明白该图的绘制过程，该图是由哪些要素的图像组合或叠加而成的，以及各个要素的图像之间的空间关系，只有这样才能正确读取数据和摄取信息，最常见的就是太阳视运动轨迹与其他要素图像的组合或叠加。例2为2019年高考江苏地理卷中的第1题和第2题，第1题很简单，利用表1，可分别计算出①②③④四个日期的昼长(日落时刻减去日出时刻)，即①日期昼长为9小时36分，②日期昼长为11小时44分，③日期昼长为14小时54分，④日期昼长为9小时27分，通过比较，最接近12小时的就是四个日期中太阳直射点最靠近赤道的，因为赤道上全年昼夜等长，故第1题正确选项为B。而第2题出错率很高，考生没有理解选项中示意图的绘制或投影方法，读图3再结合第2题选项中的示意图可得，示意图中标注了方位的圆圈就是图3中的地平圈，圆圈决定的平面为图3中的地平面，而不是侧视日照图上的经线圈(考生易出错之处)，圆心为观测点(雾灵山)。解答该题的关键是要厘清太阳视运动轨迹在地平面上的位置关系，即投影位置，选项中示意图上的曲线为太阳视运动轨迹在平面上的投影，如图3中的弧线IGK；雾灵山地处北回归线与北极圈之间，7月某日太阳直射点位于北回归线以南且靠近北回归线，太阳从东北升起、西北落下，正午时太阳直射点位于雾灵山正南，太阳视运动轨迹如图3中的弧线HAJ，太阳视运动轨迹在地平面的投影如图3中的弧线HDJ，故第2题正确选项为B。

二、剖析太阳高度等值线(图)

1.太阳高度等值线(图)的特点

太阳高度角简称太阳高度，是太阳在当地的仰角，即太阳光线与地平面的夹角(直角或锐角)，昼半球的太阳高度大于0°(太阳位于地平面以上)，晨昏线上的太阳高度为0°(太阳光线与地平面平行)，夜半球的太阳高度小于0°(太阳位于地平面以下)。正午时刻的太阳高度为正午太阳高度，是一天中最高的太阳高度。读图4，太阳高度角以某时刻的太阳直射点为“中心”(太阳高度角最大，即为90°)，呈同心圆式向四周递减，最大圆圈的太阳高度是0°。太阳高度角等值线是把某时刻地表太阳高度角相等的点连接而成的光滑曲线，如果投影在同一个平面上，就是以该时刻太阳直射点为中心的同心圆(见图5、图6、图7)，是用来表示某时刻太阳高度在地表分布情况的等值线(图)。

图4 太阳高度角等值线示意图

图5 夏至日太阳高度等值线示意图(侧视图)

图6 冬至日太阳高度等值线示意图(侧视图)

图7 夏至日太阳高度等值线示意图(俯视图)

2.太阳高度等值线(图)的判读

读图5、图6、图7可得：

(1)图的中心为太阳直射点(见图5中的A点，图6中的F点，图7中的D点)，太阳高度以该点为中心向四周逐渐降低；通过该点的经线为某时刻太阳直射的经线(见图5中的NB，图6中的SG，图7中的NC)，地方时是12：00；通过该点的纬线为太阳直射的纬线(见图5、图7中的北回归线，图6中的南回归线)，其当日的正午太阳高度为90°。

(2)某时刻太阳直射点的太阳高度角(90°)与该时刻位于太阳直射经线上的某点的太阳高度角的差，等于该时刻太阳直射点与该点的纬度差的绝对值。设某时刻太阳直射点的太阳高度角和纬度分别为90°和δ，该时刻位于太阳直射经线上的某点的太阳高度角和纬度分别为H和φ，则90°-H=∣δ-φ∣。

如果太阳直射赤道，在太阳直射点以东或以西的两地，其太阳高度相差多少度，经度就相差多少度；如果太阳没有直射赤道，在太阳直射的纬线上，太阳直射点以东或以西的两地，其经度的差值一定大于太阳高度的差值，因为除赤道外，其他的纬线圈周长都小于经线圈的周长。

(3)在太阳高度等值线图上，太阳高度为0°的大圆(曲线)为晨昏线(见图5、图6、图7)，一般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。以太阳直射点为中心(圆心)的太阳高度为0°的大圆部分为昼半球(见图5)。

(4)太阳直射经线上太阳高度南北跨度为180°，该经线上太阳高度等值线的纬度跨度也是180°；当太阳直射赤道时，此经线的最北点为北极点，最南点为南极点；读图5，太阳直射北半球时，在以太阳直射点为中心的太阳高度等值线图上，能看见北极点，但看不见南极点，北极点与E点(该日晨昏圈与极昼边界纬线的切点)的“纬度差”等于当日太阳直射点所在纬线的纬度(23°26′)，NB(昼半球中央经线)、NE(夜半球中央经线)经线的地方时分别为12：00和24:00；读图6，太阳直射南半球时，南极点可以看见，但看不到北极点，南极点与H点(该日晨昏圈与极昼边界纬线的切点)的“纬度差”等于当日太阳直射点所在纬线的纬度(23°26′)，SG(昼半球中央经线)、SH(夜半球中央经线)经线的地方时分别为12：00和24:00。

3.太阳高度等值线(图)考查的主要内容