湖南省永州市第一中學(xué)（425100） 陳保鋼

太陽高度和正午太陽高度都是高中地理教學(xué)中的重點和難點內(nèi)容，是需要認(rèn)真研究分析的部分。

一、正午太陽高度的緯度分布規(guī)律及年較差

太陽高度角是指太陽相對于地平面的高度角，正午太陽高度角就是一天中的最大值，直射點上的太陽高度角為全球最大值，即為90度。晝半球上的太陽高度角自直射點開始向四周呈同心圓式遞減[1]，晨昏線上的太陽高度角等于零度，晝半球上的太陽高度角大于零度，夜半球上的太陽高度角小于零度。

現(xiàn)行人教版高中地理必修Ⅰ教材中說，“同一時刻，正午太陽高度由太陽直射點向南、北兩側(cè)遞減。夏至日，正午太陽高度由北回歸線向南、北兩側(cè)遞減；冬至日，正午太陽高度由南回歸線向南、北兩側(cè)遞減；春分日和秋分日，正午太陽高度自赤道向兩極遞減?！备鶕?jù)這些說法，筆者覺得關(guān)于“正午太陽高度的緯度分布規(guī)律”的表述，該教材前后不十分一致，顯得很累贅。

經(jīng)線是連接南北兩極的半圓弧，同一根經(jīng)線上的地方時相同，太陽直射點所在的經(jīng)線就是正午經(jīng)線，某地正午時的太陽高度角就是當(dāng)日最大的太陽高度角。當(dāng)直射點位于赤道上時，全球各地晝夜平分；當(dāng)直射點不在赤道上時，兩極地區(qū)就會有極晝和極夜的區(qū)別。如下圖1所示，正午太陽高度從直射點P開始沿正午經(jīng)線往南、北兩側(cè)逐漸遞減，往北直到北極，往南直到南極，極晝區(qū)的正午經(jīng)線上太陽高度大于零，極夜區(qū)的正午經(jīng)線上太陽高度小于零，北極點和南極點上的太陽高度角都分別是當(dāng)日北半球和南半球最小的正午太陽高度角。何謂極夜？就是這個區(qū)域的正午太陽高度角不大于零，該區(qū)域內(nèi)的緯線全都是夜弧，連續(xù)不小于24小時的時間內(nèi)，太陽都在地平面以下；何謂極晝？就是這個區(qū)域的子夜太陽高度角不小于零，該區(qū)域內(nèi)的緯線全都是晝弧，連續(xù)不小于24小時的時間內(nèi)，太陽都在地平面以上。所以，無論太陽直射點在哪個緯度位置，都有“同一時刻，正午太陽高度從直射點開始向南、北兩極遞減”這樣一種緯度分布規(guī)律存在。亦即，當(dāng)太陽光直射北回歸線時，正午太陽高度由北回歸線向南、北兩極遞減；當(dāng)太陽光直射南回歸線時，正午太陽高度由南回歸線向南、北兩極遞減；當(dāng)太陽光直射赤道時，正午太陽高度就由赤道向南、北兩極遞減。依據(jù)正午太陽高度的緯度分布規(guī)律我們知道，極點上全年的最大正午太陽高度角是23°26′，最小值是-23°26′。因此，我們可繪制出如圖2所示的“全球二分、二至日正午太陽高度角的緯度分布及年較差分布圖”，圖中a、b、c線分別是陽光直射點位于南回歸線上、赤道上、北回歸線上時的正午太陽高度角的緯度分布，a、c兩線之間的陰影部分就是正午太陽高度角的年較差。

圖1 正午經(jīng)線上太陽高度角的分布圖

圖2 全球二分、二至日正午太陽高度角的緯度分布及年較差分布圖[2]

根據(jù)圖2所示的規(guī)律以及正午太陽高度角的計算公式，我們知道正午太陽高度角的年較差，全球可以分為兩個緯度區(qū)域討論，即區(qū)域一為“南、北回歸線之間的熱帶區(qū)域”、區(qū)域二為“緯度不小于23°26′的溫帶和寒帶區(qū)域”。目前的黃赤交角約為23°26′，所以，南、北回歸線的緯度就分別為23°26′S、23°26′N，兩者之間的緯度差就約是46°52′。赤道上的正午太陽高度全年最大值是陽光直射時的90°，全年最小值是陽光直射在回歸線時的66°34′，因此正午太陽高度的年較差就是23°26′；而回歸線上的正午太陽高度全年最大值是陽光直射時的90°，最小值是陽光直射在另一半球的回歸線時的43°08′，年較差是46°52′；緯度高于23°26′的廣大區(qū)域，正午太陽高度的值是（90°－當(dāng)?shù)嘏c直射點之間的緯度差），夏季時較大，冬季時較小，冬夏兩至的年較差亦為46°52′。因此全球各地的正午太陽高度角年較差，自赤道到回歸線之間介于23°26′與46°52′之間，越接近赤道，年較差越接近23°26′；自回歸線直到極點，年較差均為46°52′的定值。在極圈與極點之間的區(qū)域，當(dāng)出現(xiàn)極夜現(xiàn)象時的正午太陽高度不大于零，其余時間的正午太陽高度不小于零。

二、正午太陽高度的推廣應(yīng)用

1. 地球表面同時經(jīng)過太陽直射點的大圓有很多，正午經(jīng)線就是其中一特殊大圓上的一半，沿著正午經(jīng)線，從直射點開始向南、北兩極的正午太陽高度逐漸減小。同樣道理，在過直射點的任意一條大圓上，晝半球內(nèi)的太陽高度角自直射點開始向兩側(cè)遞減，直到與晨昏線圈的交點上太陽高度角等于零度。那么，借助正午太陽高度角的原理與計算公式，就可求得晝半球上的任意一處的太陽高度角，其值就等于過該地與直射點兩者的大圓上的圓心角的余角。用公式表達(dá)就是H＝90°－該地與直射點之間的大圓上的圓心角。當(dāng)H＝0°時就在晨昏線上，H＞0°時就在晝半球上，H＜0°時就在夜半球上，H＝90°就在直射點上。因此，晝半球上與太陽直射點的距離相等地點的太陽高度角就相等，其值隨著該地與直射點之間的圓心角的增大而遞減，其規(guī)律是自直射點開始向四周呈同心圓式遞減，如上圖3所示的陽光直射赤道上某地A時的晝半球上各地的太陽高度角分布，圖中各數(shù)字表示晝半球上的太陽高度角，橫線表示赤道，豎線表示經(jīng)線。

圖3 陽光直射赤道時的晝半球太陽高度分布規(guī)律示意圖

2. 在極晝區(qū)的子夜經(jīng)線上，太陽高度角大于零，其值的大小也可以根據(jù)正午太陽高度角的計算原理和公式求得。如下圖4所示的B地為直射點，A地此時為極晝區(qū)內(nèi)的子夜時分。則A地此時的太陽高度角的計算，根據(jù)計算公式可表達(dá)為H子夜＝90°-（φ-δ）-2（90°-φ），即H子夜＝φ＋δ-90°。公式中的H子夜表示極晝區(qū)內(nèi)的A地子夜太陽高度角，φ表示所求地點的A地地理緯度，δ表示太陽直射點的B地地理緯度。

圖4 極晝區(qū)內(nèi)的子夜時分太陽高度角的計算

當(dāng)我們的學(xué)生能夠自己根據(jù)已學(xué)的知識進行相應(yīng)的擴展和推導(dǎo)時，我們的教學(xué)就達(dá)到了最終目的，我們就是在“授之以漁”，是在教給“點石成金”的方法。培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，才是我們的終極目標(biāo)，我們只有不斷地朝這個目標(biāo)努力，才可以培養(yǎng)出優(yōu)秀的建設(shè)者和接班人。

[1][2] 金祖孟, 陳自悟. 地球概論（第三版）[M]. 北京: 高等教育出版社, 1997.