一 : 科学网-刘杰的博客-关于太阳赤纬，时角 太阳高度角，太阳方

关于太阳赤纬，时角 太阳高度角，太阳方位角

太阳与地球的相对位置可以用两种方法表达 其一为太阳倾角（赤纬）与时角 其二为太阳高度角与方位角。

1.太阳赤纬：太阳入射光与地球赤道之间的角度，由于地球自转轴与公转轴之间的角度基本不变，因此太阳赤纬岁季节不同而周期性的变化。 solar declination

可查表为四年周期平均值闰年赤纬角度表

余弦表达形式：



正弦表达形式：





精确表达形式：



其中：　　 N:自1月1日起计数

2.太阳时角：当地时间12时为0，前后每隔1小时+15°，例10时与14时均为30° hour angle

3.太阳方位角：*方位角-从某点指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。取0~360

太阳方位角指太阳光线在地面上的投影与当地子午线的夹角，可近似看作是竖立在地面上的直线在阳光下阴影与正南方向的夹角。方位角以正南为零，向西逐渐变大，向东逐渐变小。 solar azimuth

(β)=arctan[cos(φ)*cos(δ)*sin(h)/{sin(φ)*sin(α)-sin(δ)}].

4.太阳高度角：太阳光线与地面的夹角 solar elevation angle

(α)=arcsin{sin(φ)*sin(δ)+cos(φ)*cos(δ)*cos(h)}.

α太阳高度角 β：太阳方位角 φ：当地纬度 h：时角

5.太阳天顶角：太阳光线与地面法线间的夹角与太阳高度角互余 zenith angle

二 : 根据日期、时间和当地经纬度计算太阳天顶角和方位角的原理

转载中国气象科学研究院王炳忠研究员编写的《太阳辐射计算讲座》。

在开展野外试验的时候，经常需知道当时的太阳天顶角和方位角，比如测量地物反射率时，需知道太阳天顶角，来选择恰当的灰板反射率曲线。进行地物BRDF测量时，更需知道太阳天顶角。

太阳天顶角和方位角可以通过经纬仪实地测量得到，但是经纬仪携带不便。只要知道当地经纬度和时间，即可根据下文的原理，计算得到当时当地的太阳天顶角和方位角。

1日地距离

　　地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆两焦点中的1个。发自太阳到达地球表面的辐射能量与日地间距离的平方成反比，因此，1个准确的日地距离值R就变得十分重要了。日地平均距离R0，又称天文单位，

1天文单位=1.496×108km

或者，更准确地讲等于149597890±500km。日地距离的最小值（或称近日点）为0.983天文单位，其日期大约在1月3日；而其最大值（或称远日点）为1.017天文单位，日期大约在7月4日。地球处于日地平均距离的日期为4月4日和10月5日。

　　由于日地距离对于任何一年的任何一天都是精确已知的，所以这个距离可用1个数学表达式表述。为了避免日地距离用具体长度计量单位表示过于冗长，一般均以其与日地平均距离比值的平方表示，即E_R=（r／r₀）²，也有的表达式用的是其倒数，即r₀／r，这并无实质区别，只是在使用时，需要注意，不可混淆。

　　我们得到的数学表达式为

　　E_R=1.000423＋0.032359sinθ＋0.000086sin2θ－0.008349cosθ＋0.000115cos2θ（1）

式中θ称日角，即

θ=2πt／365.2422

（2）

这里t又由两部分组成，即

t=N－N₀

（3）

式中N为积日，所谓积日，就是日期在年内的顺序号，例如，1月1日其积日为1，平年12月31日的积日为365，闰年则为366，等等。

　　N₀=79.6764＋0.2422×（年份－1985）

－INT〔（年份－1985）／4〕

（4）

2太阳赤纬角

　　地球绕太阳公转的轨道平面称黄道面，而地球的自转轴称极轴。极轴与黄道面不是垂直相交，而是呈66.5°角，并且这个角度在公转中始终维持不变。正是由于这一原因形成了每日中午时刻太阳高度的不同，以及随之而来的四季的变迁。太阳高度的变化可以从图1中形象地看到。图中日地中心的连线与赤道面间的夹角每天（实际上是每一瞬间）均处在变化之中，这个角度称为太阳赤纬角。它在春分和秋分时刻等于零，而在夏至和冬至时刻有极值，分别为正负23.442°。

图1地球绕太阳运行轨迹

　　由于太阳赤纬角在周年运动中任何时刻的具体值都是严格已知的，所以它（E_D）也可以用与式（1）相类似的表达式表述，即：

　　E_D=0.3723＋23.2567sinθ＋0.1149sin2θ

－0.1712sin3θ－0.758cosθ＋0.3656cos2θ

＋0.0201cos3θ（5）

式中θ的含义与式（1）中的相同。

3时差

　　真正的太阳在黄道上的运动不是匀速的，而是时快时慢，因此，真太阳日的长短也就各不相同。但人们的实际生活需要1种均匀不变的时间单位，这就需要寻找1个假想的太阳，它以均匀的速度在运行。这个假想的太阳就称为平太阳，其星期七的持续时间称平太阳日，由此而来的小时称为平太阳时。
　　平太阳时S是基本均匀的时间计量系统，与人们的生活息息相关。由于平太阳是假想的，因而无法实际观测它，但它可以间接地从真太阳时S_⊙求得，反之，也可以由平太阳时来求真太阳时。为此，需要1个差值来表达二者的关系，这个差值就是时差，以Et表示，即

S_⊙=S＋E_t（6）

　　由于真太阳的周年视运动是不均匀的，因此，时差也随时都在变化着，但与地点无关，一年当中有4次为零，并有4次达到极大。时差也可以以式（1）相似的表达式表示：

　　E_t=0.0028－1.9857sinθ＋9.9059sin2θ

－7.0924cosθ－0.6882cos2θ

（7）

　　上面，我们给出了三个计算式，从形式上讲，它们与一般书籍中给出的并无不同。我们之所以又重新研究它，是因为以往的公式存在以下的通病：①对平年和闰年不加区分，一方面，这对闰年就不好处理，另一方面，闰年的影响有累计效应，会逐步增长；②即使是从当年天文年历查到的数值，也是格林尼治经度处0点时刻的数值，而我们所需要的数值，会因所在地点的地理经度以及具体时刻与表值有异而不同。具体地讲，一般要进行如下3项订正：
　　（1）年度订正：除非我们只用当年的天文年历值，此外均需使用此项订正，引入此项订正的原因就是一回归年的实际长度不是365日，而是365.2422日，但日历上只有整日，不可能有小数日。假定我们选用的是1981年的表值，1982年再用时，就要加上－0.2（－0.2422）日的订正了。这个订正到了1983年为－0.51（－0.4844）日，1984年为－0.7（－0.7266）日，但此年为闰年，多了1日，实际订正应为－0.7＋1=0.3（0.2734）日，1985年为0.0（0.0312）日，等等，余类推。
　　（2）经度订正：即使我们查阅的是当年的天文年历，也需此项订正。在我国的地理经度范围内，各地的订正值是

≤90°E

－0.2日

>90°E~<128°E

－0.3日

≥128°E

－0.4日

　　（3）时刻订正：要求同前一项。即使在格林尼治当地，不同时刻也需加以订正。各时段的订正值是：

时段　　3³⁶－6⁰⁰　　6⁰⁰－8²⁴　　8²⁴－10⁴⁸　　10⁴⁸－13¹²

日　　＋0.2＋0.3＋0.4＋0.5

时段　　13¹²－15³⁶　　15³⁶－18⁰⁰　　18⁰⁰－20²⁴

日　　＋0.6＋0.7＋0.8

　　由于我国普遍采用的是北京时，它与格林尼治的地方时相差8小时，故具体到我国情况：

时段（北京时）2⁰⁰－4²⁴　　4²⁴－6⁴⁸　　6⁴⁸－9¹²　　9¹²－11³⁶

订正值（日）－0.2　　－0.1　　0　　0.1

时段　　11³⁶－14⁰⁰　　14⁰⁰－16²⁴　　16²⁴－18⁴⁸　　18⁴⁸－21¹²

订正值　　0.2　　0.3　　0.4　　0.5

　　前面三个计算式，项数多计算麻烦，后面多项订正，更显繁琐。为了方便实际应用，特编制如下仅含20句的BASIC语言程序，供使用：

　　10　　input“经度，经分和年份”，JD，JF，NF

　　20　　A=NF／4：K=2*3.1415926＃／365.2422

　　30　　N₀=79.6764＋0.2422*（NF－1985）

　　　　　　－INT（（NF－1985）／4）

　　40　　input“月，日，时,分（按北京时）”，Y，R，S，F

　　50　　B=A－INT（A）

　　60　　C=32.8

　　70　　ifY≤2thenC=30.6

　　80　　ifB=0andY>2thenC=31.8

　　90　　G=INT（30.6*Y－C＋0.5）＋R

　　100　　L=（JD＋JF／60）／15

　　110　　H=S－8＋F／60

　　120　　N=G＋（H－L）／24

　　130=（N－N0）／K

　　140　　式（1）

　　150　　式（5）

　　160　　式（7）

　　170　　print“Er=”；Er；“Ed=”；Ed，“Et=”；Et

　　180　　input“是否仍要计算y／n？”，W0

　　190　　ifW=“Y”orW=“y”then10else200

　　200　　end

　　程序中50－90各句的目的在于计算当天的积日，100句是经度订正，110句是时刻订正，130句包含3年度订正的内容。
　　在太阳能利用中，最常见的是要求计算太阳高度和太阳方位。
　　太阳高度（h_⊙）的计算公式为

sinh_⊙=sinδsinφ＋cosδcosφcosτ（8）

式中，δ就是太阳赤纬角，即式（5）中的Ed，φ为当地的地理纬度，τ为当时的太阳时角。φ值不难获得，且一旦确定，不会改变。δ值的计算可以从前述程序中得到。唯一需要说明的是太阳时角的计算。其计算式为

（9）

　　这里时S和分F的符号均加上了⊙下标，表示是真太阳时，为了从北京时求出真太阳时，需要2个步骤：首先，将北京时换成地方时Sd：

（10）

式中，120°是北京时的标准经度，乘4是将角度转化成时间，即每度相当于4分钟，除60是将分钟化成小时。

　　其次，进行时差订正，即

S_⊙=S_d＋E_t／60（11）

这里应该指出的是，时角是以太阳正午时刻为0点的，顺时针方向（下午）为正，反之为负。

　　太阳方位角的计算式为

　　cosA=（sinh_⊙sinφ－sinδ）／cosh_⊙cosφ

（12）

由此可求出二个A值，第1个A值是午后的太阳方位，

　　当cosA≤0时90°≤A≤180°

　　当cosA≥0时0≤A≤90°

第两个A值为午前的太阳方位，取360°－A。
　　实例：计算东经110°北回归线上1999年6月23日北京时12∶42的太阳高度角及当日的日落时的方位角。

　　计算：将JD=110，JF=0，NF=1999，Y=6，R=23，S=12，F=42，各参数输入运行中的程序；屏幕上立即显示：Er=1.0330，E_d=23.438，E_t=－1.84

　　将北京时12∶42换算成东经110°的地方时，利用式（10），可得S_d=12∶02

　　加当日时差E_t≈－2，得此时当地的S⊙=12∶00，将其代入式（9）得τ=0°，北回归线处φ=23.442°

　　最后根据式（8）求得h⊙=89.966°

　　读者可能产生疑问，为何在北回归线上，夏至日的中午时刻的太阳高度不等于90°，大家不妨变换NF的输入值，看一看结果不仅都不等于90°，且各年之间还略有差异。之所以会如此，是因为夏至不仅有日期，还有时刻，很难遇到夏至时刻在正午是12时的。
　　在计算日落时的方位角时，由于此时h⊙=0，所以式（12）的形式有所变化：

cosA=－sinδ／cosφ

（13）

将已知参数代入，得cosA=－0.3977
　　依照判据90°≤A≤180°，故A=113.44°

三 : 太阳升落地平的方位随季节、纬度而异，日出、日落点偏角

太阳升落地平的方位随季节、纬度而异，日出、日落点偏角是指日出、日落点分别相对于正东和正西的偏角。读表二、三，回答下列问题。

（1）据表二归纳不同日期的日出点和日落点偏角与太阳直射点位置的关系。 ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

（2）据表三归纳同一日期的不同纬度日出、日落点偏角的变化规律。 ___________________________________________________________________________________________

（3）江苏某校地理研究性学习小组分别观测了学校旗杆日出时的影子OM和正午的影子ON之间夹角— ∠MON的变化情况，在6月份观测到∠MON的变化规律是_________________________；赤道上∠MON全 年的变化范围是____________________________。

题型：材料分析题难度：偏难来源：江苏模拟题

（1）当太阳直射点位于北半球时，日出点和日落点的偏角都是偏北。当太阳直射点位于南半球时，日出 点和日落点的偏角都是偏南。 （2）随纬度的增加，向北或向南偏角逐渐增大。 （3）先变大再变小（或小一大一小，答到夏至日最大或6月22日最大酌情给分）； 66。34'≤∠MON<90。，春秋分两日为0。。

考点：

考点名称：地球公转的地理意义地球公转的地理意义：

1、引起正午太阳高度的变化:

（1）太阳光线对于地平面的交角，叫做太阳高度角，简称太阳高度（用H表示）。同一时刻正午太阳高度由直射点向南北两侧递减。因此，太阳直射点的位置决定着一个地方的正午太阳高度的大小。在太阳直射点上，太阳高度为90°，在晨昏线上，太阳高度是0°。

（2）正午太阳高度变化的原因：由于黄赤交角的存在，太阳直射点的南北移动，引起正午太阳高度的变化。
（3）正午太阳高度的变化规律：正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度，它的大小随纬度不同和季节变化而有规律地变化。

正午太阳高度的变化规律——按节气：

节气	太阳直射点	正午太阳高度的纬度变化
春分	赤道	赤道正午太阳高度为90°，由赤道向南北两极递减
夏至	北回归线	北回归线正午太阳高度为90°，由北回归线向南北两侧递减
秋分	赤道	赤道正午太阳高度为90°，由赤道向南北两极递减
冬至	南回归线	南回归线正午太阳高度为90°，由南回归线向南北两侧递减
归纳	太阳直射点所在纬度正午太阳高度为90°，距离太阳直射点所在纬线越近，正午太阳高度角越大，越远则正午太阳高度角越小

正午太阳高度的变化规律——按纬度：

纬度地带	正午太阳高度的变化
北回归线及其以北地区	北半球冬至日后逐渐增大，北半球夏至日达到一年中最大值，然后又逐渐缩小，到北半球冬至日达到一年中最小值
南北回归线 之间的地区	一年中有两次太阳直射，直射时正午太阳高度最大
南北回归线上	一年中有一次太阳直射，直射时正午太阳高度最大
南回归线及其以南地区	北半球冬至日达到一年中最大值，然后又逐渐缩小，到北半球夏至日达到一年中最小值

一年中同一纬度地区的正午太阳告诉随时间变化图：（北半球）


2、昼夜长短随纬度和季节变化：

地球昼半球和夜半球的分界线叫晨昏线（圈）。晨昏线把所经过的纬线分割成昼弧和夜弧。由于黄赤交角的存在，除二分日时晨昏线通过两极并平分所有纬线圈外，其它时间，每一纬线圈都被分割成不等长的昼弧和夜弧两部分（赤道除外）。地球自转一周，如果所经历的昼弧长，则白天长；夜弧长，则白昼短。昼夜长短随纬度和季节变化的规律见下表：

3、四季更替：

（1）从天文四季：
夏季就是一年中白昼最长、正午太阳高度最高的季节。以24节气中的立春（2月4日或5日）、立夏（5月5日或6日）、立秋（8月7日或8日）、立冬（11月7日或8日）为起点。地球在公转轨道上的运行会产生天气和季节的有规律变化，传统农业中农民依此进行农业生产，有如：“谷雨前后种瓜点豆”的谚语。
黄赤交角是影响天文四季的直接原因。这是因为：
正午太阳高度随纬度分布是：低纬大而高纬小，春秋二分，从赤道向两极递减；夏至日，从北回归线向南北两侧递减；冬至日，从南回归线向南北两侧递减。
随季节变化是：北回归线以北，夏至日前后正午太阳高度达最大值，冬至日前后达最小值。南回归线以南则相反。南北回归线之间地带，太阳每年直射两次。

（2）气候四季包含的月份。春（3、4、5月）、夏（6、7、8月）、秋（9、10、11月）、冬（12、1、2月）。
（3）西方四季：春分、夏至、秋分、冬至为起点。比我国天文四季晚一个半月。

4、五带划分：

以地表获得太阳热量的多少来划分热带、温带、寒带。
热带：南北回归线之间有太阳直射机会，接受太阳辐射最多。
温带：回归线与极圈之间，受热适中，四季明显。
寒带：极圈与极点之间，太阳高度角低，有极昼、极夜现象。
地球公转与直射点移动、正午太阳高度、昼夜长短的季节变化关系。重点详解（一）——正午太阳高度的应用：

1、正午太阳高度的计算：

某地正午太阳高度的大小，可以用下面的公式来计算：H＝90°－|φ－δ|。其中H为正午太阳高度数，φ为当地地理纬度，永远取正值，δ为直射点的纬度，当地夏半年取正值，冬半年取负值。
在实际的解题中，许多时候并不需要运用此公式。由于在某地点正午太阳高度与直射点太阳高度差值等于它们的纬度差，所以利用下面公式计算更为方便；某地正午太阳高度角H＝90°－δ，其中δ为某地与太阳直射点的纬度差。

2、正午太阳高度变化规律的应用：

（1）确定地方时
当某地太阳高度达一天中最大值时，就是一天的正午时刻，此时当地的地方时是12时。
（2）判断所在地区的纬度
当太阳直射点位置一定时，如果我们能够知道当地的正午太阳高度，就可以根据“某地与太阳直射点相差多少纬度，正午太阳高度就相差多少度”的规律，求出当地的地理纬度。
（3）确定房屋的朝向
为了获得最充足的太阳光照，各地房屋的朝向与正午太阳所在的位置有关。
北回归线以北的地区，正午太阳位于南方，房屋朝南；南回归线以南的地区，正午太阳位于北方，房屋朝北。
（4）判断日影长短及方向
太阳直射点上，物体的影子缩短为0；正午太阳高度越大，日影越短；反之，日影越长。正午是一天中日影最短的时刻。
日影永远朝向背离太阳的方向，北回归线以北的地区，正午的日影全年朝向正北(北极点除外)，冬至日日影最长，夏至日最短；南回归线以南的地区，正午的日影全年朝向正南(南极点除外)，夏至日日影最长，冬至日最短；南北回归线之间的地区，正午日影夏至日朝向正南，冬至日朝向正北；直射时日影最短(等于0)
（5）计算楼间距、楼高
为了更好地保持各楼层都有良好的采光，楼与楼之间应当保持适当距离。
纬度较低的地区，楼距较小，纬度较高的地区楼距较大。以我国为例，见下图，南楼高度为h，该地冬至日正午太阳高度为H，则最小楼间距L＝h·cotH。（6）计算热水器的安装角度
太阳能热水器集热面与太阳光线垂直；太阳能热水器集热面与地面的夹角同正午太阳高度互余。
为了更好地利用太阳能，应不断调整太阳能热水器与楼顶平面之间的倾角，使太阳光与受热板之间成直角。其倾角和正午太阳高度角的关系为α＋h＝90°(如图所示)。注：
正午太阳高度与太阳直射点的关系
①正午太阳高度一定是指当地正午12点整的太阳高度，但是太阳不一定直射当地所在的纬度。
②太阳直射点必须是在纬度23.5°之间来回移动，纬度大于23.5°的地方太阳不能直射，但有正午太阳高度，只是其正午太阳高度一定小于90°。
③正午太阳高度的计算及其应用都与当地纬度和太阳直射点的纬度有关，二者缺一不可。
④太阳直射点以一个回归年为周期在南北回归线及其之间来回移动，故直射点大约每个月移动纬度为8°，每移动1°大约需要4天。
⑤正午太阳高度的变化规律与太阳直射点密切相关，距离太阳直射点越近，正午太阳高度越大；距离太阳直射点越远，正午太阳高度越小。

重点详解（二）——正午太阳高度的应用：

在太阳光的照射下，物体总会有自己的影子（除太阳直射的情况），影子的朝向与太阳方位相关。同一时间在不同纬度地区，太阳方位是不同的；同一纬度地区在不同时间，太阳方位也是不一样的。因而影子的朝向存在日变化和季节变化。
（1）同一地区在不同节气日影的朝向（以北半球为例）
①赤道地区“二分二至”日日影的朝向
在赤道地区，一年四季太阳都是垂直升起而又垂直落下，且太阳升落方位的纬度就是太阳直射的纬度。

赤道	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
夏至	东北	西南	正北66°34′	正南	西北	东南
春秋分	正东	正西	天顶90°	无	正西	正东
冬至	东南	西北	正南66°34′	正北	西南	东北

②北回归线上“二分二至”日日影的朝向
在赤道至出现极昼极夜的纬度地区，纬度越高，太阳升落的方位偏移正东的角度越大。

北回归线	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
夏至	东北	西南	天顶90°	无	西北	东南
春秋分	正东	正西	正南66°34′	正北	正西	正东
冬至	东南	西北	正南43°08′	正北	西南	东北

③北极圈上“二分二至”日日影的朝向
在开始出现极昼的地区，太阳升落方位为正北，即东偏北90°。

北极圈	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
夏至	正北	正南	正南46°52′	正北	正北	正南
春秋分	正东	正西	正南23°26′	正北	正西	正东
冬至	极夜无日出日落

④北极点“二分二至”日日影的朝向
在极昼期间，北极点上，由于太阳周日视平圈始终平行于地平圈，在一天中太阳高度没有变化，始终等于该日直射点的纬度，太阳只有方位变化而无升落，因而不存在升落方位问题。在春分秋分日，极点昼夜平分，此时太阳高度为0°，刚好没入地平圈。

北极点	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
夏至	无	正南	正南23°26′	正南	无	正南
春秋分	正南	正南	正南0°	正南	正南	正南
冬至	极夜无日出日落

（2）同一节气不同地区的日影的朝向（以南半球为例）
①“二分日”南半球不同地区日影的朝向
春分秋分日太阳直射赤道，全球昼夜平分，不同地区日出、日落的方位都是正东升、正西落（除南极点），并且随纬度的升高太阳视平圈与地平圈所成二面角由90°变为0°。即太阳高度由90°减为0°

春分秋分	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
赤道	正东	正西	天顶90°	无	正西	正东
南回归线	正东	正西	正北66°34′	正南	正西	正东
南极圈	正东	正西	正北23°26′	正南	正西	正东
南极点	正北	正北	正北0°	正北	正北	正北

②夏至日南半球不同地区日影的朝向
北半球夏至日太阳直射北回归线，南极圈及其以内出现极夜，赤道地区太阳从正东偏北23°26′垂直升起，从正西偏北23°26′垂直落下。纬度越高，偏移正东向北的角度越大，极夜时刚好日出日落方位收缩为一点，位于正北方。

夏至日	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
赤道	东北	西南	正北66°34′	正南	西北	东南
南回归线	东北	西南	正北43°08′	正南	西北	东南
南极圈	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落
南极点	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落	极夜 无日出日落

③冬至日南半球不同地区日影的朝向
北半球冬至日太阳直射南回归线，南极圈及其以内出现极昼，赤道地区太阳从正东偏南23°26′垂直升起，从正西偏南23°26′垂直落下。纬度越高，日出偏移正东向南的角度和日落偏移正西向南的角度越大，到极圈时刚好日出日落位于正南方。

冬至日	日出方位	日影朝向	正午太阳方位	日影朝向	日落方位	日影朝向
赤道	东南	西北	正南66°34′	正北	西南	东北
南回归线	东南	西北	天顶90°	无	西南	东北
南极圈	正南	正北	正北46°52′	正南	正南	正北
南极点	无日出日落，太阳都位于正北23°26′，日影都朝向正北

昼夜长短的变化:

以北半球为例：

正午太阳高度的变化:

(1)纬度变化：由太阳直射点向南北两侧递减。
(2)季节变化

考点名称：地球自转的地理意义

地球自转的地理意义:

1、昼夜更替：

此处需要注意，容易理解为自转产生了昼夜现象，但地球不自转仍有昼夜现象，在一年中地球公转也会使某一地有一次昼夜变化，只有地球不停地自转，才会产生昼夜更替现象。
（1）在晨昏线上各地，太阳高度为0°；
（2）太阳直射光线与晨昏线成90°；
（3）直射点A与晨昏线和极昼（夜）最小纬线圈切点B的纬度之和等于90°；
如当太阳直射在北回归线（23°26′N）时，切点B的纬度为66°34′N。
当太阳直射在20°S时，切点B的纬度为70°N。

2、地方时与区时：

（1）地方时
概念：因经度不同而出现不同的时刻，称为地方时。因此，不同经线上具有不同的地方时。
随地球自转，一天中太阳东升西落，太阳经过某地天空的最高点时为此地的地方时12点。
正午太阳高度是正午时太阳光线与地面的夹角，是一日内最大的太阳高度。
经度相同的地方，地方时相同；经度不同的地方，地方时不同。
南、北极点不计地方时；东早西迟；
经度每隔15°，地方时相差1小时；
经度每隔1°，地方时相差4分钟；

地方时的计算：
①求经度差
②把经度差转换为时间差
③东加西减：
若所求地在已知地的东面，加上时间差；
若所求地在已知地的西面，减去时间差。
（2）时区和区时
①时区的划分

1）以15°划分为一个时区.全球划分为24个时区.
2）以0°经线为中央经线，向东、西方向各取7.5°，合计为15°，该时区称为中时区（或零时区）。
3）以中时区为起点，向东、西方向各划分12个时区。180°经线是东、西十二时区共同的中央经线。
注意：中时区、东西十二区的特殊性
②区时
定义：每个时区都以其中央经线的地方时作为该区的区时。
中央经线=时区数×15°
例如：东八区的中央经线是120°E；西五区的中央经线是75°W
区时计算：
求所在地的时区
求时区差
东加西减：
若所求时区在已知时区的东面，加上时区差；
若所求时区在已知时区的西面，减去时区差。
（3）日期变更：
抓住两个要点：
确定180°经线
确定0点或者24点所在的经线

3、物体水平运动的方向产生偏向:

地球上水平运动的物体，无论朝哪个方向运动，都会发生偏向，在北半球偏右，在南北半球偏左。赤道上经线是互相平行的，无偏向。

4、自转对地球形状的影响:

地球在自转过程中，球上各质点都在绕着地轴作圆周运动。因此，就会产生惯性离心力。这种离心力随着物体距离地轴半径的增大而增大，也就是说，从赤道向两极，惯性离心力逐渐减小。使得地球由两极向赤道逐渐膨胀，长期作用使地球变成两极稍扁、赤道略鼓的椭球体形状。

1、昼夜更替：
此处需要注意，学生容易理解为自转产生了昼夜现象，但地球不自转仍有昼夜现象，在一年中地球公转也会使某一地有一次昼夜变化，只有地球不停地自转，才会产生昼夜更替现象。
（1）在晨昏线上各地，太阳高度为0°；
（2）太阳直射光线与晨昏线成90°；
（3）直射点A与晨昏线和极昼（夜）最小纬线圈切点B的纬度之和等于90°；如当太阳直射在北回归线（23°26′N）时，切点B的纬度为66°34′N。当太阳直射在20°S时，切点B的纬度为70°N。

2、地方时与区时：
（1）地方时概念：因经度不同而出现不同的时刻，称为地方时。因此，不同经线上具有不同的地方时。
随地球自转，一天中太阳东升西落，太阳经过某地天空的最高点时为此地的地方时12点。
正午太阳高度是正午时太阳光线与地面的夹角，是一日内最大的太阳高度。
经度相同的地方，地方时相同；经度不同的地方，地方时不同。
南、北极点不计地方时；东早西迟；经度每隔15°，地方时相差1小时；经度每隔1°，地方时相差4分钟。
3、地方时的计算：
①求经度差
②把经度差转换为时间差
③东加西减：
若所求地在已知地的东面，加上时间差；
若所求地在已知地的西面，减去时间差。
（2）时区和区时
①时区的划分
1）以15°划分为一个时区.全球划分为24个时区.
2）以0°经线为中央经线，向东、西方向各取7.5°，合计为15°，该时区称为中时区（或零时区）。
3）以中时区为起点，向东、西方向各划分12个时区。180°经线是东、西十二时区共同的中央经线。
注意：中时区、东西十二区的特殊性。
②区时
定义：每个时区都以其中央经线的地方时作为该区的区时。
中央经线=时区数×15° 例如：东八区的中央经线是120°E；西五区的中央经线是75°W
区时计算：
求所在地的时区
求时区差东加西减：
若所求时区在已知时区的东面，加上时区差；
若所求时区在已知时区的西面，减去时区差。
（3）日期变更：抓住两个要点：确定180°经线确定0点或者24点所在的经线

3、物体水平运动的方向产生偏向：
地球上水平运动的物体，无论朝哪个方向运动，都会发生偏向，在北半球偏右，在南北半球偏左。赤道上经线是互相平行的，无偏向。

4、自转对地球形状的影响：
地球在自转过程中，球上各质点都在绕着地轴作圆周运动。因此，就会产生惯性离心力。这种离心力随着物体距离地轴半径的增大而增大，也就是说，从赤道向两极，惯性离心力逐渐减小。使得地球由两极向赤道逐渐膨胀，长期作用使地球变成两极稍扁、赤道略鼓的椭球体形状。

昼夜现象的产生：
(1)昼夜现象产生是由于“地球不透明、不发光、太阳只能照亮地球表面的一半”造成的。昼夜交替是地球的自转造成的。
(2)若地球不自转，也不公转，有昼夜现象，但无昼夜交替现象；若地球只公转不自转，既有昼夜现象，也有昼夜交替现象，只不过昼夜交替的周期为一年。

地转偏向力需要注意的问题：
地转偏向力只改变物体运动的方向，并 不改变物体运动速度的大小。地转偏向力的方向与物体水平运动的方向相垂直。

地方时计算技巧:
已知某一点时刻，求另一点时刻时，可用数轴法。具体方法如下：把某一条纬线变形为一个数轴，0°为原点，东经度为正值，西经度为负值。把A(已知时间、地点)、B(未知时间、地点)落实在数轴上。无论A、B实际方向关系如何，在数轴上，若B在A东，由A求B就要加；若B在A西，由A求B就要减。

晨昏线的特点及应用：
晨昏线又叫做晨昏圈，其中半个圆圈代表晨线，半个圆圈代表昏线。
1．晨昏线(圈)的特点

(1)晨昏圈是一个大圆，将地球平分成昼半球和夜半球两部分。
(2)晨昏线上各地，太阳高度为0°；昼半球太阳高度＞0°，夜半球太阳高度＜0°。
(3)晨昏圈所在平面始终与太阳光线垂直。
(4)晨昏线和极昼圈(极夜圈)的切点的纬度与太阳直射点的纬度之和等于90°(如上图中α＋θ＝β＋θ＝90°)。晨昏线和极昼圈的切点(如上图中C)地方时为24时(0时)；晨昏线和极夜圈的切点(如上图中D)地方时为12时。
(5)晨昏线(圈)在春秋分时与经线圈重合，二至时与极圈相切。
(6)晨昏线以15°/小时的速度自东向西移动。
2．晨昏线的应用
(1)确定地球的自转方向若右图中AB为昏线，则地球呈逆时针方向自转；若BC为昏线，则地球呈顺时针方向自转。

(2)确定地方时过晨线与赤道交点的经线地方时是6∶00，过昏线与赤道交点的经线地方时是18∶00，如右图中BN地方时是6∶00， AN地方时是18∶00。

(3)确定日期和季节
①晨昏线经过南、北极点(与经线重合)可判定这一天为3月21日或9月23日，节气是春分日或秋分日。
②晨昏线与极圈相切：北极圈及其以北出现极昼(南极圈及其以南出现极夜)，日期是6月22日前后，节气是夏至日；北极圈及其以北出现极夜(南极圈及其以南出现极昼)，日期是12月22日前后，节气是冬至日。
(4)确定太阳直射点的位置
①确定纬度：与晨昏线相切的纬线度数与太阳直射点的度数互余，晨昏线与地轴夹角的度数等于太阳直射点的纬度。
②确定经线：与晨线(昏线)和赤道交点相差90°且大部分或全部在昼半球一侧的经线是太阳直射的经线；过晨昏线与纬线切点，且大部分在昼半球的经线是太阳直射的经线。
(5)确定昼夜长短
晨昏线将地球上的纬线分成昼弧和夜弧两部分，昼长等于该纬线昼弧所跨经度除以15°的商，夜长是夜弧所跨经度除以15°的商。
(6)确定日出、日落时间
某地的日出时间就是该地所在纬线与晨线交点的地方时；日落时间就是该地所在纬线与昏线交点的地方时。
(7)确定极昼、极夜的范围
晨昏线与哪个纬线圈相切，该纬线圈与极点之间的纬度范围内就会出现极昼或极夜现象，南、北半球的极昼、极夜现象正好相反。

四 : 关于太阳（卫星）天顶角，太阳高度角，太阳方位角的整理

无论在摄影测量还是在定量遥感领域经常会和这三个角度打交道，尤其是在辐射传输理论中很多公式的推导和结果中老是出现θ，h，δ等形式的三角函数。在参考百科知识和几篇博文的基础上，稍微具体地整理下三者的区别、联系和计算方法。
1.天顶角(Zenith Angle)天顶角指光线入射方向和天顶方向的夹角，有个英文解释地挺好的：The zenith angle is the anglebetween the zenith line(pointing straight up) and thedirection to the sun (Satellite)。
2.太阳高度角（Solar Elevation Angle）太阳高度角指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，简称太阳高度（物理含义为角度）。其是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要因素。其中太阳高度角和太阳天顶角互为余角。

3.太阳方位角（Solar Azimuth Angle）太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方向的夹角。其中方位角以正南方向为0，由南向东向北为负，有南向西向北为正。eg,太阳在正东方，则其方位角为-90度；在正东北方时，方位角为-135度；在正西方时，方位角是90度，在正西北方为135度；当然在正北方时方位角可以表示为正负180度。从其他博文中转来了这两张图，描述的挺清晰的。【注】参考：http://coldwillowqq.blog.163.com/blog/static/615177612008121114551375/
至于三者的计算可以通过日期时间及当地的经纬度进行推算得到，详细的步骤前人早已总结，可参考：《根据日期、时间和当地经纬度计算太阳天顶角和方位角的原理》http://mayumeide.blog.163.com/blog/static/4682167420091189045515/

五 : 什么是太阳高度角和方位角？

太阳视位置指从地面上看到的太阳的位置，用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角，其值在0°到90°之间变化，日出日落时为零，太阳在正天顶上为90°（本万年历中显示的高度角均已进行了蒙气差的订正，蒙气差值取自天文年历）。太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。方位角以正南方向为零，由南向东向北为负，由南向西向北为正，如太阳在正东方，方位角为-90°，在正东北方时，方位为-135°，在正西方时方位角为90°，在正北方时为±180°。

实际上太阳并不总是东升西落，只有在春秋分两天，太阳是从正东方升，正西方落。在北半球，从春分到秋分的夏半年中，太阳从东偏北的方向升（方位角为-90°到-180°之间），在西偏北的方向落（方位角为90°到180°之间）；而从秋分到下一年春分的冬半年中，太阳从东偏南的方向升（方位角为-90°到0°之间），在西偏南的方向落（方位角为0°到90°之间）。

太阳高度角与地面的太阳光强弱密切相关。早晚与中午的光强有很大的差异，原因就在于太阳高度角的不同。在晴天条件下，太阳光的强弱与太阳高度角的正弦成正比。因此了解太阳高度角对分析地面的太阳光强、紫外线的强弱有重要的意义。

正午时（指当地真太阳时的正午。不是北京时间的中午12点，也不是地方平时的12点,而是太阳中心正好在子午线上的时间，也即太阳方位角由负值变为正值的瞬间）太阳高度角是一天中太阳高度角的最大值（除极地部分地区外），夏季这个值较大，冬季较小，夏至时最大，冬至时最小。

太阳方位角决定了阳光的入射方向，决定了各个方向的山坡或不同朝向建筑物的采光状况。当太阳高度角很大（比如大于80°）时，太阳基本上位于天顶附近，这时太阳方位角的影响较小。

日梭万年历所显示的日落太阳方位角，指当地观测者所见的太阳中心正好下落到地平线时太阳的方位。其中已对大气的折射作用所产生的蒙气差（约为34’）作了订正，故日落时实际的太阳中心在地平线以下34’。因日出、日落时的太阳方位可近似地看作是关于正南方对称的，故日出时的方位角近似地可看作与日落时的方位角反号（如日落时为120°，则日出时约为-120°）。日出日落方位可以作为判断方向的一个可靠依据。 本文标题：太阳方位角与经纬度-科学网-刘杰的博客-关于太阳赤纬，时角 太阳高度角，太阳方
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