地理中的时区，太阳高度角怎么算啊

宇宙中的地球——地方时、时区及区时计算

任一瞬间，地球各地所处的昼夜状态可以用太阳高度来表达。
太阳高度是太阳高度角的简称，表示太阳光线对当地地平面的倾角。
在昼半球上的各地，太阳高度总是大于0度，即太阳在地平线之上；
在晨昏线上的各地，太阳高度等于0度，即太阳刚好位于地平线上；
在夜半球上的各地，太阳高度总是小于0度，即太阳位于地平线之下。
由于地球不停地运动，昼夜也就不断地交替。
昼夜交替的周期，或太阳高度的日变化周期为24小时，叫做1太阳日。
太阳高度角的计算问题是高一地理第一单元重点内容之一
重要程度仅次于日期时间计算问题
其实，太阳高度角就是表示太阳高度的一种方法
我们经常说“懒猪，太阳都老高了，还不起床？！”
这个“太阳老高了”就是在描述太阳高度角
太阳高度角就是我们观察太阳的仰角
说得复杂点就是，太阳与我们所在点的连线同水平面（地平面）的夹角

比如，日出或者日落的时候，太阳正好在地平线上
这时候，太阳高度角就是零度
等到正午（地方时12点）的时候，太阳升到最高
这时候，太阳高度角达到一天最大值，被称为正午太阳高度角
其实夜晚的时候也有太阳高度角，只不过是负值罢了

不要觉得头疼，前面我只是要你明白太阳高度角是怎么回事
真正考试的时候绝对没这么复杂
一般情况，考的都是正午太阳高度角的计算问题
下面我们就来详细讲一下正午太阳高度角的计算

讲正午太阳高度角呢，首先要知道什么是正午
其实正午的定义呢，就是一天中太阳高度角最大的时刻（废话！）
换言之，就是某地地方时为12点时，该地就是正午时刻
再换言之，太阳直射点落在某条经线上时，该经线各地就是正午时刻
比如说，我在东经118度，那么太阳直射点落在东经118度时，我这里就正午了
需要明确，“正午”只和太阳直射点的经度有关，和纬度无关

好，下面我们就来正式的研究太阳高度角的影响因素
首先看看，正午太阳高度角的大小的年内变化
如果你生活在我国北回归线以北
（除了台湾、广东、广西、云南的南部地区及香港、澳门、海南都满足条件）
生活中你会发现这样的规律，就是：
一年中，夏天的时候，正午太阳高度角大一些（夏至日最大）
冬天的时候，正午太阳高度角小一些（冬至日最小）
这说明，随着太阳直射点在南北回归线间的来回运动
某地的正午太阳高度角是变化的

然后，我们再研究一下，如果太阳直射点固定
地球上不同纬度地区的正午太阳高度角一样大吗？
聪明的你显然知道，当然这是不一样的

那么好，我们研究太阳直射点纬度和当地纬度究竟是如何影响正午太阳高度角的
我们还是举个例子吧
比如，现在我们在你的脑袋正上方10米放一盏灯，假设它就是太阳啦
你站立在灯下，想要看到这盏灯，要怎么办？（仰头啊，笨蛋！）
我们仰头的仰角应该是90°，因为灯在你的正上方啊！
如果我们后退5步，再看灯（当然还得要仰头啦）
这时候我们仰头的仰角肯定要小于90°，因为灯就在我们前面啊
如下面所表示的：

　　　　　　　★<<==这代表灯泡
　　　　　　　|\
　　　　　　　| \
　　　　　　　|　\
　　　　　　　|　 \
灯泡直射点==>>|____\<<==这个角就是仰角
______________________________________<<==地平面

可以想象在以灯泡直射点为圆心，五步距离为半径的圆形上
各点观察灯泡的仰角是一样大的（没学过三角函数吗？）
我们设仰角为α，灯泡离地面的距离为ι，我们所在地与灯泡直射点距离为δ
由三角函数的知识，我们知道tanα＝ι/δ
也就是说当确定了灯泡离地面的距离和我们所在地与灯泡直射点距离后
灯泡高度角就确定了

我们的问题还是回到太阳上来
类似的，只要确定了太阳与地面的距离及我们与太阳直射点的距离
太阳高度角也就确定了
然而，由于太阳与地球距离非常遥远，所以，我们认为地球上各地与太阳的距离是一样的

这样我们得到了一个结论，请注意我下面这个结论
某时某地的太阳高度角大小只与当时当地与太阳直射点的距离有关
请注意这个结论！它使得我们只要掌握“距离”这个条件就能够求出太阳高度角

因为我们求的是正午太阳高度角，太阳直射点与该地是在同一条经线上的
所以，我们表示某地与太阳折射点的距离的时候用的单位不是km，而是纬度差
这样做的好处你马上会看到

还是举个例子来推导，假设春分日（秋分日也可，太阳直射点在赤道）
某时刻太阳直射(0°，120°e)这一点，120°e经线上各点都是正午
这点离太阳直射点的纬度距离当然是0度啦（因为就是自己嘛）
此时，（0°，120°e）的太阳高度角就是90°（因为直射它嘛）
另外一个观测点，（1°n，120°e）与太阳直射点的纬度差为1度
此时，这一点的太阳高度角为89°（涉及立体几何计算，我就不详细推导了）
聪明的你肯定知道，（1°s，120°e）与太阳直射点的纬度差也是1度
因此，当地的太阳高度角也是89°！right！

同一时刻，下列各观测点，报告的太阳高度角度数如下：
南北纬2度（与太阳直射点相距2纬度）：88°（＝90°－2°）
南北纬3度（与太阳直射点相距3纬度）：87°（＝90°－3°）
南北纬10度（与太阳直射点相距10纬度）：80°（＝90°－10°）
南北纬30度（与太阳直射点相距30纬度）：60°（＝90°－30°）
南北纬80度（与太阳直射点相距80纬度）：10°（＝90°－80°）
南北纬90度（与太阳直射点相距90纬度）：0°（＝90°－90°）

我们可以发现这样一个规律，请注意：
某地与太阳直射点（所在纬线）的纬度差同该地正午太阳高度角互余
刚才我们举的例子是太阳直射点在赤道，这样一个特例，推广到一般情况也是成立的
比如，太阳直射点在北纬1°，那么北纬2°和赤道距离直射点的纬度差都是1°
所以，当天北纬2°和赤道各点的正午太阳高度就是90°-1°＝89°
把上面的规律表示成公式就是：
正午太阳高度角＝90°－该地与太阳直射点纬度差

但是，这个“纬度差”的计算可是有讲究的：
设太阳直射点纬度为θ°，观测点纬度δ°
如果θ与δ在同一半球，则“纬度差”为|θ-δ|（θ减δ差的绝对值）
如果θ与δ在异半球，则“纬度差”为θ＋δ
说起来好像很麻烦，其实只要脑袋里有个地球的模型就简单了
比如太阳直射点是北纬10°，观测点是北纬30°，纬度差当然是20°
如果太阳直射点是南纬10°，观测点是北纬30°，纬度差当然是40°

事实上，计算“正午太阳高度角”，根本就不要考虑“正午”这个因素
只要用90°减去观测点与太阳直射点的纬度差，得出的就是正午太阳高度角。
行了，就写这么多吧，即使你前面都没搞明白也没关系，只要你记住一个公式
正午太阳高度角＝90°－该地与太阳直射点纬度差