Сезонные изменения высоты Солнца

Высота Солнца над горизонтом зависит прежде всего от географической широты места, времени года и времени суток. Для сравнения разных мест обычно используют высоту Солнца в местный полдень — момент, когда светило поднимается выше всего за сутки.

Основные понятия

Высотой Солнца называют угол между направлением на Солнце и плоскостью горизонта. Она обозначается буквой \(h\) и измеряется от \(0^\circ\) у горизонта до \(90^\circ\) в зените. Подробнее само понятие раскрывается на странице высота Солнца.

В течение дня высота Солнца изменяется: после восхода она увеличивается, в местный полдень достигает максимума, затем уменьшается до заката. Поэтому в заданиях нужно внимательно определить, о какой высоте говорится: полуденной, утренней, вечерней или средней за день.

Причина сезонных изменений — наклон земной оси и обращение Земли вокруг Солнца. Перед решением задач полезно повторить тему наклона земной оси.

Как высота зависит от широты и сезона

В равноденствия, примерно 21 наурыз и 23 қыркүйек, Солнце находится в зените над экватором, поэтому \(\delta=0^\circ\). В местный полдень высота Солнца уменьшается при удалении от экватора к полюсам.

Здесь \(\varphi\) — географическая широта места, а \(\delta\) — солнечное склонение. Широту северного полушария считают положительной, южного — отрицательной. Например, для Москвы \(\varphi\approx55{,}8^\circ\).

В дни солнцестояний солнечное склонение максимально по модулю. Около 22 июня \(\delta=+23{,}5^\circ\): Солнце смещено к Северному тропику, и в Северном полушарии полуденная высота больше, чем в равноденствие. Около 22 декабря \(\delta=-23{,}5^\circ\): Солнце смещено к Южному тропику, поэтому в Северном полушарии высота меньше.

Сезонные изменения в разных широтах

На экваторе Солнце дважды в год бывает в зените — в дни равноденствий. В июне оно проходит севернее экватора, а в декабре — южнее. Поэтому полуденная высота на экваторе в дни солнцестояний равна примерно \(66{,}5^\circ\).

В тропиках Солнце может находиться в зените один или два раза в год. На Северном тропике это происходит около 22 июня, на Южном — около 22 декабря. Между тропиками полуденная высота в течение года меняется особенно заметно.

В умеренных широтах Солнце никогда не бывает в зените. Летом оно поднимается выше, день длиннее, а лучи падают более отвесно. Зимой высота меньше, день короче, а угол падения солнечных лучей меньше.

За Северным полярным кругом летом возможен полярный день, а зимой — полярная ночь. В полярную ночь Солнце не поднимается над горизонтом, поэтому его высота отрицательна или равна нулю, если учитывают положение центра диска относительно горизонта.

Эта жазба помогает сравнить две полуденные высоты: если \(\Delta h>0\), то высота при первом склонении больше, чем при втором. Для дат равноденствия и солнцестояния достаточно подставить \(\delta=0^\circ\), \(+23{,}5^\circ\) немесе \(-23{,}5^\circ\).

Алгоритм шешімдер экзаменационных тапсырма

1. Определите широту пункта \(\varphi\) и его полушарие.
2. Установите дату или сезон и выберите солнечное склонение \(\delta\).
3. Поймите, сравнивается ли полдень, восход, закат или другое время суток. Формула применяется непосредственно к полудню.
4. Подставьте значения в формулу \(h=90^\circ-|\varphi-\delta|\).
5. Проверьте смысл ответа: полуденная высота не должна быть больше \(90^\circ\).

Жауабы: на \(47^\circ\). Обратите внимание: зимой в Санкт-Петербурге Солнце в полдень всё же находится над горизонтом, но очень низко.

Связь высоты с освещённостью

Чем выше Солнце, тем более отвесно падают лучи, тем меньше площадь поверхности, на которую распределяется одинаковое количество энергии, и тем сильнее нагрев. При низком Солнце лучи проходят более длинный путь в атмосфере и сильнее ослабляются.

Высота связана и с продолжительностью дня, но это не одно и то же. Время восхода и заката зависит от широты и склонения, а местное время событий дополнительно связано с часовыми поясами. Сам момент максимальной высоты называют местным полднем.