Если измерять каждый день, под каким углом Солнце поднимается над горизонтом в полдень - этот угол называется полуденной ,- то можно заметить, что он неодинаков в разные дни и летом значительно больше, чем зимой. Об этом можно судить и без всякого угломерного инструмента, просто по длине тени, отбрасываемой шестом в полдень: чем короче тень, тем больше полуденная высота, а чем тень длиннее, тем меньше и полуденная высота. 22 июня в Северном полушарии полуденная высота Солнца наибольшая. Это самый длинный день в году в этой половине Земли. Он называется днем летнего солнцестояния. Несколько дней подряд полуденная высота Солнца меняется чрезвычайно мало (отсюда и выражение «солнцестояние»), а потому и продолжительность дня также почти не меняется.

Через полгода, 22 декабря, - день зимнего солнцестояния в Северном полушарии. Тогда полуденная высота Солнца наименьшая и день самый короткий. Снова несколько дней подряд полуденная высота Солнца меняется чрезвычайно медленно и почти не меняется продолжительность дня. Разность между полуденными высотами Солнца 22 июня и 22 декабря составляет 47°. В году есть два дня, когда полуденная высота Солнца точно на 2301/2 ниже, чем в день летнего солнцестояния, и на столько же выше, чем в день зимнего солнцестояния. Это бывает 21 марта (начало весны) и 23 сентября (начало осени). В эти дни продолжительность дня и ночи одинакова: день равен ночи. Поэтому 21 марта называется днем весеннего равноденствия, а 23 сентября - днем осеннего равноденствия.

Чтобы понять, почему происходит изменение полуденной высоты Солнца в течение года, произведем следующий опыт. Возьмем глобус. У глобуса ось вращения наклонена к плоскости его подставки под углом 6601/г, а экватор - под углом 23С1/2. Величины этих углов не случайны: земная ось наклонена к плоскости своего пути вокруг Солнца (орбите) также на 6601/2.

Поставим на стол яркую лампу. Она будет изображать Солнце. Отойдем с глобусом на некоторое расстояние от лампы так, чтобы можно

было носить глобус вокруг лампы; середина глобуса должна оставаться на уровне Лампы, а подставка глобуса - быть параллельной полу.

Вся обращенная к лампе сторона глобуса освещена.

Постараемся найти такое положение глобуса, чтобы граница света и тени проходила одновременно через оба полюса. Такое положение относительно Солнца земной шар имеет в день весеннего равноденствия или в день осеннего равноденствия. Вращая глобус вокруг оси, легко заметить, что в этом положении день должен быть равен ночи, и притом одновременно в обоих полушариях - Северном и Южном.

Воткнем булавку перпендикулярно к поверхности в такую точку экватора, чтобы она своей головкой смотрела прямо на лампу. Тогда тени от этой булавки мы не увидим; это означает, что для жителей экватора Солнце в полдень находится в зените, т. е. стоит прямо над головой.

Теперь двинемся с глобусом вокруг стола против часовой стрелки и пройдем четверть нашего кругового пути. При этом мы должны помнить, что при годовом движении Земли вокруг Солнца направление оси ее остается все время неизменным, т. е. ось глобуса должна перемещаться параллельно самой себе, не изменяя своего наклона.

При новом положении глобуса мы видим, что Северный полюс освещен лампой (изображающей Солнце), а Южный полюс находится в темноте. Именно в таком положении находится Земля, когда в Северном полушарии самый длинный день в году - день летнего солнцестояния.

В это время на северную половину лучи Солнца падают под большим углом. Полуденное Солнце в этот день стоит в зените на северном тропике; в Северном полушарии тогда - лето, в Южном же полушарии - зима. Там в это время лучи падают на земную поверхность более наклонно.

Продвинемся с глобусом еще на четверть окружности дальше. Теперь наш глобус занял положение прямо противоположное весеннему. Опять мы замечаем, что граница дня и ночи проходит через оба полюса, и снова день на всей Земле равен ночи, т. е. продолжается 12 часов. Это бывает в день осеннего равноденствия.

Нетрудно убедиться, что в этот день на экваторе Солнце в полдень находится опять в зените и его отвесно падают там на земную поверхность. Следовательно, для жителей экватора Солнце бывает в зените два раза в году: во время весеннего и осеннего равноденствий. Пройдем теперь с глобусом еще на четверть окружности дальше. Земля (глобус) будет находиться по другую сторону от лампы (Солнца). Картина резко изменится: Северный полюс теперь находится в темноте, а Южный освещен Солнцем. Южное полушарие обогревается Солнцем больше, чем Северное. На северной половине Земли-зима, а на южной - лето. Это положение Земля занимает в день зимнего солнцестояния. В это время на южном тропике Солнце в зените, т. е. его лучи падают отвесно. Это самый длинный день в Южном полушарии и самый короткий-в Северном.

Обойдя еще четверть окружности, мы возвращаемся вновь к исходному положению.

Сделаем еще один интересный опыт: не будем наклонять ось глобуса, а расположим ее перпендикулярно к плоскости пола. Если мы проделаем тот же самый путь с глобусом вокруг лампы, мы убедимся, что в этом случае на всей Земле будет круглый год длиться равноденствие. В наших широтах стояли бы вечные весенне-осенние дни и не было бы резких переходов от теплых к холодным месяцам. Всюду (кроме, конечно, самих полюсов) Солнце всходило бы точно на востоке в 6 часов утра по местному времени, поднималось в полдень всегда па одну и ту же для данного места высоту и заходило бы точно на западе в 6 часов вечера по местному времени.

Таким образом, благодаря движению Земли вокруг Солнца и неизменному наклону земной оси к плоскости ее орбиты происходит смена времен года .

Этим же объясняется и то, что на Северном и Южном полюсах день и ночь длятся по полгода, а на экваторе в течение всего года день бывает равен ночи. В средних широтах, например в Москве, продолжительность дня и ночи в течение года меняется от 7 до 17,5 часов.

На северном и южном тропиках, расположенных на широте 2301/2 к северу и к югу от экватора, Солнце бывает в зените только один раз в году. Во всех же местах, расположенных между тропиками, полуденное Солнце бывает в зените по два раза в году. Пространство земного шара, заключенное между тропиками, по своим тепловым особенностям получило название жаркого пояса. Посередине его проходит экватор.

На расстоянии 23°’/2 от полюса, т. е. на широте 6601/2, один раз в год зимой в течение целых суток Солнце не появляется над горизонтом, а летом, наоборот, раз в год не течение целых суток.

В этих местах в Северном и Южном полушариях глобуса и на картах проводятся воображаемые линии, которые называются полярными кругами.

Чем ближе от полярных кругов к полюсам расположено то или иное место, тем большее число суток там продолжается сплошной день (или сплошная ночь) и Солнце не заходит или не восходит. А на самих полюсах Земли Солнце светит непрерывно в течение полугода. В то же время здесь солнечные лучи падают на земную поверхность очень наклонно. Солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом. Поэтому вокруг полюсов, в пространстве, окруженном полярными кругами, особенно холодно. Таких поясов два- северный и южный; они получили название холодных поясов. Здесь долгая зима и короткое холодное лето.

Между полярными кругами и тропиками расположены два умеренных пояса (северный и южный).

Чем ближе к тропикам, тем зима короче и теплее, а чем ближе к полярным кругам, тем она длиннее и суровее.

Солнце — это главный источник тепла и единственная звезда нашей Солнечной системы, которая, подобно магниту, притягивает все планеты, спутники, астероиды, кометы и прочих "обитателей" космоса.

Расстояние от Солнца до Земли более 149 миллионов километров. Именно эту удаленность нашей планеты от Солнца принято называть астрономической единицей.

Несмотря на значительное удаление, эта звезда оказывает огромное влияние на нашу планету. В зависимости от положения Солнца на Земле день сменяет ночь, лето приходит на смену зиме, возникают магнитные бури и образуются удивительнейшие полярные сияния. А самое главное — без участия Солнца на Земле невозможен был бы процесс фотосинтеза — основного источника кислорода.

Положение Солнца в разные времена года

Наша планета движется вокруг небесного источника света и тепла по замкнутой орбите. Этот путь схематично можно представить себе в виде вытянутого эллипса. Само Солнце располагается не в центре эллипса, а несколько в стороне.

Земля то приближается, то удаляется от Солнца, завершая полный оборот по орбите за 365 дней. Ближе всего к светилу наша планета находится в январе. В это время расстояние сокращается до 147 млн.км. Точка земной орбиты, ближе всего расположенная к Солнцу, называется "перигелий".

Чем ближе располагается Земля к Солнцу, тем больше освещается Южный полюс, а в странах южного полушария начинается лето.

Ближе к июлю наша планета максимально удаляется от главной звезды Солнечной системы. В этот период удаленность больше 152 млн.км. Самая далекая от Солнца точка земной орбиты получила название "афелий". Чем дальше земной шар находится от Солнца, тем больше света и тепла получают страны северного полушария. Тогда здесь наступает лето, а, например, в Австралии и Юной Америке господствует зима.

Как Солнце освещает Землю в разное время года

Освещение Земли Солнцем в разное время года напрямую зависит от удаленности нашей планеты в данный промежуток времени и от того, каким "боком" повернута Земля в этот момент к Солнцу.

Важнейший фактор, влияющий на смену времен года — земная ось. Наша планета, вращаясь вокруг Солнца, успевает в то же время поворачиваться вокруг собственной воображаемой оси. Эта ось расположена под углом в 23,5 градуса к небесному светилу и всегда оказывается направленной на Полярную звезду. Полный оборот вокруг земной оси занимает 24 часа. Осевое вращение обеспечивает также смену дня и ночи.

Кстати, если бы этого отклонения не было, то времена года не сменяли бы друг друга, а оставались постоянными. То есть, где-то царило бы постоянное лето, в других районах была постоянная весна, третья часть земли вечно бы поливалась осенними дождями.

Под прямыми лучами Солнца в дни равноденствия оказывается земной экватор, в то время, как в дни солнцестояния солнце в зените будет на широтах 23,5 град., плавно приближаясь в остальное время года к нулевой широте, т.е. к экватору. Солнечные лучи, падающие отвесно, приносят больше света и тепла, они не рассеиваются в атмосфере. Поэтому жители стран, расположенных на экваторе, никогда не знают холода.

Полюса земного шара попеременно оказываются в лучах Солнца. Поэтому на полюсах полгода длится день, а полгода — ночь. Когда освещенным оказывается Северный полюс, то в северном полушарии наступает весна, сменяющая летом.

В следующие полгода картина меняется. К Солнцу оказывается обращенным Южный полюс. Теперь в южном полушарии начинается лето, а в странах северного полушария воцаряется зима.

Дважды в год наша планета оказывается в таком положении, когда солнечные лучи одинаково освещают ее поверхность от Крайнего севера до Южного полюса. Эти дни называются днями равноденствия. Весеннее отмечают 21 марта, осеннее —23 сентября.

Еще два дня в году получили названия солнцестояния. В это время Солнце оказывается или максимально высоко над горизонтом, или максимально низко.

В северном полушарии 21 или 22 декабря наступает ночь, длящаяся дольше всех в году — это день зимнего солнцестояния. А 20 или 21 июня, наоборот, день является самым длинным, а ночь самой короткой — это день летнего солнцестояния. В южном полушарии все происходит наоборот. Там в декабре длинные дни, а в июне — длинные ночи.

Слайд 2

1. Определение высоты солнца над горизонтом в пунктах, находящихся на одной параллели

Полуденный меридиан (12час.- время Гринвичского меридиана)*15º - если меридиан в Восточном полушарии; (время Гринвичского меридиана - 12 час.)*15º - если меридиан в Западном полушарии. Чем ближе расположены предложенные в задании меридианы к полуденному меридиану, тем выше в них будет находиться Солнце, чем дальше - тем ниже.

Слайд 3

Определите, в каком из пунктов, обозначенных буквами на карте Австралии, 21 марта солнце будет находиться выше всегонад горизонтом в 5 часов утра по солнечному времени Гринвичского меридиана. Запишите обоснование Вашего ответа.

Слайд 4

Определите, в каком из обозначенных буквами на карте Северной Америки пунктов Солнце будет находиться ниже всего над горизонтом в 18 ч. по времени Гринвичского меридиана. Ход ваших рассуждений запишите.

Слайд 5

2. Определение высоты Солнца над горизонтом в различных пунктах, не находящихся на одной параллели, и когда есть указание на день зимнего (22 декабря) или летнего(22 июня) солнцестояния

нужно помнить, что Земля движется против часовой стрелки и чем восточнее находится пункт, тем раньше Солнце встанет над горизонтом.; провести анализ положения указанных в задании пунктов относительно полярных кругов и тропиков. Например, если в вопросе есть указание на день - 20 декабря, это значит день, близкий ко дню зимнего солнцестояния, когда на территории севернее полярного круга наблюдается полярная ночь. Значит, чем севернее расположен пункт, тем позже Солнце встанет над горизонтом, чем южнее, тем раньше.

Слайд 6

Определите, в каком из пунктов, обозначенных буквами на карте Северной Америки, 20 декабря Солнце раньше всего по времени Гринвичского меридиана поднимется над горизонтом. Ход ваших рассуждений запишите.

Слайд 7

3. Задания по определению продолжительности дня (ночи) в связи с изменением угла наклона земной оси к плоскости орбиты

нужно помнить - градусная мера угла наклона земной оси к плоскости орбиты Земли определяет параллель, на которой будет находиться Полярный круг. Затем проводится анализ предложенной в задании ситуации. Например, если территория находится в условиях большой продолжительности дня (в июне в северном полушарии), то чем ближе территория находится к Полярному кругу, тем день длиннее, чем дальше - тем короче.

Слайд 8

Определите, на какой из параллелей: 20° с.ш., 10° с.ш., на экваторе, 10° ю.ш., или 20° ю.ш. – будет наблюдаться максимальная продолжительность дня 20 мая

Слайд 9

На какой из параллелей, обозначенных на рисунке буквами, 22 декабря продолжительность светового дня наименьшая?

Слайд 10

4. Определения географической широты местности

Определите географические координаты пункта, если известно, что в дни равноденствия полуденное Солнце стоит там над горизонтом на высоте 40º (тень от предмета падает на север), а местное время опережает время Гринвичского меридиана на 3 часа. Запишите свои расчеты и рассуждения

Слайд 11

Дни равноденствия

(21марта и 23 сентября), когда лучи Солнца падают отвесно на экватор 90º - угол падения солнечных лучей = широта местности (северная или южная определяется по тени отбрасываемых объектами).

Слайд 12

Дни солнцестояния

(22 июня и 22 декабря) лучи Солнца падают отвесно (под углом 90º) на тропик (23,5º с.ш. и 23,5º ю.ш.). Поэтому для определения широты местности в освещенном полушарии(например, 22 июня в Северном полушарии) используется формула: 90º- (угол падения солнечных лучей - 23,5º) = широта местности

Слайд 13

Для определения широты местности в неосвещенном полушарии (например, 22 декабря в Северном полушарии) используется формула: 90º - (угол падения солнечных лучей + 23,5º) = широта местности

Слайд 14

Определите географические координаты пункта, если известно, что в дни равноденствия полуденное Солнце стоит там над горизонтом на высоте 40º (тень от предмета падает на север), а местное время опережает время Гринвичского меридиана на 3 часа. Запишите свои расчеты и рассуждения Ответ. 50º с.ш., 60º в.д. 90º - 40º = 50º (с.ш., т. к. тень от предметов падает на север в северном полушарии) (12-9)х15 = 60º (в.д., т. к. местное время опрежает Гринвичское, значит пункт находится восточнее)

13.1 Значения высоты солнца над горизонтом приведены в таблице 13.1.

Таблица 13.1

Географическая широта в °с. ш.

Приложение б (справочное) Методы расчета климатических параметров

Основой для разработки климатических параметров послужили Научно-прикладной справочник по климату СССР, вып. 1 - 34, части 1 - 6 (Гидрометеоиздат, 1987 - 1998) и данные наблюдений на метеорологических станциях.

Средние значения климатических параметров (средняя месячная температура и влажность воздуха, среднее за месяц количество осадков) представляют собой сумму среднемесячных значений членов ряда (лет) наблюдений, деленную на их общее число.

Крайние значения климатических параметров (абсолютная минимальная и абсолютная максимальная температура воздуха, суточный максимум осадков) характеризуют те пределы, в которых заключены значения климатических параметров. Эти характеристики выбирались из экстремальных за сутки наблюдений.

Температура воздуха наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки рассчитана как значение, соответствующее обеспеченности 0,98 и 0,92 из ранжированного ряда температуры воздуха наиболее холодных суток (пятидневок) и соответствующих им обеспеченностей за период с 1966 по 2010 гг. Хронологический ряд данных ранжировался в порядке убывания значений метеорологической величины. Каждому значению присваивался номер, а его обеспеченность определялась по формуле

где m - порядковый номер;

n - число членов ранжированного ряда.

Значения температуры воздуха наиболее холодных суток (пятидневок) заданной обеспеченности определялись методом интерполяции по интегральной кривой распределения температуры наиболее холодных суток (пятидневок), построенной на вероятностной сетчатке. Использовалась сетчатка двойного экспоненциального распределения.

Температура воздуха различной обеспеченности рассчитана по данным наблюдений за восемь сроков в целом за год за период 1966-2010 гг. Все значения температуры воздуха распределялись по градациям через 2°С и частота значений в каждой градации выражалась через повторяемость от общего числа случаев. Обеспеченность рассчитывалась путем суммирования повторяемости. Обеспеченность относится не к серединам, а к границам градаций, если они считаются по распределению.

Температура воздуха обеспеченностью 0,94 соответствует температуре воздуха наиболее холодного периода. Необеспеченность температуры воздуха, превышающая расчетное значение, равна 528 ч/год.

Для теплого периода принята расчетная температура обеспеченностью 0,95 и 0,99. В этом случае необеспеченность температуры воздуха, превышающая расчетные значения, соответственно равна 440 и 88 ч/год.

Средняя максимальная температура воздуха рассчитана как среднемесячная величина из ежедневных максимальных значений температуры воздуха.

Средняя суточная амплитуда температуры воздуха рассчитана независимо от состояния облачности как разность между средней максимальной и средней минимальной температурой воздуха.

Продолжительность и средняя температура воздуха периодов со средней суточной температурой воздуха, равной и меньше 0°С, 8°С и 10°С, характеризуют период с устойчивыми значениями этих температур, отдельные дни со средней суточной температурой воздуха, равной и меньше 0°С, 8°С и 10°С, не учитываются.

Относительная влажность воздуха вычислена по рядам средних месячных значений. Средняя месячная относительная влажность днем рассчитана по наблюдениям в дневное время (в основном в 15 ч).

Количество осадков рассчитано за холодный (ноябрь - март) и теплый (апрель - октябрь) периоды (без поправки на ветровой недоучет) как сумма среднемесячных значений; характеризует высоту слоя воды, образовавшегося на горизонтальной поверхности от выпавшего дождя, мороси, обильной росы и тумана, растаявшего снега, града и снежной крупы при отсутствии стока, просачивания и испарения.

Суточный максимум осадков выбирается из ежедневных наблюдений и характеризует наибольшую сумму осадков, выпавших в течение метеорологических суток.

Повторяемость направлений ветра рассчитана в процентах общего числа случаев наблюдений без учета штилей.

Максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь и минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль рассчитаны как наибольшая из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, и как наименьшая из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16% и более.

Прямая и рассеянная солнечная радиация на поверхности различной ориентации при безоблачном небе рассчитана по методике, разработанной в лаборатории строительной климатологии НИИСФ. При этом использованы фактические наблюдения прямой и рассеянной радиации при безоблачном небе с учетом суточного хода высоты солнца над горизонтом и действительного распределения прозрачности атмосферы.

Климатические параметры для станций Российской Федерации, отмеченных "*", рассчитаны за период наблюдений 1966 - 2010 гг.

* При разработке территориальных строительных норм (ТСН) уточнение климатических параметров должно производиться с учетом метеорологических наблюдений за период после 1980 г.

Климатическое районирование разработано на основе комплексного сочетания средней месячной температуры воздуха в январе и июле, средней скорости ветра за три зимних месяца, средней месячной относительной влажности воздуха в июле (см. таблицу Б.1).

Таблица Б.1

Климатические районы	Климатические подрайоны	Среднемесячная температура воздуха в январе, °С	Средняя скорость ветра за три зимних месяца, м/с	Среднемесячная температура воздуха в июле, °С	Среднемесячная относительная влажность воздуха в июле, %
		От -32 и ниже		От +4 до +19
		От -28 и ниже
		От -14 до -28		От +12 до +21
		От -14 до -28
		От -14 до -32		От +10 до +20
		От -4 до -14		От +8 до +12
				От +12 до +21
		От -4 до -14		От +12 до +21
		От -5 до -14		От +12 до +21
		От -14 до -20		От +21 до +25
				От +21 до +25
		От -5 до -14		От +21 до +25
		От -10 до +2		От +28 и выше
				От +22 до +28	50 и более в 15 ч
				От +25 до +28
				От +25 до +28
Примечание - Климатический подрайон IД характеризуется продолжительностью холодного периода года (со средней суточной температурой воздуха ниже 0°С) 190 дней в году и более.

Карта зон влажности составлена НИИСФ на основе значений комплексного показателя К, который рассчитывают по соотношению среднего за месяц для безморозного периода количества осадков на горизонтальную поверхность, относительной влажности воздуха в 15 ч самого теплого месяца, среднегодовой суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность, годовой амплитуды среднемесячных (января и июля) температур воздуха.

В соответствии с комплексным показателем К территория делится на зоны по степени влажности: сухая (К менее 5), нормальная (К = 5 - 9) и влажная (К более 9).

Районирование северной строительно-климатической зоны (НИИСФ) основано на следующих показателях: абсолютная минимальная температура воздуха, температура наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,98 и 0,92, сумма средних суточных температур за отопительный период. По суровости климата на территории северной строительно-климатической зоны выделены районы суровые, наименее суровые и наиболее суровые (см. таблицу Б.2).

Карта распределения среднего за год числа переходов температуры воздуха через 0°С разработана ГГО на основе числа переходов через 0°С средней суточной температуры воздуха, просуммированных за каждый год и осредненных за период 1961-1990 гг.

Таблица Б.2

	Температура воздуха, °С					Сумма средних суточных температур за период со средней суточной температурой воздуха 8°С
	абсолютная минимальная	наиболее холодных суток обеспеченностью		наиболее холодной пятидневки обеспеченностью
Наименее суровые условия
Суровые условия
Наиболее суровые условия
Примечание - Первая строка - максимальные значения, вторая строка - минимальные значения.