北京市在冬至日这一天，太阳直射南回归线，影子最长．地球围绕太阳公转时，地轴与公转轨道的平面成66.5°的固定倾角，这就使得一年内太阳光线的直射点有规律地在南北回归线之间移动．当太阳光线直射南回归线时，是北半球的冬至日，北半球的太阳高度角最小，影子最长．北京位于北半球，冬至日这一天，影子最长．故选项D符合题意．
故选：D．
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