地球晨昏圈与天球全球不同纬度的太阳周日视运动规律解析.docxVIP

地球晨昏圈与天球全球不同纬度的太阳周日视运动规律解析 1 大学的地理专四相关课程内容中对太阳 北半球中、高纬度地区的居民习惯于将房屋的南、北分为阳和北。这是自古以来就形成的对南部自然现象的感知。此外，“太阳直射点在北方只有23.26；n（植物园）”的地理知识被提起来。似乎有理由相信23.26n。然而，事实上，在北半球中和纬度地区的北房子（没有沟渠）可以在夏季晒太阳。这种现象仅发生在夏季的上午或晚上。原因通常与房屋的南北走向有关，但如果这种现象发生在夏季的上午或晚上。你应该如何解释这个现象？。 正确理解这一现象的关键在于对北半球夏半年 (春分-秋分) 日出、日落的方位做出合理的诠释, 可以有两个视角:一是立足于真实的自转中地球的晨昏圈来考察日出、日落的方位 (观察者动而太阳不动) ;二是立足于假想的天球中心来考察太阳的周日视运动 (观察者“不动”而太阳“动”) . 对这两个视角, 大学的地球概论或天文学教材虽在知识点上有一定程度的涉及, 但并未给出针对性的专门分析, 故即便是高校地理专业的毕业生也未必都能真正搞清乃至说清这个问题;中学地理教材虽很少直接涉及, 但因相关内容屡屡见诸高考试题, 故一直是高考命题的热点及教学的难点, 由此出现了不少定性、定量或半定量[9,10,11,12,13,14,15]的教研论文.这些论文对中学地理“地球的运动”方面的教学起到积极的促进作用, 但其分析多属就事论事, 鲜见将定性与定量分析有机结合并归纳较好的表述, 且其中不乏错误认识.例如, 认为“地球上除了极昼、极夜地区外, 其余地区同一天的日出、日落太阳方位都是一样的”;“在赤道地区, 太阳周日视运动全年东升西落”;“日出日落时太阳光线与地球上的纬线始终是平行的, 因此, 任何时候太阳都是正东出、正西落”;“日出、日落方位与正东、正西方位的偏角都和太阳直射纬度值相等”等等.而事实上, 仅在“二分” (春分、秋分) 日, 地球各纬度地区 (包括赤道) 才会出现日出、日落太阳方位一样 (日出皆正东、日落皆正西) ;仅在非“二分”日的赤道才会出现日出、日落方位偏离正东、正西的角度和太阳直射纬度值相等.又如, 在进行定量或半定量分析时, 多未能对计算结果进行系统地归纳总结;有的对日出、日落太阳方位采用以正南方向为基准的方位角表达式, 不如采用以正东或正西方向为基准的方位偏角来得直观;有的太阳高度公式未考虑南半球;有的采用三角函数来表达太阳方位、当地纬度和太阳直射纬度这三者间的关系, 不如采用能直接计算方位偏角度数的反三角函数公式来得方便;有的甚至出现计算错误, 如算得50°N、50°S地区日出点的偏角为39°31apos;(实应为38°13apos;) .诸如此类的认识困惑及错误都表明:太阳周日视运动表现非常复杂, 涉及其轨迹的形态与弧度、轨迹最低点的方位与时刻、轨迹最高点的高度与方位等诸多特征, 且其中既有季节差异, 亦有纬度差异;既有普遍规律, 亦有特定日期或位置的特殊规律.鉴于已有研究在分析上述问题时的针对性、系统性、条理性及定量性等方面尚存一定的改进与提升空间, 本文首先针对北半球从上述两个视角进行探索, 继而在这两方面定性研究的基础上, 进一步引入球面三角基础知识并将研究空间拓展至全球, 以期对全球不同纬度全年的太阳周日视运动规律能有更深刻、更系统化的理解. 2 晨病圈所通过的时间和方位 太阳虽是一个发出球面光束的点光源, 但由于日地相距非常遥远, 故可将照射于地表的太阳光视作平行光束.地球按照其向、背太阳的差异而分为昼、夜半球, 这两个半球之间的大圆即晨昏线(实应为晨昏圈) .太阳光线始终垂直于晨昏圈平面, 除极昼、极夜区外, 随地球自西向东运转的晨昏圈所通过的地点总是经历着一天内的早晨或黄昏. 春分日太阳直射于赤道, 太阳光线则平行于各纬线圈平面, 晨昏圈平面垂直于各纬线圈平面, 全球各处皆昼夜平分.图1显示的是春分日的某一时刻地球昼、夜半球的对比格局.由图1可见, 晨昏圈所通过的地点 (两极点除外) 正好看到的日出和日落, 总是分别位于当地纬线的正东 (早晨) 、正西 (傍晚) 方位上. 春分-秋分期间太阳直射于北半球, 晨昏圈平面呈北偏西-南偏东走向斜交于各纬线圈平面, 北半球昼长大于夜长, 南半球反之.图2显示的是夏至日的某一时刻地球昼、夜半球的对比格局.由图2可见, 北半球除极昼区外, 在晨昏圈上正好看到的日出, 其方位都是东偏北;不难想见, 这一天傍晚, 北半球除极昼区外, 在晨昏圈上正好看到的日落, 其方位都是西偏北.同理可推演夏半年其他日期的日出或日落方位. 3 地及其地平圈 天球是以观察者 (或地心) 为中心、无穷远为半径的一个假想的球体, 借此可将运动中的地球上的观察者与静止的恒星之间的相对位置及其变化, 映射为恒星在