巧用日照图解释太阳升落的方位问题.docVIP

巧用日照图解释太阳升落的方位问题 　　人们常说：太阳东升西落，而且习惯以日出地平线的一点代表东方，日落地平线的一点代表西方。在人们心目中，太阳的出没点是判断地面东西方向的标志。然而，严格说来，仅把太阳的出没地点作为地平面正东西方向的判断标准显然是不正确的。因为，由于地球的自转和公转运动，以及黄赤交角的存在，使得在地球表面上，同一纬度地点的不同季节，或者同一季节的不同纬度地点，太阳在地平线上东升西落的地点均会发生明显的变化，不可能各地总是在固定的正东点和正西点。那么，相对于地平线太阳到底出没在哪里？一年内太阳出没地点又是怎样变化的呢？　　结论是，不论是南半球还是北半球的任何地点（出现极昼和极夜的区域除外），其太阳出没点的地平方位是偏南还是偏北，取决于太阳直射南半球还是北半球，而与观测地点位于南北半球无关。具体来说：　　1、从理论上讲，在两分日时，太阳直射赤道，全球各地太阳正东升，正西落（极点除外）；　　2、北半球的夏半年，太阳直射点在北半球，全球各地太阳东北升，西北落，而且纬度越高，太阳升落的方位越偏北，南北半球均如此（极点和出现极昼夜的地方除外）；　　3、北半球的冬半年，太阳直射南半球，全球各地太阳东南升，西南落，纬度越高，太阳升落的方位越偏南（极点和出现极昼夜的地方除外）。 　　4、就某一地点而言，在太阳直射点向北运动期间，太阳升落的方位将日渐偏北；反之则日渐偏南。　　5、南北极点上，太阳高度在一天中是不变的（即太阳周日视运动轨迹总是与极点的地平圈平行），太阳在一天中没有明显的升起和落下。　　但如何解释以上结论呢？传统的方法是引用地平坐标系，结合太阳在不同时期的周日视运动轨迹来解决，定量分析还要用到球面三角知识，这些内容对中学生而言无疑较难（也超出了教学大纲和考试大纲的要求）。笔者通过教学实践发现，用学生熟悉的日照图，结合中学生掌握的相关知识就可较好地解决这一问题。 　　如图1是太阳直射北半球的情况（以北半球的夏至日为例），图中昼夜半球的分界线是晨线，晨线上的A、B、C、D、E各点（其中A、E两点刚好在晨昏线的交点处）正值日出，黑色粗箭头为各点此刻日影方向，而日影方向与太阳光照射方向相反，所以我们可以根据晨线上各点日影方向来推测太阳升起的方位。从图1可以看出：　　①北半球的B点、赤道上的C点和南半球的D三点此时日影都指向西南方，说明此时太阳均从东北方升起；　　②A点位于子夜线上（即此时其地方时为0点或24点），该点此时影子朝正南，说明当地这天太阳从正北方地平线上升起，又在正北方地平线上落下（更准确地说，当天太阳的周日视运动轨迹刚好在0点时分与当地的地平线相切于正北点，太阳并没有没入地平线下）；　　③E点只有在正午时，太阳才可能与当地的地平圈相切于正北方，从理论上讲，当地12点时可能有日影指向正南，即当天E地太阳可能出没在正北方地平线处；　　④从图中还可看出，位于赤道上的C点，日影与当地纬线交角为23°26′，说明太阳在夏至日时从东偏北23°26′的地方升起（实际上，只有在赤道上，太阳升落的方位角才与太阳直射点的纬度值相同，方位角以地平圈的东西点为起算点），而由B到A，或由D到E，纬度越来越高，日影与经线的交角越来越小，说明无论南北半球，随着纬度的升高，太阳升起的方位逐渐偏北；特殊地，在A、E点（即位于两条与晨昏线相切的纬线圈上的点），太阳从正北方升落。　　同理，可用两分日及冬至日的日照图来解释上述结论（略）。