談太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡圖的繪制及應(yīng)用

摘要：北半球冬半年，太陽直射點(diǎn)在南半球，日出方位為東南方，緯度越高越接近正南。北半球夏半年，太陽直射點(diǎn)在北半球，日出方位為東北方，緯度越高越接近正北。

關(guān)鍵詞：太陽；周日視運(yùn)動(dòng)圖；日出日落方位；直射點(diǎn)；正午太陽高度角

太陽周日視運(yùn)動(dòng)，就是太陽以地球自轉(zhuǎn)的相反方向，繞地軸并隨著天球旋轉(zhuǎn)，以一太陽日為周期的自東向西的“巡天”運(yùn)動(dòng)。由于太陽運(yùn)行的黃道面與地球的赤道面并不平行，這就導(dǎo)致太陽半年在天赤道以北運(yùn)動(dòng)，半年在天赤道以南運(yùn)動(dòng)，造成了同一緯度太陽周日視運(yùn)動(dòng)具有周年變化的規(guī)律。由于太陽周日視運(yùn)動(dòng)軌跡圖是以觀測(cè)點(diǎn)為中心，目視太陽在天球上運(yùn)行所形成的軌跡示意圖，與教材上以太陽為中心的地球公轉(zhuǎn)示意圖差別較大，而且課本上直接涉及這方面內(nèi)容較少，又沒有詳細(xì)說明，因此，這往往成為同學(xué)們學(xué)習(xí)的薄弱點(diǎn)，也成為教師教學(xué)的難點(diǎn)，然而在高考中對(duì)太陽視運(yùn)動(dòng)有一定的要求。筆者經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐與研究，發(fā)現(xiàn)如果掌握了太陽周日視運(yùn)動(dòng)路線圖的繪制方法及其構(gòu)成要素，然后將所學(xué)的課本知識(shí)進(jìn)行有效的整合，就可以掌握“太陽視運(yùn)動(dòng)路線圖”規(guī)律，很多問題也就可以迎刃而解了。

一、 太陽視運(yùn)動(dòng)路線圖的繪制

1.畫出地球，并標(biāo)出地軸和赤道，作出某日太陽的光線。

2.確定觀測(cè)點(diǎn)的位置。

3.過地心和觀測(cè)點(diǎn)連線。

然后過觀測(cè)點(diǎn)作連線垂線，該線即為過觀測(cè)點(diǎn)的地平線，即該地的南北方向線，過觀測(cè)點(diǎn)作南北方向線與上述連線的垂線即為該地的東西方向線；以觀測(cè)點(diǎn)為圓心，以地球半徑為半徑，過觀測(cè)點(diǎn)東西方向線和南北方向線作地球的切平面(該面即為過觀測(cè)點(diǎn)的地平面（因?yàn)橛^測(cè)角度的原因，一般用橢圓表示地平圈）。

4.以觀測(cè)點(diǎn)為圓心，以地球半徑為半徑的求球，可表示該觀測(cè)點(diǎn)看到的天球。

5.地心和觀測(cè)點(diǎn)連線與天球有兩個(gè)交點(diǎn)，在地平面之上的交點(diǎn)為該觀測(cè)點(diǎn)的天頂，在地平面之下的交點(diǎn)為該點(diǎn)的天底。

6.過觀測(cè)點(diǎn)作太陽光線的平行線與天球的交點(diǎn)即太陽在該地上中天即正午12點(diǎn)，過交點(diǎn)作地軸的垂線與天球的交點(diǎn)即太陽在該地下中天即0點(diǎn)（或24點(diǎn)）的位置。

7.過上述交點(diǎn)作垂直于地軸或平行于赤道的圓，表示該日該地太陽視運(yùn)動(dòng)路線（因?yàn)橛^測(cè)角度原因，可以用橢圓表示），而且標(biāo)上箭頭（與地球自轉(zhuǎn)方向相反）。

圖1

圖2

（圖1、圖2分別為以赤道、北回歸線上某一點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn)，二分二至日太陽視運(yùn)動(dòng)路線圖，南半球反之）

二、 太陽視運(yùn)動(dòng)圖的判讀

1. 確定地平面上的方向

一般地面方向，我們用的是“十字架”的方向，即“上北下南、左西右東”。也可以根據(jù)二分日日出和日落的方向或二分二至正午時(shí)太陽的方向確定。

2. 晝夜長短比較

晝夜長短比較為地平面之上軌跡線與地平面之下軌跡線的比較，根據(jù)兩者各自所占的比例可確定觀察者當(dāng)?shù)卮藭r(shí)的晝夜長短情況。當(dāng)?shù)仄矫嬷宪壽E線大于地平面之下軌跡線時(shí)，晝長大于夜長；反之，晝長小于夜長；當(dāng)二者相等時(shí)，晝長等于夜長。當(dāng)太陽的周日視運(yùn)動(dòng)圈全部位于地平面上之，為極晝；反之，為極夜。

3. 太陽高度的變化可確定太陽直射點(diǎn)的緯度和時(shí)刻

太陽高度是太陽光線與當(dāng)?shù)氐仄矫娴膴A角。一天之中太陽高度在不斷的變化（除兩極點(diǎn)外，兩極點(diǎn)的太陽高度一天之中是不變的，且等于當(dāng)天太陽直射點(diǎn)的緯度）。太陽位于上中天時(shí)即一天之中太陽的最高點(diǎn)時(shí)是正午12點(diǎn)。太陽位于地平面時(shí)即太陽運(yùn)動(dòng)軌跡線與地平面東側(cè)交點(diǎn)為日出，西側(cè)為日落。太陽在下中天，即一天之中太陽的最低點(diǎn)是0點(diǎn)或24點(diǎn)。

4. 確定正午太陽高度的大小和方位

確定正午太陽高度的大小為正午太陽與地平面中心點(diǎn)的連線和地平面之間的夾角，正午太陽高度的大小的比較即為為該夾角的比較。

正午太陽高度的方位為正午太陽相對(duì)于當(dāng)?shù)靥祉數(shù)姆较?。北回歸線以北，正午看到太陽的方向一直在正南；北回歸線上，正午看太陽方向夏至日在頭頂上，最大太陽高度為90°，其他一直在正南；南北回歸線之間，正午看太陽方向有時(shí)在北，有時(shí)在南，最大的太陽高度為90°；南回歸線上，正午看太陽方向，冬至日在頭頂上，最大太陽高度為90°，其他一直在正北；南回歸線以南，正午看太陽方向一直在正北。

5. 根據(jù)日出日落方位，可以確定直射點(diǎn)的大致范圍和季節(jié)

北半球冬半年，太陽直射點(diǎn)在南半球，日出方位為東南方，緯度越高越接近正南。北半球出現(xiàn)極夜的最低緯度日出（12點(diǎn)）為正南，南半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日出（0點(diǎn)）為正南。日落方位為西南方，緯度越高越接近正南。北半球出現(xiàn)極夜的最低緯度日落（12點(diǎn)）正南，南半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日落（0點(diǎn)）正南。

北半球夏半年，太陽直射點(diǎn)在北半球，日出方位為東北方，緯度越高越接近正北。北半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日出（0點(diǎn)）為正北，南半球出現(xiàn)極夜的最低緯度日出（12點(diǎn)）為正北。日落方位為西北方，緯度越高越接近正北。北半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日落（0點(diǎn)）正北，南半球出現(xiàn)極晝的最低緯度日落（12點(diǎn)）正北。

北半球春秋二分日，太陽直射點(diǎn)在赤道上，日出方位為正東方，日落方位為正西方。

6. 可根據(jù)二分二至正午太陽高度確定當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?/p>

正午太陽高度= 90°-直射點(diǎn)和當(dāng)?shù)氐木暥乳g隔。

7. 可根據(jù)二分二至當(dāng)?shù)厝粘鋈章涞谋本r(shí)間（并非當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)）可確定當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度

首先根據(jù)二分二至當(dāng)?shù)厝粘鋈章涞谋本r(shí)間，利用公式：晝長＝日落時(shí)間-日出時(shí)間計(jì)算出當(dāng)日當(dāng)?shù)氐臅冮L；然后根據(jù)公式：日出=12-晝長/2或日落=12+計(jì)算出當(dāng)?shù)厝粘龌蛉章涞牡胤綍r(shí)間；再根據(jù)當(dāng)?shù)厝粘龌蛉章鋾r(shí)當(dāng)?shù)貢r(shí)間與北京時(shí)間的差等于既當(dāng)?shù)亟?jīng)度與120°E差，最后根據(jù)東加西減的原則即可求出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度。

8. 根據(jù)太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡可以判讀日影方向和長短

日影方向：與太陽位置相反，日影的長度與太陽高度成反比，極夜的地區(qū)無日影。半夜出現(xiàn)在極晝地區(qū)如果是北極點(diǎn)，日影始終朝南；如果是南極點(diǎn)，日影始終朝北。

總之，太陽升落方位、正午太陽方位、正午太陽高度、晝夜長短不是固定不變的，它因緯度而不同，隨季節(jié)而變化，它是太陽回歸運(yùn)動(dòng)在地面上的反映。只要掌握了太陽直射點(diǎn)在地面上的移動(dòng)規(guī)律，太陽視運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律便可迎刃而解。要掌握太陽視運(yùn)動(dòng)知識(shí)，還需要大家建立空間想象能力，并且多畫圖，多練習(xí)，在題目當(dāng)中領(lǐng)會(huì)太陽視運(yùn)動(dòng)。（焦作市第四中學(xué)）