提煉地理數(shù)據(jù)，深化認(rèn)識(shí)地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律

福建省大田縣大田第一中學(xué)（366100） 顏文景 羅春鉆

提煉地理數(shù)據(jù)，深化認(rèn)識(shí)地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律

福建省大田縣大田第一中學(xué)（366100） 顏文景 羅春鉆

對(duì)地理事物特征的描述包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是對(duì)地理事物進(jìn)行正確的定性概括；二是對(duì)地理事物的位置屬性和數(shù)量屬性能夠進(jìn)行恰如其分的定量表述。高中地理“地球運(yùn)動(dòng)”涉及的知識(shí)內(nèi)容如太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律、晝夜長(zhǎng)短變化規(guī)律、正午太陽高度變化規(guī)律、太陽視運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律等等，都只有定性的概括，缺少定量的表述。這主要是為了減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)，舍去了復(fù)雜的公式和冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)。然而我們發(fā)現(xiàn)，在地球運(yùn)動(dòng)教學(xué)中，正是因?yàn)閷⒂嘘P(guān)公式和數(shù)據(jù)完全擯棄，使學(xué)生對(duì)于地理事物的認(rèn)識(shí)只停留在表面的定性概括，缺乏定量認(rèn)識(shí)，在對(duì)地理運(yùn)動(dòng)規(guī)律做深入探究時(shí)易導(dǎo)致所學(xué)知識(shí)偏離科學(xué)性與真實(shí)性。

對(duì)地理事物的定量表述離不開地理公式和地理數(shù)據(jù)。對(duì)部分復(fù)雜的地理公式不做要求的情況下，要加強(qiáng)學(xué)生的定量認(rèn)識(shí)，只能依靠地理數(shù)據(jù)。地理數(shù)據(jù)是指明或者表示地理事物的數(shù)量或數(shù)量范圍的數(shù)據(jù)。它們?cè)谘芯康乩韱栴}時(shí)占有非常重要的地位。但是地理數(shù)據(jù)浩如煙海，不可能、也沒有必要都加以記憶，需要記憶的是那些真正有用和有效的地理數(shù)據(jù)。重要的地理數(shù)據(jù)就像深埋在巖層中的寶石，需要我們?cè)诮虒W(xué)過程中去挖掘和提煉。

一、太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律與重要地理數(shù)據(jù)

1. 太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律

由于黃赤交角的影響，太陽直射點(diǎn)總在南、北回歸線之間來回移動(dòng)，每年的春分和秋分，太陽直射在赤道上，即太陽赤緯為0°，夏至日太陽直射在北回歸線上，太陽赤緯為23°26′N，冬至日太陽直射在南回歸線上，太陽赤緯為23°26′S。

2. 認(rèn)知誤區(qū)分析

教材中的太陽直射點(diǎn)移動(dòng)規(guī)律只給出二分二至日的太陽赤緯，四個(gè)日期各相差了三個(gè)月，時(shí)間跨度太大，導(dǎo)致許多教師和學(xué)生對(duì)規(guī)律認(rèn)識(shí)不透徹而容易出現(xiàn)偏差。許多人誤以為太陽直射點(diǎn)從赤道移動(dòng)到回歸線的三個(gè)月時(shí)間里，太陽赤緯是均勻變化的，從而導(dǎo)致命題或解題出現(xiàn)失誤。

3. 例舉

（2007年全國(guó)1卷）圖1所示區(qū)域在北半球。弧線a為緯線，Q、P兩點(diǎn)的經(jīng)度差為90°；弧線b為晨昏線，M點(diǎn)為b線的緯度最高點(diǎn)。

圖1

（1）若此時(shí)為7月份，圖中M點(diǎn)的緯度數(shù)可能為（C）

A． 55°N B． 65°N C． 75°N D． 85°N

【辨析】M點(diǎn)為b線（晨昏線）的緯度最高點(diǎn)，也就是晨昏線與某條緯線的切點(diǎn)，該緯線處于極晝或極夜?fàn)顟B(tài)，此時(shí)太陽直射點(diǎn)的緯度與該緯線的緯度值互為余角。如果此時(shí)為7月份，圖中M點(diǎn)的緯度數(shù)不可能為75°N。查天文年歷可知，夏至（6月22日）太陽赤緯為23°26′N，小暑（7月7日或8日）太陽赤緯為22°44′N，大暑（7月23日）太陽赤緯為20°16′N，立秋（8月7日或8日）太陽赤緯為16°18′N，處暑（8月23日或24日）太陽赤緯為11°32′N。從夏至到立秋，即從6月22日到8月7日，太陽赤緯為23°26′N～16°18′N，相應(yīng)的晨昏線與緯線圈的切點(diǎn)應(yīng)該在66°34′N～72°42′N之間。圖中M點(diǎn)的緯度數(shù)為75°N，應(yīng)該出現(xiàn)在8月中旬。

之所以出現(xiàn)如此大的誤差，是因?yàn)槊}者弱化了太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律，認(rèn)為夏至到秋分，太陽直射點(diǎn)南移了23°26′，用時(shí)3個(gè)月，平均每個(gè)月約7°49′，因此認(rèn)定太陽直射點(diǎn)在15°N肯定出現(xiàn)在7月份。

4. 數(shù)據(jù)提煉

增加二十四節(jié)氣中的四立（立春、立夏、立秋、立冬）的太陽赤緯并加以記憶，“四立”的太陽赤緯數(shù)值均為16°18′。立夏（每年的5月5日或6日）、立秋（每年的8月7日或8日）的太陽赤緯為16°18′N,立冬（每年的11月7日或8日）、立春（每年的2月4日或5日）的太陽赤緯為16°18′S，并且“四立”與“二分二至”的時(shí)間間隔為一個(gè)半月。多記憶了這個(gè)數(shù)據(jù)，師生們通過對(duì)比，對(duì)太陽直射點(diǎn)移動(dòng)規(guī)律的理解會(huì)更上一個(gè)層次：太陽直射點(diǎn)移動(dòng)的緯距是不均勻的，在春、秋分日前后最快，在冬、夏至日前后最慢。

二、晝夜長(zhǎng)短變化規(guī)律與重要地理數(shù)據(jù)

1. 晝夜長(zhǎng)短變化規(guī)律

晝夜長(zhǎng)短隨緯度和季節(jié)的變化而變化。春分日和秋分日，全球各地晝夜等長(zhǎng)。自春分日至秋分日，是北半球的夏半年，在此期間，北半球各緯度晝長(zhǎng)大于夜長(zhǎng)，緯度越高，晝?cè)介L(zhǎng)，夜越短。自秋分日至次年春分日，是北半球的冬半年，在此期間，北半球各緯度晝長(zhǎng)小于夜長(zhǎng)，緯度越高，晝?cè)蕉?，夜越長(zhǎng)。南半球則相反。

2. 認(rèn)知難度分析

地理知識(shí)來源于生活，也服務(wù)于生活。古人因日出而作、日落而息，對(duì)晝夜長(zhǎng)短的變化體會(huì)很深刻，反應(yīng)也更加敏感，而現(xiàn)代人的生活因?yàn)橛辛穗?，?duì)晝夜長(zhǎng)短變化的感受就淡薄了許多，尤其是生產(chǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)缺乏的學(xué)生。另外，不同地域的人對(duì)晝夜長(zhǎng)短變化的感受也會(huì)有差異，通常是低緯度地區(qū)的人們感受不深，高緯度地區(qū)的人們感受很深。同一個(gè)地區(qū)的人對(duì)不同季節(jié)的晝夜長(zhǎng)短變化感受也不同，大致說來冬夏對(duì)比，感受較深，春秋季節(jié)，感受不深。高中學(xué)生雖然理解了晝夜長(zhǎng)短的變化規(guī)律，但由于時(shí)間和空間的跨度很大，對(duì)于某一時(shí)間或某一地點(diǎn)的晝夜長(zhǎng)短變化程度難以感知，所以在面對(duì)生活化情境的試題時(shí)往往一籌莫展。

3. 例舉

（2008年全國(guó)1卷）圖2中a是經(jīng)線，Q點(diǎn)為晨昏線與該經(jīng)線的交點(diǎn)。完成（1）～（2）題。

圖2

（1）若Q地的地方時(shí)為2時(shí)30分，則Q地的緯度可能為（D）

A． 30°～40° B． 45°～55°

C． 5°～l5° D． 60°～70°

（2）當(dāng)Q地位于北半球低緯時(shí)，可能的月份及時(shí)刻是（A）

A． 12月、17時(shí) 30分 B． 9月、17時(shí)

C. 6月、4時(shí)30分 D. 4月、5時(shí)

【辨析】第(1)小題，根據(jù)Q地的地方時(shí)為2時(shí)30分，Q點(diǎn)為晨昏線與該經(jīng)線的交點(diǎn)，可知Q地正值日出，推算出Q地晝長(zhǎng)應(yīng)為19小時(shí)，可是19小時(shí)的晝長(zhǎng)該出現(xiàn)在哪個(gè)緯度地帶?學(xué)生心中非常茫然，如果僅僅根據(jù)教材中的晝夜長(zhǎng)短變化規(guī)律是難以得出答案的。同樣的，第(2)小題四個(gè)選項(xiàng)中的時(shí)刻，要么是日出時(shí)刻，要么是日落時(shí)刻，如果不了解低緯度地區(qū)的晝長(zhǎng)值變化規(guī)律，也很難做出正確的判斷。

4. 數(shù)據(jù)提煉

增加緯度30°和60°地區(qū)的晝長(zhǎng)極值，分別為14小時(shí)和18.5小時(shí)。在不考慮大氣折射和太陽視半徑的情況下，根據(jù)晝長(zhǎng)的計(jì)算公式，cost=-tantan，t為半晝長(zhǎng)，2t為晝長(zhǎng)，為地理緯度，為太陽赤緯（即太陽直射點(diǎn)的地理緯度），取值均為北正南負(fù)。根據(jù)公式可以算出緯度為30°的最大晝長(zhǎng)（30°N的夏至日或30°S的冬至日）為13.93小時(shí)，緯度60°的最大晝長(zhǎng)（60°N的夏至日或60°S的冬至日）為18.48小時(shí)，因?yàn)?0°和60°作為低、中、高緯度的分界線，由此可以得出如下結(jié)論：低緯度地區(qū)最大晝長(zhǎng)不超過14小時(shí)，中緯度地區(qū)最大晝長(zhǎng)不超過18.5小時(shí)（注：理論上的晝長(zhǎng)，不包括晨昏蒙影）。這兩個(gè)晝長(zhǎng)極值數(shù)據(jù)使學(xué)生對(duì)晝夜長(zhǎng)短的變化幅度有了更加清晰的認(rèn)識(shí)，許多難點(diǎn)因此迎刃而解。

上述例題中，通過計(jì)算得出Q地的晝長(zhǎng)為19小時(shí)，由于中緯度地區(qū)最大晝長(zhǎng)不超過18.5小時(shí)，由此推定Q地必然處在高緯度地區(qū)，故選D；第(2)小題中，Q地位于北半球低緯，根據(jù)晝長(zhǎng)值數(shù)據(jù)，可以知道Q地的最大晝長(zhǎng)（6月22日）不超過14小時(shí)，因此日出時(shí)刻（地方時(shí)）應(yīng)該在5∶00之后，日落時(shí)刻（地方時(shí)）應(yīng)該在19∶00之前。根據(jù)晝長(zhǎng)極值數(shù)據(jù)，可以推算出一年中低緯度地區(qū)的晝長(zhǎng)值基本上是在10～14小時(shí)，因此日出時(shí)刻（地方時(shí)）在5∶00～7∶00，日落時(shí)刻在17∶00～19∶00，因此北半球某低緯度地區(qū)的Q地最有可能的月份及時(shí)刻是12月、17時(shí)30分（日落）。

三、太陽視運(yùn)動(dòng)規(guī)律與重要地理數(shù)據(jù)

1. 太陽視運(yùn)動(dòng)規(guī)律

春秋分，全球各地均日出正東方，日落正西方；夏半年（春分——夏至——秋分），全球各地日出東偏北，日落西偏北；冬半年（秋分——冬至——春分），全球各地日出東偏南，日落西偏南。

2. 認(rèn)知局限性分析

太陽從東方升起，在西方落下，這個(gè)常識(shí)深深印在普通人的記憶中。實(shí)際上，這里的東方和西方只是一個(gè)大致的方位，卻讓不少人把它當(dāng)成正東方和正西方。因?yàn)檫@種根深蒂固的觀念，對(duì)于太陽從北方或南方升起，在北方或南方落下，就會(huì)覺得匪夷所思。學(xué)習(xí)了太陽視運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，知道日出日落方位的偏角從0°到90°，但具體到某一地點(diǎn)、某一時(shí)間的日出日落方位偏角，就無從得知，繪圖或解題時(shí)依然很糾結(jié)。

3. 例舉

（2009年海南卷）一個(gè)課外活動(dòng)小組，分別觀測(cè)了其所在學(xué)校旗桿日出時(shí)的影子OM和正午的影子ON之間夾角——∠MON的變化情況。據(jù)此完成（1）題。

（1）某校一年之內(nèi)絕大部分時(shí)間∠MON接近直角，該?？赡芪挥冢–）

A． 中亞 B． 西亞 C． 東南亞 D． 南歐

【辨析】本題的命題出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的科學(xué)性錯(cuò)誤。日出時(shí)影子OM朝向偏西，正午的影子ON朝向正北或正南，也可能沒有影子（直射時(shí)刻），如果∠MON接近直角，說明日出時(shí)的影子OM朝向?yàn)檎鳎蚱呛苄?。一年中只有春分和秋分兩天，太陽從正東方向升起，∠MON等于直角，因此也只有在春分日和秋分日前后一段時(shí)間內(nèi)，∠MON才會(huì)接近直角。顯然，命題者主觀認(rèn)為，赤道地區(qū)終年晝夜等長(zhǎng)，日出在正東方，日落在正西方，因此處于或接近赤道的東南亞地區(qū)一年之內(nèi)絕大部分時(shí)間∠MON接近直角。

4. 數(shù)據(jù)提煉

增加特殊緯度的日出日落方位角數(shù)值：赤道上的日出日落方位偏角等于當(dāng)日的太陽直射點(diǎn)緯度值，緯度30°和60°地區(qū)的日出日落方位偏角極值（冬夏至日）分別為27°20′和52°43′。

我們知道，在不考慮大氣折射和太陽視半徑的情況下，日出（日落）方位偏角與地理緯度和太陽赤緯關(guān)系是：sinθ= sinδ/ cos?（說明：是太陽直射點(diǎn)的地理緯度，太陽直射在北半球時(shí)δ取正值，太陽直射在南半球時(shí)δ取負(fù)值；?是觀測(cè)點(diǎn)的地理緯度，總是取正值；θ表示日出相對(duì)于正東方向的偏角（或日落時(shí)相對(duì)于正西方向的偏角），θ為正值，表示日出點(diǎn)在東偏北（或日落點(diǎn)在西偏北），θ為負(fù)值，表示日出點(diǎn)在東偏南（或日落點(diǎn)在西偏南）。

根據(jù)公式可以算出：赤道地區(qū)在一年中任意一天日出日落的偏角等于該日太陽直射點(diǎn)的地理緯度，緯度30°地區(qū)在冬夏至?xí)r的日出日落方位與正東或正西偏角為27°20′，緯度60°地區(qū)在冬夏至?xí)r日出日落方位與正東或正西偏角為52°43′。在此基礎(chǔ)上歸納得出：低緯度地區(qū)冬夏至日出日落的偏角在23°26′～27°20′之間，中緯度地區(qū)冬夏至日出日落方位偏角在27°20′～52°43′之間，高緯度地區(qū)冬夏至日出日落方位偏角在52°43′～90°之間。從這個(gè)規(guī)律中我們還發(fā)現(xiàn)，低緯度地區(qū)的日出日落方位偏角與太陽赤緯差距很小，最大的差距也不到4°，因此可以讓學(xué)生建立這樣的概念：低緯度地區(qū)的日出日落方位偏角約等于當(dāng)日的太陽赤緯。有了這兩個(gè)重要數(shù)據(jù)，學(xué)生繪制的太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡圖可就準(zhǔn)確多了。

[1] 金祖孟．地球概論[M]．人民教育出版社,1983．

[2] 余明．簡(jiǎn)明天文學(xué)教程[M]．北京．科學(xué)出版社，2007．

[3] 2011年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試福建省文科綜合考試說明[M]．福建教育出版社, 2011．