例析解答日出、日落問題的常見方法

河南 李躍進(jìn)

(作者單位：河南省沁陽(yáng)市第一中學(xué))

在歷年高考中，許多地理試題以地球運(yùn)動(dòng)的圖文材料為載體，考查地球運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其地理意義，其中日出、日落是地球運(yùn)動(dòng)的重要地理意義之一，解答日出、日落問題是高考的高頻考點(diǎn)。那么，在地理試題中如何解答日出、日落問題呢？筆者結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，對(duì)自己在地理教學(xué)中解答日出、日落問題的案例進(jìn)行具體分析，以當(dāng)引玉之磚，供讀者參考。

一、日出、日落早晚的判斷方法

1.根據(jù)經(jīng)度和緯度判斷日出、日落的早晚

影響日出、日落早晚的因素主要有經(jīng)度和緯度。經(jīng)度影響是由地球自轉(zhuǎn)造成的，實(shí)質(zhì)就是地方時(shí)早晚的影響；緯度影響是由地球公轉(zhuǎn)造成的，實(shí)質(zhì)就是晝夜長(zhǎng)短的影響?？梢苑譃槿N情況：第一，兩點(diǎn)在同一條緯線。由于地球自西向東自轉(zhuǎn)，考慮經(jīng)度因素，東邊的地點(diǎn)比西邊的地點(diǎn)日出早、日落早，如圖1所示，B點(diǎn)比A點(diǎn)日出早、日落早(不考慮跨日界線因素)。第二，兩點(diǎn)在同一條經(jīng)線。二分日，全球晝夜長(zhǎng)短相同，均為晝夜平分，兩點(diǎn)同時(shí)日出同時(shí)日落；非二分日，由于不同緯度晝夜長(zhǎng)短不同，考慮緯度因素，白晝?cè)介L(zhǎng)則日出越早、日落越晚，白晝?cè)蕉虅t日出越晚、日落越早，如圖1所示，A點(diǎn)比C點(diǎn)日出早、日落晚。第三，兩點(diǎn)既不在同一條緯線，也不在同一條經(jīng)線，如圖1所示的B點(diǎn)和C點(diǎn)。需要綜合考慮經(jīng)度和緯度兩種因素。因此，根據(jù)經(jīng)度和緯度可以判斷日出、日落早晚(見圖1)。

圖1 經(jīng)度和緯度對(duì)日出、日落早晚的影響示意圖

【例1】圖2是我國(guó)北京、烏魯木齊的地理位置示意圖。一架飛機(jī)某日11時(shí)(北京時(shí)間)從北京起飛,飛行3小時(shí)30分鐘到達(dá)烏魯木齊，該日北京的晝長(zhǎng)為14小時(shí)19分鐘，烏魯木齊的晝長(zhǎng)為14小時(shí)43分鐘。

圖2 我國(guó)北京、烏魯木齊的地理位置示意圖

下列關(guān)于該日北京與烏魯木齊日出、日落早晚的比較，正確的是

( )

A.北京日出比烏魯木齊早,日落比烏魯木齊晚

B.北京日出比烏魯木齊晚,日落比烏魯木齊早

C.北京日出、日落均比烏魯木齊早

D.北京日出、日落均比烏魯木齊晚

【答案】C

【解析】考慮經(jīng)度因素，北京(116°E)位于烏魯木齊(88°E)東邊，而且經(jīng)度相差28°，北京比烏魯木齊日出早1小時(shí)52分鐘、日落早1小時(shí)52分鐘?？紤]緯度因素，該日北京的晝長(zhǎng)(14小時(shí)19分鐘)比烏魯木齊的晝長(zhǎng)(14小時(shí)43分鐘)短24分鐘，北京比烏魯木齊日出晚12分鐘、日落早12分鐘。綜合考慮經(jīng)度和緯度兩種因素，北京比烏魯木齊日出早1小時(shí)40分鐘、日落早2小時(shí)4分鐘。故選C選項(xiàng)。

2.根據(jù)地勢(shì)和大氣判斷日出、日落早晚

影響日出、日落早晚的因素還有地勢(shì)和大氣。地勢(shì)影響是由地球形狀、地勢(shì)高低造成的；大氣影響是由光的折射造成的?？紤]地勢(shì)因素，地勢(shì)越高則看到的日出越早、日落越晚；地勢(shì)越低則看到的日出越晚、日落越早，例如，與地面相比飛機(jī)上看到的日出早、日落晚。原因是：地球是個(gè)不規(guī)則的球體，地勢(shì)高處看到的地平線遠(yuǎn)，地勢(shì)低處看到的地平線近(見圖3甲)；地形高低起伏，地勢(shì)高處無(wú)障礙物、視野開闊，地勢(shì)低處有地形阻擋、視線受阻(見圖3乙)?？紤]大氣因素，地表有大氣層比無(wú)大氣層日出早、日落晚。原因是：若地表無(wú)大氣層，由于太陽(yáng)光是沿直線傳播的，地球上M點(diǎn)的人在太陽(yáng)到達(dá)S點(diǎn)(地平線)時(shí)看到日出、日落；若地表有大氣層，由于大氣對(duì)太陽(yáng)光的折射作用，地球上M點(diǎn)的人在太陽(yáng)到達(dá)S′點(diǎn)(在地平線以下)時(shí)看到日出、日落(見圖3丙)。因此，根據(jù)地勢(shì)和大氣可以判斷日出、日落早晚(見圖3)。

圖3 地勢(shì)和大氣對(duì)日出、日落早晚的影響示意圖

【例2】2018年國(guó)慶長(zhǎng)假期間，某中學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組赴我國(guó)東南某地進(jìn)行野外考察，圖4是該小組考察區(qū)域的等高線地形圖。

圖4 某小組考察區(qū)域的等高線地形圖

由此可知，甲、乙、丙、丁四地中能最早看到日出的是

( )

A.甲地 B.乙地 C.丙地 D.丁地

【答案】B

【解析】由題意可知，國(guó)慶長(zhǎng)假期間，太陽(yáng)直射南半球，該區(qū)域位于我國(guó)東南部，應(yīng)日出于東南方向。由圖4可知，甲地、丁地東南方向均有山頂或山脊阻擋視線，看到日出時(shí)間較晚；丙地東南方向雖然沒有山頂或山脊阻擋視線，但是海拔較低，看到日出時(shí)間也較晚；乙地位于山頂，四地中海拔最高，沒有地形阻擋視線，看到日出時(shí)間最早。故選B選項(xiàng)。

二、日出、日落時(shí)間的計(jì)算方法

1.根據(jù)晝夜長(zhǎng)短計(jì)算日出、日落時(shí)間

晝夜交替周期為1個(gè)太陽(yáng)日=24小時(shí)。其中，白晝可以分為上午和下午，由日出到12時(shí)為上午，由12時(shí)到日落為下午，上午和下午關(guān)于12時(shí)對(duì)稱；黑夜可以分為上半夜和下半夜，由日落到0時(shí)(或24時(shí))為上半夜，由0時(shí)(或24時(shí))到日出為下半夜，上半夜和下半夜關(guān)于0時(shí)(或24時(shí))對(duì)稱。由此可知，日出時(shí)間+日落時(shí)間=24時(shí)，日出時(shí)間=12-晝長(zhǎng)/2=夜長(zhǎng)/2，日落時(shí)間=12+晝長(zhǎng)/2=24-夜長(zhǎng)/2，公式中的日出、日落時(shí)間均為當(dāng)?shù)氐牡胤綍r(shí)。因此，根據(jù)晝夜長(zhǎng)短可以計(jì)算日出、日落時(shí)間(見圖5)。

圖5 晝夜交替周期示意圖

【拓展】晝夜長(zhǎng)短計(jì)算的對(duì)稱規(guī)律：①根據(jù)緯度對(duì)稱性的特點(diǎn)計(jì)算，關(guān)于赤道對(duì)稱的兩條緯線，一條緯線上的晝長(zhǎng)等于另一條緯線上的夜長(zhǎng)；②根據(jù)日期對(duì)稱性的特點(diǎn)計(jì)算，一年中同一地點(diǎn)關(guān)于二至日對(duì)稱的兩個(gè)日期晝夜長(zhǎng)短狀況相同，關(guān)于二分日對(duì)稱的兩個(gè)日期晝夜長(zhǎng)短狀況相反。

【例3】對(duì)跖點(diǎn)是地球同一直徑的兩個(gè)端點(diǎn)。已知M地(20°S，70°W)與我國(guó)?？谑惺菍?duì)跖點(diǎn)，M地一年中最大晝長(zhǎng)為13時(shí)13分。

由此可知，?？谑邢闹寥盏娜粘鰰r(shí)間是

( )

A.6時(shí)36分30秒 B.7時(shí)12分30秒

C.5時(shí)23分30秒 D.4時(shí)09分30秒

【答案】C

【解析】由題意可知，M地與?？谑菍?duì)跖點(diǎn)，即M地地理坐標(biāo)是(20°S，70°W)、海口地理坐標(biāo)是(20°N，110°E)。M地與?？谖挥陉P(guān)于赤道對(duì)稱的兩條緯線上，同一日期這兩個(gè)地方晝夜長(zhǎng)短相反，因此，?？谙闹寥盏臅冮L(zhǎng)與M地夏至日的夜長(zhǎng)相等；夏至日與冬至日是關(guān)于二分日對(duì)稱的兩個(gè)日期，同一地點(diǎn)這兩個(gè)日期晝夜長(zhǎng)短相反，因此，M地夏至日的夜長(zhǎng)與M地冬至日的晝長(zhǎng)相等；?？谙闹寥盏臅冮L(zhǎng)與M地冬至日的晝長(zhǎng)相等。由題意可知，M地位于南半球，一年中最大晝長(zhǎng)13時(shí)13分應(yīng)在冬至日，即M地冬至日的晝長(zhǎng)為13時(shí)13分，因此?？谙闹寥盏臅冮L(zhǎng)為13時(shí)13分、日出時(shí)間為5時(shí)23分30秒。故選C選項(xiàng)。

2.根據(jù)晨昏線地方時(shí)計(jì)算日出、日落時(shí)間

日出時(shí)間是所在緯線與晨線交點(diǎn)的地方時(shí)，日落時(shí)間是所在緯線與昏線交點(diǎn)的地方時(shí)，同一緯線各地晝夜長(zhǎng)短狀況相同，日出、日落時(shí)間相同。地方時(shí)的計(jì)算方法是：第一，定已知點(diǎn)。已知點(diǎn)就是既知道經(jīng)度又知道地方時(shí)的點(diǎn)，為計(jì)算未知點(diǎn)的地方時(shí)作參照點(diǎn)。第二，定經(jīng)度差。經(jīng)度差就是未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的經(jīng)度差，遵循“同經(jīng)相減、異經(jīng)相加”原則。第三，定時(shí)差。時(shí)差就是未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的地方時(shí)差，經(jīng)度差15°則地方時(shí)差1小時(shí)，經(jīng)度差1°則地方時(shí)差4分鐘。第四，定方向。方向就是未知點(diǎn)與已知點(diǎn)的相對(duì)東西方向，兩點(diǎn)均是東經(jīng)則度數(shù)大的在東邊，兩點(diǎn)均是西經(jīng)則度數(shù)大的在西邊，一點(diǎn)是東經(jīng)而另一點(diǎn)是西經(jīng)則東經(jīng)在東、西經(jīng)在西。第五，定地方時(shí)。地方時(shí)就是所求的未知點(diǎn)的地方時(shí)，將已知點(diǎn)的地方時(shí)加上或減去兩點(diǎn)時(shí)差，遵循“東早西晚、東加西減”的原則。因此，根據(jù)晨昏線地方時(shí)可以計(jì)算日出、日落時(shí)間(見圖6)。

圖6 畫數(shù)軸計(jì)算地方時(shí)示意圖

【拓展】①光照?qǐng)D中的已知點(diǎn)。晝半球中央經(jīng)線地方時(shí)為12時(shí)，夜半球中央經(jīng)線地方時(shí)為0時(shí)或24時(shí)，晨線與赤道交點(diǎn)地方時(shí)為6時(shí)，昏線與赤道交點(diǎn)地方時(shí)為18時(shí)，晨昏線與極晝?nèi)η悬c(diǎn)地方時(shí)為0時(shí)或24時(shí)，晨昏線與極夜圈切點(diǎn)地方時(shí)為12時(shí)，太陽(yáng)直射點(diǎn)地方時(shí)為12時(shí)。②特殊的日出、日落時(shí)間。赤道上全年晝夜平分，全年日出為6時(shí)、日落為18時(shí)；二分日全球晝夜平分，全球日出為6時(shí)、日落為18時(shí)；極圈內(nèi)極夜后首次日出的日出為12時(shí)，極晝后首次日落的日落為0時(shí)或24時(shí)。

【例4】圖7是某日地球光照?qǐng)D。

圖7 某日地球光照?qǐng)D

甲地日出時(shí)間和乙地日落時(shí)間分別是

( )

A.4時(shí)、20時(shí) B.10時(shí)、20時(shí)

C.4時(shí)、14時(shí) D.10時(shí)、14時(shí)

【答案】C

【解析】由圖7可知，晨線與赤道交點(diǎn)的經(jīng)度為150°E、地方時(shí)為6時(shí)，甲地、乙地的經(jīng)度分別為120°E、150°W，可求得此時(shí)甲地、乙地的地方時(shí)分別為4時(shí)、10時(shí)；甲地、乙地均位于晨線上，晨線上的地方時(shí)就是該地的日出時(shí)間，可判斷甲地、乙地的日出時(shí)間分別為4時(shí)、10時(shí)，進(jìn)一步可求得乙地的日落時(shí)間是14時(shí)。故選C選項(xiàng)。

三、日出、日落方位的判斷方法

1.根據(jù)太陽(yáng)直射點(diǎn)位置判斷晝夜交替地區(qū)的日出、日落方位

太陽(yáng)直射點(diǎn)位置決定晝夜交替地區(qū)的日出、日落方位，太陽(yáng)直射哪個(gè)半球，太陽(yáng)就東偏哪個(gè)方向升起、西偏哪個(gè)方向落下。具體而言，太陽(yáng)直射北半球，則晝夜交替地區(qū)日出于東北、日落于西北(見圖8甲)；太陽(yáng)直射赤道，則全球日出于正東、日落于正西(見圖8乙)(極點(diǎn)除外)；太陽(yáng)直射南半球，則晝夜交替地區(qū)日出于東南、日落于西南(見圖8丙)。因此，根據(jù)太陽(yáng)直射點(diǎn)位置可以判斷晝夜交替地區(qū)的日出、日落方位(見圖8)。

甲

乙

丙

【例5】圖9是地球公轉(zhuǎn)線速度變化圖。

圖9 地球公轉(zhuǎn)線速度變化圖

當(dāng)?shù)厍蚬D(zhuǎn)線速度為N時(shí)，該日河南省沁陽(yáng)市第一中學(xué)的日出、日落方位分別是

( )

A.東北、西北 B.東南、西南

C.東北、西南 D.東南、西北

【答案】A

【解析】由圖9可知，當(dāng)?shù)厍蚬D(zhuǎn)線速度為N時(shí)，一年中地球公轉(zhuǎn)速度最慢，地球位于公轉(zhuǎn)軌道上的遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，應(yīng)為7月初；此時(shí)，太陽(yáng)直射北半球，全球晝夜交替地區(qū)日出于東北方向、日落于西北方向，因此河南省沁陽(yáng)市第一中學(xué)的日出、日落方位分別是東北、西北。故選A選項(xiàng)。

2.根據(jù)太陽(yáng)直射點(diǎn)位置判斷極晝地區(qū)的日出、日落方位

太陽(yáng)直射點(diǎn)位置決定極晝地區(qū)的日出、日落方位，太陽(yáng)直射哪個(gè)半球，哪個(gè)半球的極點(diǎn)附近出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，極晝地區(qū)(極點(diǎn)除外)0時(shí)(或24時(shí))太陽(yáng)就正什么方向升、正什么方向落。具體而言，太陽(yáng)直射北半球，北極點(diǎn)附近出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，則極晝地區(qū)(北極點(diǎn)除外)0時(shí)(或24時(shí))太陽(yáng)正北升、正北落(見圖10甲)；太陽(yáng)直射赤道，全球無(wú)極晝極夜現(xiàn)象；太陽(yáng)直射南半球，南極點(diǎn)附近出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，則極晝地區(qū)(南極點(diǎn)除外)0時(shí)(或24時(shí))太陽(yáng)正南升、正南落(見圖10乙)。因此，根據(jù)太陽(yáng)直射點(diǎn)位置可以判斷極晝地區(qū)的日出、日落方位(見圖10)。

圖10 極晝地區(qū)太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)示意圖

【例6】圖11是某地(66°34′N，120°E)在一天24小時(shí)中太陽(yáng)高度的變化示意圖。

圖11 北極圈上某地一天中太陽(yáng)高度變化示意圖

在①時(shí)刻太陽(yáng)位于該地的

( )

A.正東 B.正西 C.正南 D.正北

【答案】D

【解析】由題意可知，該地位于北極圈，出現(xiàn)了極晝現(xiàn)象，因此該日為夏至日(6月22日)，太陽(yáng)直射北回歸線。由圖11可知，該地在①時(shí)刻太陽(yáng)高度為0°，是一天中太陽(yáng)高度的最小值，因此該地在①時(shí)刻的地方時(shí)為0時(shí)(或24時(shí))。綜上所述，該地在①時(shí)刻太陽(yáng)正北升、正北落，即太陽(yáng)位于該地的正北方向。故選D選項(xiàng)。

四、日出、日落偏角的變化規(guī)律

日出偏角是指日出時(shí)刻太陽(yáng)方位與正東方向的夾角(見圖12中的α)，日落偏角是指日落時(shí)刻太陽(yáng)方位與正西方向的夾角(見圖12中的β)，由對(duì)稱規(guī)律可知日出偏角(α)與日落偏角(β)相等。

圖12 夏至日北半球某地日出、日落偏角示意圖

1.根據(jù)日期判斷日出、日落偏角的變化規(guī)律

由于黃赤交角的存在，太陽(yáng)直射點(diǎn)在南、北回歸線之間來(lái)回移動(dòng)，使得同一緯度不同日期日出、日落偏角不同。二分日日出、日落偏角最小(0°)，即日出于正東、日落于正西；二至日，日出、日落偏角最大，即夏至日向北偏角最大，冬至日向南偏角最大，不同緯度偏角最大值不同；由春分日→夏至日→秋分日→冬至日→春分日，日出、日落偏角變化依次為向北偏角增大、向北偏角減小、向南偏角增大、向南偏角減小。因此，根據(jù)日期可以判斷日出、日落偏角的變化規(guī)律，日出、日落偏角與太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度呈正相關(guān)。

【拓展】列表說(shuō)明北京(39°54′N)在不同節(jié)氣的日出、日落偏角的變化(見表1)。

表1

【例7】圖13為嫦娥五號(hào)11個(gè)重大任務(wù)流程示意圖。

圖13 嫦娥五號(hào)11個(gè)重大任務(wù)流程示意圖

在嫦娥五號(hào)成功發(fā)射到返回器安全著陸期間，海南文昌的日落偏角變化規(guī)律是

( )

A.西偏南逐漸變大

B.西偏南逐漸變小

C.西偏南先變大后變小

D.西偏南先變小后變大

【答案】A

【解析】由圖13可知，嫦娥五號(hào)2020年11月24日4時(shí)30分成功發(fā)射，12月17日1時(shí)59分返回器安全著陸。在此時(shí)間段內(nèi)太陽(yáng)直射南半球，海南文昌日出于東南、日落于西南；太陽(yáng)直射點(diǎn)由赤道向南回歸線移動(dòng)，海南文昌日出、日落偏角逐漸變大。因此，海南文昌的日落偏角變化規(guī)律是西偏南逐漸變大。故選A選項(xiàng)。

2.根據(jù)緯度判斷日出、日落偏角的變化規(guī)律

由于黃赤交角的存在，太陽(yáng)直射點(diǎn)在南、北回歸線之間來(lái)回移動(dòng)，使得同一日期不同緯度日出、日落偏角不同。赤道上日出、日落偏角最小，等于太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度；極晝?nèi)蜆O夜圈日出、日落偏角最大(90°)，即太陽(yáng)直射北半球時(shí)日出于正北、日落于正北，太陽(yáng)直射南半球時(shí)日出于正南、日落于正南；由赤道向極晝?nèi)蜆O夜圈隨緯度的增加，日出、日落偏角逐漸增大。因此，根據(jù)緯度可以判斷日出、日落偏角的變化規(guī)律，日出、日落偏角與觀察點(diǎn)緯度呈正相關(guān)。

【拓展】列表說(shuō)明二至日在不同緯度的日出、日落偏角的變化(見表2)。

表2

【例8】泰山玉皇頂(36°16′N，117°06′E)觀日出是泰山旅游的一個(gè)重要項(xiàng)目。圖14是四地二分二至日日出偏角與正午太陽(yáng)高度關(guān)系圖。

圖14 四地二分二至日日出偏角與正午太陽(yáng)高度關(guān)系圖

推斷夏至日泰山玉泉頂日出偏角應(yīng)在

( )

A.東偏北23°26′以下

B.東偏北23°26′～25°42′

C.東偏北25°42′～31°16′

D.東偏北31°16′以上

【答案】C

【解析】由圖14可知，①的二分日正午太陽(yáng)高度為90°，應(yīng)位于赤道；②的夏至日正午太陽(yáng)高度為90°，應(yīng)位于北回歸線；③的二分日正午太陽(yáng)高度為50°，且夏至日正午太陽(yáng)高度大于冬至日，應(yīng)位于40°N；④的夏至日正午太陽(yáng)高度為0°，應(yīng)位于南極圈。因此，泰山玉皇頂(36°16′N)的緯度介于②③之間。由圖14可知，夏至日②的日出偏角為東偏北25°42′，③的日出偏角為東偏北36°16′；由日出、日落偏角的變化規(guī)律可知，同一日期日出、日落偏角與觀察點(diǎn)緯度正相關(guān)，夏至日泰山玉泉頂日出、日落偏角應(yīng)介于②③之間。因此，夏至日泰山玉皇頂?shù)娜粘銎菫闁|偏北25°42′～31°16′。故選C選項(xiàng)。

在地理學(xué)科中，日出、日落是一個(gè)非常重要的自然地理現(xiàn)象，它與人類的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)，因此，我們必須熟練掌握日出、日落問題的解答方法，上述方法有時(shí)還可以混搭使用。日出、日落問題的解答要結(jié)合試題的圖文信息，聯(lián)系所學(xué)的地理知識(shí)，從多層次、多方位、多維度進(jìn)行綜合分析。