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        日出日落地平方位的簡(jiǎn)易幾何解析

        2009-05-19 03:49:14王慶良
        關(guān)鍵詞:觀測(cè)者正東北半球

        王慶良

        地球表面任一地點(diǎn)(南、北極點(diǎn)除外)的日出日落地平方位具有怎樣的時(shí)空變化規(guī)律?這是高中自然地理經(jīng)常涉及的一個(gè)重要問(wèn)題。在教學(xué)實(shí)踐中,我運(yùn)用簡(jiǎn)易幾何圖形解析法,直觀系統(tǒng)地總結(jié)了這一規(guī)律,顯著地提高了學(xué)生的空間思維能力,收到了良好的教學(xué)效果。

        一、北半球(0°<¢<90°N)的日出日落地平方位

        如圖1所示,大圓代表天球,PP'代表天軸。QQ'代表天赤道,NS代表北半球某一地點(diǎn)的地平面,圓心O既代表該地點(diǎn)的觀測(cè)者,又代表該地地平面的正東或正西點(diǎn)(從北天極俯視,太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)為順時(shí)針?lè)较颍蕡D中QQ'與NS的里側(cè)交點(diǎn)代表正東點(diǎn),外側(cè)交點(diǎn)代表正西點(diǎn))。下面我們從幾個(gè)不同的時(shí)段對(duì)該地的日出日落地平方位進(jìn)行討論。

        1.二分日的日出日落地平方位。二分日時(shí),太陽(yáng)直射赤道,太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'與天赤道QQ'重合(如圖1所示),故該日的日出太陽(yáng)(里交點(diǎn))位于該地地平面的正東方,日落太陽(yáng)(外交點(diǎn))位于該地地平面的正西方。簡(jiǎn)言之,二分日時(shí),該地日出正東方向,日落正西方向。

        2.北半球夏半年的日出日落地平方位。北半球夏半年時(shí),太陽(yáng)直射北半球,故、太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'位于天赤道QQ'以北(如圖2所示),則qq'與NS的交點(diǎn)R位于圓心(觀測(cè)者)的東北方或西北方。即北半球夏半年時(shí),該地日出東偏北方向,日落西偏北方向。

        3.北半球冬半年的日出日落地平方位。北半球冬半年時(shí),太陽(yáng)直射南半球,故太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'位于天赤道QQ'以南(如圖3所示),則qq'與NS的交點(diǎn)R位于圓心(觀測(cè)者)的東南方或西南方。即北半球冬半年時(shí),該地日出東偏南方向,日落西偏南方向。

        二、南半球(0°<¢<90°S)的日出日落地平方位

        如4所示,SN代表南半球某一地點(diǎn)的地平面,圓心O既代表該地點(diǎn)的觀測(cè)者,又代表該地地平面的正東或正西點(diǎn)(從南天極俯視,太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)為逆時(shí)針?lè)较?,故圖中QQ'與SN的里側(cè)交點(diǎn)代表正西點(diǎn),外側(cè)交點(diǎn)代表正東點(diǎn))。同樣我們可以從三個(gè)不同的時(shí)段對(duì)該地的日出日落地平方位進(jìn)行討論。

        1.二分日的日出日落地平方位。二分日時(shí),太陽(yáng)直射赤道,太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'與天赤道QQ'重合(如圖4所示),故該日的日出太陽(yáng)(外交點(diǎn))位于該地地平面的正東方,日落太陽(yáng)(里交點(diǎn))位于該地地平面的正西方。簡(jiǎn)言之,二分日時(shí),該地日出正東方向,日落正西方向。

        2.北半球夏半年的日出日落地平方位。北半球夏半年時(shí),太陽(yáng)直射北半球,故太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'位于天赤道QQ'以北(如圖5所示),則qq'與SN的交點(diǎn)R位于圓心(觀測(cè)者)的東北方或西北方。即北半球夏半年時(shí),該地日出東偏北方向,日落西偏北方向。

        3.北半球冬半年的日出日落地平方位。北半球冬半年時(shí),太陽(yáng)直射南半球,故太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'位于天赤道QQ'以南(如圖6所示),則qq'與SN的交點(diǎn)R位于圓心(觀測(cè)者)的東南方或西南方。即北半球冬半年時(shí),該地日出東偏南方向,日落西偏南方向。

        三、赤道(¢=0°)的日出日落地平方位

        若某地位于赤道上,則該地地平圈NS與天子午圈pp'重合(如圖7所示),天赤道QQ'則與地平圈NS垂直,二者的交點(diǎn)代表正東或正西點(diǎn)。我們?nèi)匀粡娜齻€(gè)不同的時(shí)段對(duì)該地的日出日落地平方位進(jìn)行討論。

        1.二分日的日出日落地平方位。二分日時(shí),太陽(yáng)直射赤道,太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'與天赤道QQ'重合(如圖7所示),故該日的日出太陽(yáng)(里交點(diǎn))位于圓心(觀測(cè)者)的正東方,日落太陽(yáng)(外交點(diǎn))位于圓心(觀測(cè)者)的正西方。簡(jiǎn)言之,二分日時(shí),該地日出正東方向,日落正西方向。

        2.北半球夏半年的日出日落地平方位。北半球夏半年時(shí),太陽(yáng)直射北半球,故太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'位于天赤道QQ'以北(如圖8所示),則qq'與NS的交點(diǎn)R位于圓心(觀測(cè)者)的東北方或西北方。即北半球夏半年時(shí),該地日出東偏北方向,日落西偏北方向(偏角大小與太陽(yáng)直射點(diǎn)的地理緯度相等)。

        3.北半球冬半年的日出日落地平方位。北半球冬半年時(shí)。太陽(yáng)直射南半球,故太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡qq'位于天赤道QQ'以南(如圖9所示),則qq'與NS的交點(diǎn)R位于圓心(觀測(cè)者)的東南方或西南方。即北半球冬半年時(shí),該地日出東偏南方向,日落西偏南方向。

        綜上所述,地球表面任一地點(diǎn)(南北極點(diǎn)除外)的日出日落地平方位是由太陽(yáng)直射點(diǎn)的緯度位置(半球位置)和所在地點(diǎn)的緯度位置共同決定的,它具有時(shí)空雙重變化的規(guī)律性,即:同一時(shí)間,它隨所在地點(diǎn)的緯度高低而不同,緯度位置越高,日出日落的地平偏角就越大,反之越小。同一地點(diǎn),它隨太陽(yáng)直射點(diǎn)的移動(dòng)而變化:北半球夏半年(太陽(yáng)直射北半球)時(shí),全球(極點(diǎn)除外)各地日出東偏北方向,日落西偏北方向;北半球冬半年(太陽(yáng)直射南半球)時(shí),全球(極點(diǎn)除外)各地日出東偏南方向,日落西偏南方向;北半球二分日(太陽(yáng)直射赤道)時(shí),全球(極點(diǎn)除外)各地日出正東方向,日落正西方向;太陽(yáng)直射點(diǎn)的緯度越高,日出日落的地平偏角也就越大;極圈及其以內(nèi)地區(qū)的日出日落地平偏角最大可達(dá)90°。

        事實(shí)證明,作為一種特殊的地圖,簡(jiǎn)易幾何圖形以其直觀性和邏輯性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),在某些天文地理規(guī)律的探尋過(guò)程中往往發(fā)揮著其他方式無(wú)法取代的獨(dú)特作用。我們不妨運(yùn)用此法,在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行更多的有益嘗試,相信其在啟迪思維、增進(jìn)智慧的過(guò)程中能夠迸發(fā)出更加絢麗的火花。

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