云南省通?？h第一中學(xué)（652700） 沈洪健

太陽運行軌跡圖的繪制、解讀、應(yīng)用

云南省通海縣第一中學(xué)（652700） 沈洪健

太陽運行軌跡圖是以觀測者所在地為中心，太陽在天空運行的軌跡示意圖，是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。太陽在天空中的運行影響著人們的生產(chǎn)生活，古人的日晷計時，當(dāng)今的太陽能利用，無不體現(xiàn)太陽運行知識的重要性。因為缺乏空間想象能力，太陽視運行對于高中學(xué)生而言較難理解，以往的中學(xué)地理教材對此內(nèi)容幾乎是空白，而地理新課程中已大量應(yīng)用于探究實踐活動中，且近些年高考中對太陽視運動已有一定的要求。學(xué)會繪制太陽運行軌跡圖就能深刻理解天體的周日視運行規(guī)律，深入解讀太陽運行軌跡圖將使我們能更好地利用太陽輻射來生活和工作。

一、太陽運行軌跡圖繪制

1. 北緯θ和南緯φ太陽運行軌跡圖的繪制

（1）以觀測點O為中心繪制地平面和“天穹”，標(biāo)出東、南、西、北四方位及天頂。

（2）作該地緯度：以觀測點O為中心從正北升起角度θ為北緯θ（M即是北極星位置）、從正南升起角度φ為南緯φ（m即是南天極位置）。

（3）因春秋分正午太陽高度與當(dāng)?shù)鼐暥然ビ啵^O作OM(om)的垂線可得春秋分日正午太陽位置，該位置與正東、正西三點連成弧線即為春秋分日太陽運行軌跡，太陽正東升正西落。

（4）在春秋分日正午太陽位置南北兩側(cè)各23°26′處，標(biāo)出冬至（南側(cè)）、夏至（北側(cè)）日正午太陽位置，據(jù)冬、夏至日正午太陽位置，作平行于春秋分日太陽運行軌跡，即得冬、夏至日太陽運行軌跡，其他日期太陽運行軌跡介于冬、夏至日間。

2. 南北極、南北極圈、南北回歸線、赤道處的太陽運行軌跡圖

二、太陽運行軌跡圖解讀

1. 方位判斷（東、南、西、北）

（1）北天極（北極星）所在方位是正北；南天極所在方位是正南。

（2）太陽運行軌跡與地面平行，順時針運行則是北極點，四面是南方；逆時針運行則是南極點，四面是北方。

（3）太陽最高(最低)方位不是正南就是正北，太陽上升方為東方、下降方為西方。

（4）北回歸線以北太陽運行軌跡最高點傾向方位是正南方，南回歸線以南太陽運行軌跡最高點傾向方位是正北方。

2. 所處半球確定（南、北半球）

（1）太陽運行軌跡面與地面垂直的是赤道；太陽運行軌跡面傾向南的是北半球,傾向北的是南半球。

（2）太陽軌跡運行方向順時針（觀察者看太陽從左到右運行）是北半球，逆時針（觀察者看太陽從右到左運行）是南半球。

3. 當(dāng)?shù)鼐暥却_定

（1）太陽運行軌跡面與地面垂直是赤道，與地面平行是南、北極點。

（2）北天極（北極星）的高度（∠1）。

（3）春秋分時正午太陽高度（∠2）的余角。

（4）太陽運行軌跡面與地面夾角（∠2或∠3）的余角。

4. 晝夜長短與大致季節(jié)判讀

（1）日出日落在正東正西方為春秋分，日出日落偏南近冬至（12．22），偏北近夏至（6．22）。

（2）太陽運行軌跡在春秋分軌跡之上，晝長夜短為當(dāng)?shù)叵陌肽辍?/p>

（3）太陽運行軌跡在春秋分軌跡之下，晝短夜長為當(dāng)?shù)囟肽辍?/p>

（4）太陽運行軌跡與地面垂直是赤道，全年晝夜平分。

5. 日出、日落方位變化規(guī)律

（1）春秋分日：太陽正東升正西落。

（2）春分日至秋分日間：太陽東北升西北落。

同一天緯度越高越偏北，同一緯度越近夏至越偏北；極晝地區(qū)正北升正北落；北極點終日太陽高度不變無升落。

（3）秋分日至春分日間：太陽東南升西南落。

同一天緯度越高越偏南，同一緯度越近冬至越偏南；極晝地區(qū)正南升正南落；南極點終日太陽高度不變無升落。

6. 日出、日落地方時變化規(guī)律

（1）春秋分日：太陽6時升、18時落。

（2）當(dāng)?shù)叵募荆禾栐缬?時升、晚于18時落。

同一天緯度越高；同一緯度北半球越近夏至、南半球越近冬至→則太陽升得更早、落得更晚；極晝地區(qū)太陽終日不落。

（3）當(dāng)?shù)囟荆禾柾碛?時升、早于18時落。

同一緯度北半球越近冬至→則太陽升得更晚、落得更早；極夜地區(qū)太陽終日不見。

7. 地方時時刻與太陽方位

要知道不同時刻太陽方位，或者知道太陽在運行軌跡中的位置求地方時。以下圖為例：要得知不同日期太陽在A、B位置時的地方時，只需完整繪出太陽運行軌跡，太陽位于上中天時地方時為12時，太陽位于下中天時為0時，上升軌跡中點為6時，下降軌跡中點為18時，以24小時等分該運行軌跡，即可得出太陽位于A位置時地方時大致為14時，太陽位于B位置時地方時大致為6時。反之確定不同時刻太陽方位同理。

8. 太陽高度日變化

（1）同一緯度，當(dāng)?shù)叵陌肽晏柛叨热兆兎?，?dāng)?shù)囟肽晏柛叨热兆兎　?/p>

（2）同一季節(jié)，緯度越高太陽運行軌跡面與地面的夾角越小，太陽高度日變化幅度越小，南北極點太陽高度終日不變。

（3）赤道處春秋分日太陽高度日變幅最大，在冬夏至日最小。

9. 正午太陽位置及高度年變化

（1）北極、北極圈、北回歸線、赤道處的正午太陽位置年變化

（2）緯度為θ的正午太陽高度年變化幅度a．熱帶地區(qū)為：23°26′＋θ

b．溫帶地區(qū)為：46°52′

c．寒帶地區(qū)為：90°－θ＋23°26′

三、太陽運行軌跡圖的應(yīng)用

例1 【2006年高考天津卷】我國科學(xué)家從a地出發(fā)到b、c、d三地考察（圖中標(biāo)注的是經(jīng)緯度位置和抵達(dá)時的北京時間），在d地觀察太陽，觀察時間（當(dāng)?shù)貢r間）與太陽所在方向組合正確的是（ ）

A. 3∶00東北方 B. 8∶00西南方

C.15∶00西北方 D.19∶00東南方

解析 d地緯度為南緯62°，按所講方法繪出12月18日時的太陽運行軌跡圖軌跡圖（下圖），即可得出當(dāng)?shù)貢r間太陽所在方向，3:00太陽位于東南方，8:00太陽位于東北方，15:00太陽位于西北方，19:00太陽位于西南方。

【答案 C 】

例2 某夏令營7月10日在泰山地區(qū)進(jìn)行旅游考察活動，活動中有一地圖（下左圖），據(jù)此回答1～2題。

(1).北京時間10∶00，陽光恰好從旅行車左前方射入車內(nèi)，此時旅行車行駛的方向大致

A.向南 B.向西 C.向北 D.向東

(2).7月10日這天，若營員看到日落時太陽在正西方向，則營員當(dāng)時最可能位于圖中①、②、③、④位置的哪一點

A.① B.② C.③ D.④

解析 泰山地區(qū)緯度大致為北緯35°，可繪出該地太陽運行軌跡圖（上右圖），7月10日這天太陽運行軌跡介于春秋分與夏至之間，北京時間10:00時太陽位于東南方，陽光從旅行車左前方射入說明旅行車大致向南行駛。如果地面平坦該日太陽將落于西北方，落于正西方說明正西方有山而使太陽提前落于山后。

【答案 (1)．A (2)．C 】

例3 下圖中①②③④四個小圖表示二至日地球表面四個不同地點旗桿影子端點在一天中位置的連線。其中坐標(biāo)的原點表示旗桿的位置。讀圖回答9～10題。

(1)．表示北半球夏至日的圖形是

A．① B．② C．③ D．④

(2)．圖中四地從南到北排序正確的是

A．①②③④ B．②①④③

C．②③①④ D．④②③①

解析 旗桿影子端點以坐標(biāo)原點對應(yīng)的反方向是太陽所在方位，影子的長短與太陽高度成反比，以坐標(biāo)原點為中心的天穹圖中對應(yīng)找出影子最長和最短時的位置，即最低和最高太陽位置，按東方為太陽上升方，西方為太陽下降方，繪出太陽運行軌跡圖（下圖）。

③圖太陽運行軌跡順時針為北半球，①②④圖逆時針為南半球；①②④圖太陽東南（南）升、西南（南）落是冬至，③圖東北升、西北落是夏至；冬至日南回歸線以南地區(qū)正午太陽位于正北方，以北地區(qū)正午太陽位于正南方，南回歸線上正午太陽位于天頂；夏至日北回歸線以北地區(qū)正午太陽位于正南方，以南地區(qū)正午太陽位于正北方，北回歸線上正午太陽位于天頂；太陽終日不落的是寒帶地區(qū)。

綜上所述：①地緯度介于南極圈～南回歸線之間，②地緯度介于南極圈～南極之間，③地緯度介于北極圈～北回歸線之間，④地位于南回歸線上。

【答案 (1)．C (2)．B 】

四、值得注意的幾個誤區(qū)

1. 根據(jù)桿影分布區(qū)比例確定晝長的誤區(qū)

下左圖為A地某日2米長的竹竿在地平面上的日影圖，AD、AC、AB分別表示日出、正午、日落時的日影，AB與EW的夾角為20°，A地這一天的晝長是多少？

【命題者觀點】晝長=24×140°/360°小時=9小時20分

誤區(qū)分析 命題者觀點為日出到日落有桿影時期都是白晝，其掃過角度所占圓周的比例時段(24小時×140°/360°)即為晝長。而僅僅由右上圖，太陽直射北緯20°時赤道地區(qū)太陽運行軌跡圖，其影子分布范圍角度也是140°，按理其晝長也是9小時20分，但赤道處的晝長全年皆是12小時，足可說明其觀點的錯誤。

只有太陽運行軌跡面與地面平行，太陽移動角速度才與桿影移動角速度相同，命題者的觀點才正確，該方法緯度越低誤差越大。古代的日晷把盤面的安裝角度設(shè)計為當(dāng)?shù)鼐暥鹊挠嘟?，使盤面與太陽運行軌跡面平行，于是晷針影子在日晷盤面上的移動角速度與太陽運行角速度相同，其掃過的角度所占圓周比例即為晝長。該題如果改為日晷盤面上的晷針日影圖，計算結(jié)果就對了。

2. 太陽直射點緯度、當(dāng)?shù)鼐暥扰凶x誤區(qū)

【某參考書觀點】左下圖為北半球某地太陽運行軌跡圖，從圖中可以看出太陽在地平圈以上的運行時間短于在地平圈以下的時間，說明太陽直射在南半球，日落點和正東正西連線的交角為20°，說明太陽直射點位于南緯20°，由該地正午太陽高度為40°和太陽直射南緯20°兩個條件可算出當(dāng)?shù)氐木暥取?/p>