云南省通海縣第一中學(xué)（652700） 沈洪健

太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖的繪制、解讀、應(yīng)用

云南省通?？h第一中學(xué)（652700） 沈洪健

太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖是以觀測(cè)者所在地為中心，太陽(yáng)在天空運(yùn)行的軌跡示意圖，是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果。太陽(yáng)在天空中的運(yùn)行影響著人們的生產(chǎn)生活，古人的日晷計(jì)時(shí)，當(dāng)今的太陽(yáng)能利用，無(wú)不體現(xiàn)太陽(yáng)運(yùn)行知識(shí)的重要性。因?yàn)槿狈臻g想象能力，太陽(yáng)視運(yùn)行對(duì)于高中學(xué)生而言較難理解，以往的中學(xué)地理教材對(duì)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(shí)踐活動(dòng)中，且近些年高考中對(duì)太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)已有一定的要求。學(xué)會(huì)繪制太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖就能深刻理解天體的周日視運(yùn)行規(guī)律，深入解讀太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖將使我們能更好地利用太陽(yáng)輻射來(lái)生活和工作。

一、太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖繪制

1. 北緯θ和南緯φ太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖的繪制

（1）以觀測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(yáng)高度與當(dāng)?shù)鼐暥然ビ啵^(guò)O作OM(om)的垂線可得春秋分日正午太陽(yáng)位置，該位置與正東、正西三點(diǎn)連成弧線即為春秋分日太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，太陽(yáng)正東升正西落。

（4）在春秋分日正午太陽(yáng)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(yáng)位置，據(jù)冬、夏至日正午太陽(yáng)位置，作平行于春秋分日太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，即得冬、夏至日太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，其他日期太陽(yáng)運(yùn)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(yáng)運(yùn)行軌跡圖

二、太陽(yáng)運(yùn)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(yáng)運(yùn)行軌跡與地面平行，順時(shí)針運(yùn)行則是北極點(diǎn)，四面是南方；逆時(shí)針運(yùn)行則是南極點(diǎn)，四面是北方。

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

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

2. 所處半球確定（南、北半球）

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

（2）太陽(yáng)軌跡運(yùn)行方向順時(shí)針（觀察者看太陽(yáng)從左到右運(yùn)行）是北半球，逆時(shí)針（觀察者看太陽(yáng)從右到左運(yùn)行）是南半球。

3. 當(dāng)?shù)鼐暥却_定

（1）太陽(yáng)運(yùn)行軌跡面與地面垂直是赤道，與地面平行是南、北極點(diǎn)。

（2）北天極（北極星）的高度（∠1）。

（3）春秋分時(shí)正午太陽(yáng)高度（∠2）的余角。

（4）太陽(yáng)運(yùn)行軌跡面與地面夾角（∠2或∠3）的余角。

4. 晝夜長(zhǎng)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(yáng)運(yùn)行軌跡在春秋分軌跡之上，晝長(zhǎng)夜短為當(dāng)?shù)叵陌肽辍?/p>

（3）太陽(yáng)運(yùn)行軌跡在春秋分軌跡之下，晝短夜長(zhǎng)為當(dāng)?shù)囟肽辍?/p>

（4）太陽(yáng)運(yùn)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(yáng)正東升正西落。

（2）春分日至秋分日間：太陽(yáng)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(diǎn)終日太陽(yáng)高度不變無(wú)升落。

（3）秋分日至春分日間：太陽(yáng)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(diǎn)終日太陽(yáng)高度不變無(wú)升落。

6. 日出、日落地方時(shí)變化規(guī)律

（1）春秋分日：太陽(yáng)6時(shí)升、18時(shí)落。

（2）當(dāng)?shù)叵募荆禾?yáng)早于6時(shí)升、晚于18時(shí)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(yáng)升得更早、落得更晚；極晝地區(qū)太陽(yáng)終日不落。

（3）當(dāng)?shù)囟荆禾?yáng)晚于6時(shí)升、早于18時(shí)落。

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

7. 地方時(shí)時(shí)刻與太陽(yáng)方位

要知道不同時(shí)刻太陽(yáng)方位，或者知道太陽(yáng)在運(yùn)行軌跡中的位置求地方時(shí)。以下圖為例：要得知不同日期太陽(yáng)在A、B位置時(shí)的地方時(shí)，只需完整繪出太陽(yáng)運(yùn)行軌跡，太陽(yáng)位于上中天時(shí)地方時(shí)為12時(shí)，太陽(yáng)位于下中天時(shí)為0時(shí)，上升軌跡中點(diǎn)為6時(shí)，下降軌跡中點(diǎn)為18時(shí)，以24小時(shí)等分該運(yùn)行軌跡，即可得出太陽(yáng)位于A位置時(shí)地方時(shí)大致為14時(shí)，太陽(yáng)位于B位置時(shí)地方時(shí)大致為6時(shí)。反之確定不同時(shí)刻太陽(yáng)方位同理。

8. 太陽(yáng)高度日變化

（1）同一緯度，當(dāng)?shù)叵陌肽晏?yáng)高度日變幅大，當(dāng)?shù)囟肽晏?yáng)高度日變幅小。

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

（3）赤道處春秋分日太陽(yáng)高度日變幅最大，在冬夏至日最小。

9. 正午太陽(yáng)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(yáng)位置年變化

（2）緯度為θ的正午太陽(yáng)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(yáng)運(yùn)行軌跡圖的應(yīng)用

例1 【2006年高考天津卷】我國(guó)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(shí)的北京時(shí)間），在d地觀察太陽(yáng)，觀察時(shí)間（當(dāng)?shù)貢r(shí)間）與太陽(yáng)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(shí)的太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖軌跡圖（下圖），即可得出當(dāng)?shù)貢r(shí)間太陽(yáng)所在方向，3:00太陽(yáng)位于東南方，8:00太陽(yáng)位于東北方，15:00太陽(yáng)位于西北方，19:00太陽(yáng)位于西南方。

【答案 C 】

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

(1).北京時(shí)間10∶00，陽(yáng)光恰好從旅行車(chē)左前方射入車(chē)內(nèi)，此時(shí)旅行車(chē)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(yíng)員看到日落時(shí)太陽(yáng)在正西方向，則營(yíng)員當(dāng)時(shí)最可能位于圖中①、②、③、④位置的哪一點(diǎn)

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(yáng)運(yùn)行軌跡圖（上右圖），7月10日這天太陽(yáng)運(yùn)行軌跡介于春秋分與夏至之間，北京時(shí)間10:00時(shí)太陽(yáng)位于東南方，陽(yáng)光從旅行車(chē)左前方射入說(shuō)明旅行車(chē)大致向南行駛。如果地面平坦該日太陽(yáng)將落于西北方，落于正西方說(shuō)明正西方有山而使太陽(yáng)提前落于山后。

【答案 (1)．A (2)．C 】

例3 下圖中①②③④四個(gè)小圖表示二至日地球表面四個(gè)不同地點(diǎn)旗桿影子端點(diǎn)在一天中位置的連線。其中坐標(biāo)的原點(diǎn)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(diǎn)以坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反方向是太陽(yáng)所在方位，影子的長(zhǎng)短與太陽(yáng)高度成反比，以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心的天穹圖中對(duì)應(yīng)找出影子最長(zhǎng)和最短時(shí)的位置，即最低和最高太陽(yáng)位置，按東方為太陽(yáng)上升方，西方為太陽(yáng)下降方，繪出太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖（下圖）。

③圖太陽(yáng)運(yùn)行軌跡順時(shí)針為北半球，①②④圖逆時(shí)針為南半球；①②④圖太陽(yáng)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(yáng)位于正北方，以北地區(qū)正午太陽(yáng)位于正南方，南回歸線上正午太陽(yáng)位于天頂；夏至日北回歸線以北地區(qū)正午太陽(yáng)位于正南方，以南地區(qū)正午太陽(yáng)位于正北方，北回歸線上正午太陽(yáng)位于天頂；太陽(yáng)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(gè)誤區(qū)

1. 根據(jù)桿影分布區(qū)比例確定晝長(zhǎng)的誤區(qū)

下左圖為A地某日2米長(zhǎng)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(shí)的日影，AB與EW的夾角為20°，A地這一天的晝長(zhǎng)是多少？

【命題者觀點(diǎn)】晝長(zhǎng)=24×140°/360°小時(shí)=9小時(shí)20分

誤區(qū)分析 命題者觀點(diǎn)為日出到日落有桿影時(shí)期都是白晝，其掃過(guò)角度所占圓周的比例時(shí)段(24小時(shí)×140°/360°)即為晝長(zhǎng)。而僅僅由右上圖，太陽(yáng)直射北緯20°時(shí)赤道地區(qū)太陽(yáng)運(yùn)行軌跡圖，其影子分布范圍角度也是140°，按理其晝長(zhǎng)也是9小時(shí)20分，但赤道處的晝長(zhǎng)全年皆是12小時(shí)，足可說(shuō)明其觀點(diǎn)的錯(cuò)誤。

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

2. 太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度、當(dāng)?shù)鼐暥扰凶x誤區(qū)

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