福建省大田縣大田第一中學（366100） 顏文景 羅春鉆

提煉地理數(shù)據(jù)，深化認識地球運動規(guī)律

福建省大田縣大田第一中學（366100） 顏文景 羅春鉆

對地理事物特征的描述包括兩個方面的內(nèi)容：一是對地理事物進行正確的定性概括；二是對地理事物的位置屬性和數(shù)量屬性能夠進行恰如其分的定量表述。高中地理“地球運動”涉及的知識內(nèi)容如太陽直射點的移動規(guī)律、晝夜長短變化規(guī)律、正午太陽高度變化規(guī)律、太陽視運動變化規(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生的負擔，舍去了復(fù)雜的公式和冗長的數(shù)據(jù)。然而我們發(fā)現(xiàn)，在地球運動教學中，正是因為將有關(guān)公式和數(shù)據(jù)完全擯棄，使學生對于地理事物的認識只停留在表面的定性概括，缺乏定量認識，在對地理運動規(guī)律做深入探究時易導(dǎo)致所學知識偏離科學性與真實性。

對地理事物的定量表述離不開地理公式和地理數(shù)據(jù)。對部分復(fù)雜的地理公式不做要求的情況下，要加強學生的定量認識，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)。它們在研究地理問題時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，需要我們在教學過程中去挖掘和提煉。

一、太陽直射點的移動規(guī)律與重要地理數(shù)據(jù)

1. 太陽直射點的移動規(guī)律

由于黃赤交角的影響，太陽直射點總在南、北回歸線之間來回移動，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. 認知誤區(qū)分析

教材中的太陽直射點移動規(guī)律只給出二分二至日的太陽赤緯，四個日期各相差了三個月，時間跨度太大，導(dǎo)致許多教師和學生對規(guī)律認識不透徹而容易出現(xiàn)偏差。許多人誤以為太陽直射點從赤道移動到回歸線的三個月時間里，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1卷）圖1所示區(qū)域在北半球?；【€a為緯線，Q、P兩點的經(jīng)度差為90°；弧線b為晨昏線，M點為b線的緯度最高點。

圖1

（1）若此時為7月份，圖中M點的緯度數(shù)可能為（C）

A． 55°N B． 65°N C． 75°N D． 85°N

【辨析】M點為b線（晨昏線）的緯度最高點，也就是晨昏線與某條緯線的切點，該緯線處于極晝或極夜狀態(tài)，此時太陽直射點的緯度與該緯線的緯度值互為余角。如果此時為7月份，圖中M點的緯度數(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應(yīng)該在66°34′N～72°42′N之間。圖中M點的緯度數(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，是因為命題者弱化了太陽直射點的移動規(guī)律，認為夏至到秋分，太陽直射點南移了23°26′，用時3個月，平均每個月約7°49′，因此認定太陽直射點在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”的時間間隔為一個半月。多記憶了這個數(shù)據(jù)，師生們通過對比，對太陽直射點移動規(guī)律的理解會更上一個層次：太陽直射點移動的緯距是不均勻的，在春、秋分日前后最快，在冬、夏至日前后最慢。

二、晝夜長短變化規(guī)律與重要地理數(shù)據(jù)

1. 晝夜長短變化規(guī)律

晝夜長短隨緯度和季節(jié)的變化而變化。春分日和秋分日，全球各地晝夜等長。自春分日至秋分日，是北半球的夏半年，在此期間，北半球各緯度晝長大于夜長，緯度越高，晝越長，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，北半球各緯度晝長小于夜長，緯度越高，晝越短，夜越長。南半球則相反。

2. 認知難度分析

地理知識來源于生活，也服務(wù)于生活。古人因日出而作、日落而息，對晝夜長短的變化體會很深刻，反應(yīng)也更加敏感，而現(xiàn)代人的生活因為有了電，對晝夜長短變化的感受就淡薄了許多，尤其是生產(chǎn)和生活經(jīng)驗缺乏的學生。另外，不同地域的人對晝夜長短變化的感受也會有差異，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。同一個地區(qū)的人對不同季節(jié)的晝夜長短變化感受也不同，大致說來冬夏對比，感受較深，春秋季節(jié)，感受不深。高中學生雖然理解了晝夜長短的變化規(guī)律，但由于時間和空間的跨度很大，對于某一時間或某一地點的晝夜長短變化程度難以感知，所以在面對生活化情境的試題時往往一籌莫展。

3. 例舉

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

圖2

（1）若Q地的地方時為2時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Q地位于北半球低緯時，可能的月份及時刻是（A）

A． 12月、17時 30分 B． 9月、17時

C. 6月、4時30分 D. 4月、5時

【辨析】第(1)小題，根據(jù)Q地的地方時為2時30分，Q點為晨昏線與該經(jīng)線的交點，可知Q地正值日出，推算出Q地晝長應(yīng)為19小時，可是19小時的晝長該出現(xiàn)在哪個緯度地帶?學生心中非常茫然，如果僅僅根據(jù)教材中的晝夜長短變化規(guī)律是難以得出答案的。同樣的，第(2)小題四個選項中的時刻，要么是日出時刻，要么是日落時刻，如果不了解低緯度地區(qū)的晝長值變化規(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)的晝長極值，分別為14小時和18.5小時。在不考慮大氣折射和太陽視半徑的情況下，根據(jù)晝長的計算公式，cost=-tantan，t為半晝長，2t為晝長，為地理緯度，為太陽赤緯（即太陽直射點的地理緯度），取值均為北正南負。根據(jù)公式可以算出緯度為30°的最大晝長（30°N的夏至日或30°S的冬至日）為13.93小時，緯度60°的最大晝長（60°N的夏至日或60°S的冬至日）為18.48小時，因為30°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)最大晝長不超過14小時，中緯度地區(qū)最大晝長不超過18.5小時（注：理論上的晝長，不包括晨昏蒙影）。這兩個晝長極值數(shù)據(jù)使學生對晝夜長短的變化幅度有了更加清晰的認識，許多難點因此迎刃而解。

上述例題中，通過計算得出Q地的晝長為19小時，由于中緯度地區(qū)最大晝長不超過18.5小時，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)晝長值數(shù)據(jù)，可以知道Q地的最大晝長（6月22日）不超過14小時，因此日出時刻（地方時）應(yīng)該在5∶00之后，日落時刻（地方時）應(yīng)該在19∶00之前。根據(jù)晝長極值數(shù)據(jù)，可以推算出一年中低緯度地區(qū)的晝長值基本上是在10～14小時，因此日出時刻（地方時）在5∶00～7∶00，日落時刻在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刻是12月、17時30分（日落）。

三、太陽視運動規(guī)律與重要地理數(shù)據(jù)

1. 太陽視運動規(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. 認知局限性分析

太陽從東方升起，在西方落下，這個常識深深印在普通人的記憶中。實際上，這里的東方和西方只是一個大致的方位，卻讓不少人把它當成正東方和正西方。因為這種根深蒂固的觀念，對于太陽從北方或南方升起，在北方或南方落下，就會覺得匪夷所思。學習了太陽視運動規(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、某一時間的日出日落方位偏角，就無從得知，繪圖或解題時依然很糾結(jié)。

3. 例舉

（2009年海南卷）一個課外活動小組，分別觀測了其所在學校旗桿日出時的影子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)絕大部分時間∠MON接近直角，該校可能位于（C）

A． 中亞 B． 西亞 C． 東南亞 D． 南歐

【辨析】本題的命題出現(xiàn)了較為嚴重的科學性錯誤。日出時影子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（直射時刻），如果∠MON接近直角，說明日出時的影子OM朝向為正西，或偏角很小。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間內(nèi)，∠MON才會接近直角。顯然，命題者主觀認為，赤道地區(qū)終年晝夜等長，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日的太陽直射點緯度值，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：是太陽直射點的地理緯度，太陽直射在北半球時δ取正值，太陽直射在南半球時δ取負值；?是觀測點的地理緯度，總是取正值；θ表示日出相對于正東方向的偏角（或日落時相對于正西方向的偏角），θ為正值，表示日出點在東偏北（或日落點在西偏北），θ為負值，表示日出點在東偏南（或日落點在西偏南）。

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的地理緯度，緯度30°地區(qū)在冬夏至時的日出日落方位與正東或正西偏角為27°20′，緯度60°地區(qū)在冬夏至時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日的太陽赤緯。有了這兩個重要數(shù)據(jù)，學生繪制的太陽視運動軌跡圖可就準確多了。

[1] 金祖孟．地球概論[M]．人民教育出版社,1983．

[2] 余明．簡明天文學教程[M]．北京．科學出版社，2007．

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