【中图分类号】G633.55 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2012)07-0174-02
地球绕地轴自西向东自转,同时绕太阳自西向东公转,这样在我们的眼里,太阳一天中东升西落,同时在一年中每天东升西落又有规律地产生一定的变化,我们把太阳在天空中运动的轨迹,称为太阳的视运动。太阳视运动知识比较抽象,学生不太容易理解,我结合日常生活经验和课本理论知识,总结出如下规律和做题技巧:
一、太阳视运动图的作法
1.画出观测地的地平圈,用椭圆形表示。
2.画出天穹,用弧线表示。
3.在地平圈上标出东南西北方向(为了更好的示意太阳出没方位,通常将南北方位标在左右两侧),地平圈方位是顺时针旋转。
4.标出东南西北方位的地方时(由于正午和子夜的地方时分别为12:00和24:00,所以正东和正西方位地方时分别为6:00和18:00)。
5.在地平圈上标出日出、日落及正午时的太阳,用平滑弧线连接三点即太阳视运动轨迹。
6.在视运动轨迹上用箭头示意日出和日落(偏东方位日出,偏西方位日落)。
二、太阳视运动规律
1.太阳出没的方位(除极昼区外)。
规律1—1:二分日太阳出没方位:日出正东,日落正西(如图2)
规律1—2:夏至日太阳出没方位:日出东北,日落西北(如图3)
规律1—3:冬至日太阳出没方位:日出东南,日落西南
2.正午太阳的方位。
正午太阳的位置一定位于正南、正北或天顶,这取决于太阳直射纬度与观测点纬度。直射点偏南,正午太阳则偏南;直射点偏北,正午太阳偏北;如果太阳直射,则正午太阳于天顶。
规律2:北回归线以北各地,一年中正午太阳始终于正南方位;南回归线以南各地,一年中正午太阳始终于正北方位;南北回归线之间及线上各地,一年中正午太阳可能于正北、正南和天顶,要看直射纬度与观察者所处的纬度而定(以20°N为例,如图5):
直射点于20°N—23°26′N时,正午太阳于正北;
直射20°N纬线时,正午太阳于天顶;
直射点于20°N—23°26′S时,正午太阳于正南。
3.极地地区太阳视运动。
在极昼时期,太阳在天空中作圆周运动特别明显。这时我们观察到的太阳周日视运动,基本上是沿着地平圈上方运动,这时的地平圈同时也可作为时间圈。
北极附近地区极昼时,子夜太阳位于正北方向,位置最低;过了子夜,太阳开始升起,到6:00到达正东方向;继续升高,正午12:00位于正南方向;然后开始偏西下落,到18:00到达正西方向;继续下落,到子夜24:00回到最低。
规律3—1:北极附近地区极昼时,太阳是正北升起,正北落下;北极点的太阳视运动轨迹与地平圈平行(如下图所示),即太阳高度无日变化(如图6)。
规律3—2:南极附近地区极昼时,太阳是正南升起,正南落下;南极点的太阳视运动轨迹与地平圈平行(如下图所示),即太阳高度无日变化(如图7)。
4.极昼区的太阳高度。
规律4:出现极昼时,一天24小时太阳高度≥0°,正午最大,子夜最小;极点太阳高度全天相等。
如图8所示,在80°N地区,正午太阳高度为30°,太阳方位正南,子夜太阳高度为10°,太阳方位正北,可求出此日太阳直射20°N。而极点太阳高度=直射点纬度,所以极点的太阳高度=直射点纬度=(子夜太阳高度+正午太阳高度)/2。
5.年内太阳视运动轨迹的关系。
规律5:某地年内太阳视运动轨迹平行。
5—1:当观察点位于北半球,太阳视运动轨迹均向南倾斜(如图北半球某地)。
5—2:当观察点位于南半球,太阳视运动轨迹均向北倾斜(如图南半球某地)。
5—3:当观察地点于赤道上,太阳视运动轨迹与地平圈垂直(如图赤道上)。
5—4:当观察地点于极点,太阳视运动轨迹与地平圈平行(如图极点)。
三、太阳视运动图的应用
1.根据太阳出没方位判断季节。
2.根据正午太阳方位判断观测者纬度。
一年中正午太阳始终于正南方位,则观测点于北回归线以北;一年中正午太阳始终于正北方位,则观测点于南回归线以南;南北回归线之间及线上各地,一年中正午太阳可能于正北、正南和天顶,要看直射纬度与观察者纬度而定。
3.根据太阳视运动轨迹判断昼夜长短。
如图10,当日出地方时早于6:00或日落地方时迟于18:00,则当日昼长夜短;反之,若当日出地方时迟于6:00或日落地方时早于18:00,则当日昼短夜长。
4.根据太阳视运动轨迹判断某时刻太阳方位及影子朝向。
如图10,该地日出东北,即地方时6:00前日出,日落西北,即地方时18:00后日落。则该日地方时及对应的太阳方位如下表:
5.根据极昼区太阳出没时的太阳高度计算直射点的纬度。
若已知极昼区太阳出没时的太阳高度,可直接利用公式计算,直射点纬度=极点的太阳高度=(子夜太阳高度+正午太阳高度)/2。
如图11,已知某地某日太阳视运动图,求该地纬度和直射点的纬度。(根据公式:直射点的纬度为20°S,依据正午太阳高度公式可求出该地纬度为85°S。)