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太阳视运动轨迹

 闲时悟道 2022-12-07 发布于江苏

太阳视运动规律一般,与直射点位置联系在一起,太阳视运动可以分为周日视运动与周年视运动。这里我们研究不同地区,不同季节的太阳周日视运动状况。
一、太阳周日视运动周期
地球自西向东的自转,从地球上看地球以外的任何天体都有东升西落的周日运动。以恒星为参考体的自转周期,即恒星的周日运动周期,定义为恒星日,再划分为恒星时,分,秒,构成恒星时系统。以太阳为参考体的自转周期,即太阳的周日运动周期,定义为太阳日,再划分为太阳时,分,秒,构成太阳时系统。两者的时间差异在于地球在自转的同时也在绕太阳公转。
二、昼夜长短状况
高中地理教学中,我们经常利用昼弧长除以150来表示昼长,如果太阳视运动轨迹在地平线之上(此时为昼)的长度大于半个圆,则昼大于夜,反之昼短于夜;如果始终在地平线之上为极昼,反之为极夜。
与直射点位置关系为:直射点所在半球,昼大于夜,且直射点纬度越高昼夜差异越大;直射点向某半球移动,该半球的白昼增长。
三、日出日落的太阳方位
人们常说:“太阳东升西没”。而且习惯以日出地平线的一点代表东方,日没地平线的一点代表西方。在人们的心目中,太阳的出没点是判断地面东西方向的标志。然而,严格地说来,仅把太阳的出没地点作为地平面正东正西方向的判断标准,这显然是不准确的。因为,在地球表面上,同一纬度地点的不同季节,或同一季节不同纬度,太阳在地平线上升没的地点均会发生明显的变化,除春秋分两天是全球各地都从正东方升起正西方落下外,其它日期不可能是在固定的正东点和正西点。那么,相对于地平线太阳到底出没在哪里?一年内太阳出没地点又是怎样变化的?
太阳的周日视运动,就是以地球自转的相反方向,随着天球旋转,以一太阳日为周期的自东向西的“巡天”运动。由于地球自转和公转等因素的制约,使太阳的周日视运动状况无时无地的发生变化,并导致太阳出没地点的相应变化。首先,太阳的周日运动与其它恒星的周日运动相比具有明显区别,即由于地球除了自转以外还存在着绕日公转,致使太阳以每天59 ′8〃.196的速度沿着天球黄道作周年运动。很显然,太阳在黄道上的周年运动,必定会影响到太阳在黄道上年内位置的改变,使太阳在不同季节处在黄道上不同的位置进行着周日运动;同时,由于地球在公转中地轴相对其轨道面发生倾斜,黄道面相对于赤道面存在着23°26′的黄赤交角。于是,在某一纬度地点的地平面来观察太阳周日运动时,便产生着因时而异的太阳周日运动的季节变化,进而,太阳出没于地平线的方位也相应地发生这种季节变化。
我们都知道在晨昏线上太阳的高度角为0度,可以表示日出、日落方位和时间。从图上可以看出夏至日这一天太阳光线的方向(代表太阳升起的方向)与纬线方向(代表东西方向)并不平行,而是呈一夹角,太阳光线出现在偏北方位。也就是说太阳升落方位并不与纬线平行,即不为正东和正西方位,而是偏北升落,并且与赤道的纬距越大偏北的角度越大,到南北极圈正好为正北升落,出现极昼极夜现象。
同样我们也可以从冬至太阳直射图中得出,太阳升落方位并不与纬线平行,即不为正东和正西方位,而是偏南升落。同样与赤道的纬距越大偏南的角度越大,到南北极圈正好为正南升落,出现极昼极夜现象。
只有在春秋分日时,太阳光线与纬线平行,太阳升落在正东和正西方位。
由此我们可以得到如下规律:
规律一:
①、太阳的升落偏移位置与直射点的南北半球位置有关:太阳直射北半球,全球太阳从东偏北升起,西偏北落下;太阳直射南半球,全球太阳从东偏南升起,西偏南落下;春秋分两天,全球太阳从正东升起,正西落下。
②、同一纬度地区,直射点纬度越高,升落方位越偏北或偏南。
③、同一季节(直射点纬度不变),纬度越高的地区,升落越偏北或偏南,到极昼极夜处成正北或正南升落。
四、正午太阳方位
如图所示北半球部分地区正午太阳朝向,其中a代表夏至日太阳光线,b代表春秋分日太阳光线,c 代表冬至日太阳光线(光线并不完全准确,只是示意光线)。
在北半球中高纬地区,一年四季正午太阳始终在正南方,这是因为我们在北回归线以北地区,太阳一年四季都直射在南面,所以我们一带为获得最多的太阳光照,房子一般“坐南朝北”。那么地球上其它地区正午太阳方位如何。热带地区正午太阳的方向一年中有时朝北,有时朝南,温带和寒带地区,一年中只朝向一个方向,北温带和北寒带太阳一直朝南,而南温带和南寒带太阳一直朝北,由此可推出正午太阳的方位与直射点的方位相同,与正午日影的方位相反。
由此我们可以得出这么一个规律:
规律二:
①、太阳直射点以北地区,正午太阳在南方。
②、太阳直射点以南地区,正午太阳在北方。
③、太阳直射地区,正午太阳在正上方。
五、正午太阳高度
正午太阳高度是一天中最大的太阳高度,出现在地方时12时,日影最短,太阳朝向正南或正北。计算公式:正午太阳高度=90°—纬距(直射点和当地之间纬距)。根据公式可得离直射点越近正午太阳高度越大。
六、太阳视运动图
理解了以上五点,就可以理解太阳周日视运动与直射点之间的关系,并可以画出太阳的视运动图,如图:
根据规律二,对于南纬40度地区,直射点始终在南面,所以任何季节正午太阳都位于北方。根据规律一可得出:春分正东升正西落;夏至东北升西北落;冬至东南升西南落。直射点离当地越远太阳高度越大。
但是要注意的是南北回归线之间地区和此图有较大的差别,以赤道为例 ,如图:
七、太阳视运动图判断原则
1.对任一地而言,不同日期太阳周日视运动轨迹都是平行的。
2.昼夜长短比较,为地平面之上轨迹线与地平面之下轨迹线的比较。图中可见:春分昼夜等长;夏至昼长而夜短;冬至相反。
3.可确定正午太阳方位。如图,A点,太阳上中天;H为冬至日正午太阳高度(正午太阳与地平面中心点的连线和地平面之间的夹角);地方时为12点;太阳位于正南方向。
4.根据日出日落方位(运动轨迹线与地平面东侧交点为日出,西侧为日落),可以确定直射点的大致范围和季节。图中可看出:正东升正西落,则直射点在赤道上,为春秋分日;东北升西北落,则直射点在北半球,为夏半年;东南升西南落,则直射点在南半球,为冬半年。
5.利用正午太阳高度可确定太阳直射点的纬度位置或当地纬度(正午太阳高度=90°—直射点和当地的纬距)。如果H为30°,则纬距为60°,冬至日直射点在23°26′,所以当地纬度=60°—23°26′=36°34′N。
结语:
太阳升落方位、正午太阳方位、正午太阳高度、昼夜长短不是固定不变的,它因纬度而不同,随季节而变化,它是太阳回归运动在地面上的反映。只要掌握了太阳直射点在地面上的移动规律,太阳视运动变化规律便可迎刃而解。

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