太阳周日视运动

太阳周日视运动：太阳出没时间和方位问题由太阳周日视运动规律易知，当太阳直射北半球时，全球太阳东北升西北落，北半球日出时间（地方时）早于6：00。同理，当太阳直射南半球时，全球太阳东北南升西南落，南半球日出时间（地方时）早于6：00。地方时6：00的太阳方位自然成为一个人们关注的问题。由于太阳直射赤道时，全球太阳正东升正西落，且日出时间为地方时6：00，不少人错误地认为，夏半年，在地方时6：00，太阳刚好于东北（或东南）运行到正东位置。果真如此吗？一、夏半年地方时6：00时太阳方位的定性分析1、北半球温带和寒带地区下图（图1）为北半球温带地区，二分日与夏至日太阳周日视运动示意图。ESWN为地平圈，E、S、W、N分别表示东南西北方。O为观察点。弧EDW为二分日太阳视运动轨迹。弧ABC为夏至日太阳视运动轨迹，O′为夏至日太阳视运动轨迹的中心。过O′作EW的平行线交弧ABC于E′、W′，E′W′平分该日太阳视运动轨迹，故E′、W′分别表示当地时间6：00和18：00的太阳位置。如果将E′、W′垂直投影到地平圈上，它们的投影明显分别位于东北和西南方。同理可知，南半球温带和寒带地区，夏半年，6：00和18：00的太阳方位分别为东南和西南。经过一段时间，太阳会运行到正东和正西方向。2、北半球热带地区和赤道地区北半球热带地区和赤道地区，夏至日太阳视运动轨迹如图2、图3。夏至日太阳直射北回归线，热带地区正午太阳位于天顶以北。因此，在地方时6：00和18：00，太阳分别位于东北方和西南方，而且，在一天当中根本到达不了正东方。二、夏半年地方时6：00时太阳方位的定量计算以北半球温带地为例。如图4，去掉图1中二分日视运动轨迹，连接OB，作O′在地平面上垂直投影O″，作W′在地平面上的重击投影W″，连接OW″。∠WOW″即为日落时的太阳为位角，此角与日出方位角大小相等。设天球半径为R，δ为太阳直射点的纬度，φ为观察点的地理纬度。由几何关系易知：∠WOW″=∠OW″O″在直角三角形OO″W″中，tan∠OW″O″=OO″/O″W″…①在直角三角形OO″O′中，OO″=OO′cosφ…②在直角三角形OO′B中，OO′=OBsinδ=Rsinδ…③W″为W′在地平面上的重击投影，O″W″=O′W′=O′B=Rcosδ…④由①②③④得：tan∠WOW″=tan∠OW″O″=tanδcosφ∴日落方位为，西偏北arctan(tanδcosφ)同理：日出方位为，东偏北arctan(tanδcosφ)。几种特殊情况：（1）太阳直射赤道时，δ＝0°，tanδ＝0，arctan(tanδcosφ)=0,太阳正长升正西落；（2）赤道地区，φ＝0°，cosφ＝1，arctan(tanδcosφ)=δ,日出方位角等于直射点的纬度度数。三、太阳位于正东方的时间计算如图5，由图4，连接天顶与观察点，交O′B于为O1，过O1作E1W1，使E1W1平行于E′W′，E1即为太阳位于正东方位置。E′为太阳6：00位置，E1为太阳位于正东方的位置，只要求出∠E′O′E1的大小，即可确定太阳位于正东方时的地方时。在视运动轨道上，太阳的角速度为150/小时。设∠E′O′E1为α，太阳位于正东方的地方时为6+α/150在直角三角形E1O1O′中，∠E′O′E1=α,sinα=OO1/O′E1,O′E1=Rcosδ…①在直角三角形O1O′O中，∠O′O1O=φ,OO1=OO′/tanφ,OO′=Rsinδ…②由于①②得：sinα=tanδ/tanφα=arcsin(tanδ/tanφ)太阳直射赤道的特殊情况，δ=00,tanδ=0,α=00,太阳位于正东方的地方时为6时。来源：湖北省大冶市第一中学程良安以上太阳周日视运动关于太阳出没方位问题分析，笔者认为还与当地所在纬度有关，比如在极圈极昼期内，日出方位是南（北）升南（北）落。此类问题还要关注：1.太阳视运动即在地球上仰视看地球自转方向的反方向；2.北南半球判断：是太阳视运动的反方向，即仰（俯）视：北逆（顺）南顺（逆）；3.日出日落方位判断：北（南）半球看，日出正南（北）日落正南（北）；4.午（子）太阳高度判断：午（子）地平线上一天最高（低）；5.当天太阳直射点的地理纬度计算：北极星星光高度或正午与子夜太阳高度差的一半；（正午太阳高度角－午夜太阳高度角）/2＝当地与极点的纬度差。（见下图）6.当地地理纬度计算：=90°-（正午太阳高度角-午夜太阳高度角）/2（由正午太阳高度计算推理而来）详细分析：在上图中太阳光线是平行照射地球的，MR为P点的地平圈，PK为P点所在纬线的延长线，MO为赤道的延长线，N、S为两极点；H0为P点午夜太阳高度角，即∠LPR。在上图中由于太阳光线平行，PK与赤道面平行，所以∠LPK=δ，∠RPK=∠RMO，又因为在RT△OPM中∠RMO=900-φ，所以，H0＝∠LPR＝δ-（90°-φ）,即H0＝δ+φ-90°。对于该公式用地理术语来表达为：极昼地点午夜太阳高度为该点地理纬度与直射点纬度之和与90°的差验证：①当H0=0°时（太阳视运动轨迹与地平圈相切），δ+φ=90°即极昼地区最低纬线圈度数与太阳直射点纬度数互余。②当φ=90°时，H0＝δ即在极点上看，太阳周日视运动圈与地平圈总是平行的，一天中太阳高度没有变化，总是等于太阳直射点的纬度，只是随时间变化在天空中的位置不同。而以上两点是我们早通过其他途径证明了的正确结论。推论：对于出现极昼的地点来说，正午太阳高度公式直接可以写成H=90°-φ+δ，那么与午夜太阳高度公式H0＝δ+φ-90°联立即可得出以下推论：①H＋H0＝2δ即极昼地区某地一天中正午太阳高度与子夜太阳高度之和总是等于当日直射点纬度的2倍，还等于极点上太阳高度的2倍。假如H0=0°时，则有H＝2δ,即极昼地区最低的纬线圈的正午太阳高度等于太阳直射点纬度的2倍。②H-H0＝180°-2φ即太阳视运动周日圈最高点与最低点之间的差别，或者说一天中太阳高度的变化幅度主要与纬度、日期有关。就地区而言，总的规律是由极昼地区最低的纬度向极点方向递减。经过这样的推导，诸如以下题目的解决就易如反掌了：如下图所示：从图中可以看出，70ºN刚好出现极昼，则太阳直射点纬度应为20ºN，70ºN与晨昏线的切点为A点，A所在经线应是夜半球中央经线，地方时应为0时，与之相对应的D所在经线应是昼半球中央经线，地方时应为12时，此时A点的太阳高度角为0º（午夜太阳高度角），D点的太阳高度角为40º（正午太阳高度角）。80ºN上B、C两点午夜太阳高度角为10º和正午太阳度角为30º，怎么利用70ºN的太阳高度角求知极昼其他纬度的（午夜和正午）高度角呢？地球是个球面，每个纬度的地平面都不相同，同一半球不同纬度上任意两点地平面的夹角＝两点纬度差，同一天太阳光线方向始终不变（如图此时直射20ºN），但是纬度的变化引起地平面变化，导致各个纬度的太阳高度夹角变化，纬度差多少，太阳高度角差就是多少。从极昼圈（70ºN）到极点之间某一纬度（以80ºN为例），从图上看出，0时经线极昼部分随着纬度的升高（注意从极昼圈开始），与太阳光线的夹角由0º逐渐增大，纬差多少度（10º），则午夜太阳高度角就是多少度（0º＋10º＝10º）；反观12时经线极昼部分，随着纬度的升高（注意从极昼圈开始），各纬度地平面与太阳光线的夹角逐渐变小，纬差多少度（10º），正午太阳高度角就为极昼圈的正午太阳高度角减去多少度（40º－10º＝30º）。另外，由图可知:（正午太阳高度角－午夜太阳高度角）/2＝当地与极点的纬度差。来源：高考地理解题技巧系列之22午夜和正午太阳高度的判读_启迪慧想_博主问题：欣赏红月亮思考关于月全食的相关问题1.从图上看，月全食是从东面初亏，但是为什么从西面生光？2.月全食过程中分为初亏、食既、食甚、生光、复原，但是为什么由于色散，“食甚”前后月球表面呈红铜色或暗红色，而在“生光”或者“复原”中不会出现绿蓝锭紫的颜色？3.日食与月食分别是由于什么原因形成?