关于日出日落方位和物体影子方位的判断问题

关于日出日落方位和物体影子方位的判断问题一、地球上某地一年中日出日落方位由于地球不停的自西向东自转，地球上的人们看到太阳每天一周的东升西落现象，这种现象称为太阳的周日视运动。太阳的周日视运动轨迹平面与天赤道平行，与天轴（观测者与北极星的连线）相垂直。如图一所示我们知道，由于地平圈的存在，我们只能观测到半个天球（即天球在地平圈上的部分）。当太阳在地平圈以上的部分运行时，即为白昼，当太阳在地平圈以下的部分运行时，即为夜晚。如图一所示太阳经过观测者的子午圈时称为中天。经过包括天极和天顶的那半个子午圈时，太阳到达一天中最高位置，称为上中天，此时即为地方时12点；经过包括天极和天底的那半个子午圈时，太阳到达一天中最低位置，称为下中天，即为地方时0时（或24时）。太阳经过观测者的地平圈时称为出没，也称升落。太阳从地平圈下升到地平圈上称为日出，反之称为日没。由于黄赤交角的存在，在一年之中太阳的黄道面上的位置是不断变化的。因而每天太阳的周日视运动轨迹也不一样，从而造成每天日出日落方位及中天的高度也不相同。由于地球的公转，太阳黄道上自西向东每天移动约1°。在一年的不同日期内，太阳的赤经、赤纬的变化，引起昼夜长度的变化。对北半球来说，一年内只有两天，即春分和秋分，太阳由正东点日出，正西点日没，昼夜相等。从春分起，太阳的出没方位逐渐北移，夏至日到达最北点。在这段时间内，日出的时刻逐日提早，而日没的时刻逐日延迟。同时中天高度越来越高，白昼变长，黑夜缩短。夏至那天中天高度最高，白天最长。夏至以后，太阳的出没方位逐渐南移，中天高度逐渐下降。秋分以后，太阳的出没位置已在东、西点以南，昼短夜长。这个过程一直延续到冬至日为止。这时，太阳的出没位置到达最南点，白昼最短，黑夜最长。以后，太阳的出没点重新北移，到春分点时昼夜又相等，完成一年一周的运动。由于纬度不同，太阳周日视运动的变化情况也有所不同。纬度越高，夏季白天越长，冬季白天越短。极圈以北开始出现“白夜”和“黑昼”。在地球北极，则是半年白天，半年黑夜，太阳不再每天东升西落。南半球的情况和北半球完全相同，只是冬和夏、春和秋，恰好相反。在赤道上，一年四季昼夜的长短是不变的。因而，对于全球任意点而言，在二分日时，均为正东方日出，正西方日落，昼夜平分；当太阳直射点在北半球移动时（春分到秋分），全球均为东偏北方向日出，西偏北方向日落；当太阳直射点在南半球移动时（秋分到次年春分），全球均为东偏南方向日出，西偏南方向日落二、北半球物体影子方位的判断物体影子方位的判断，主要是要判断物体与太阳直射点之间的相互位置1．日出日落时物体影子方位的判断，与一年中日出日落方位有关。（1）二分时，日出时物影朝向正西，日落时，物影朝向正东；（2）春分到秋分，日出时物影朝向西偏南方向，日落时，物影朝向东偏南方向（3）秋分到次年春分，日出时物影朝向西偏北方向，日落时，物影朝向东偏北方向2．地方时12时，物影方位的判断当地方时为12点时，太阳直射该地所在的经线，此时太阳处于上中天位置，物影最短，对直射点以北的地点而言，物影朝向正北；直射点的物影消失；对直射点以南的地点而言，物影朝向正南。在北回归线以北地区而言，全年正午物体影子始终向北，在南北回归线之间的地区，全年正午物体影子有时向北，有时向南，当太阳直射时则影子消失3．当北京时间12点时，物影方位的判断北京时间12时，太阳直射东经1200，这里物体影子的方向，主要是要判断该地点与太阳直射点的相对方向问题。如上图所示，A、B、C、D、E、F各点当北京时间12时的物体影子方位见下表：ABCDEF当太阳直射A、B、C所在纬线以北时西南正南东南西北正北东北当太阳直射A、B、C所在纬线时正西消失正东当太阳直射A、B、C所在纬线以南时西北正北东北三、北半球某地物体影子一天内的变化如果北半球某地有一垂直旗杆，在一天之内其影子的变化情况，则要看当地的纬度和不同的季节而定。1．对于北温带地区一年之内物体影子一天内的变化情况，如下图所示2．对于北半球热带地区一年之内物体影子一天内的变化情况，则要分以下几种情况（1）当太阳直射南半球时，其变化情况如图七所示。（2）当太阳直射赤道时，即春秋分，其变化情况如图五所示。（3）当太阳直射赤道和该地所在的纬线之间时，其变化情况如图六所示。（4）当太阳直射该地所在纬线之时，其变化情况如图八所示。（5）当太阳直射该地所在的纬线和北回归线之间时，其变化情况如图九所示。四、北半球某地物体影子长短的变化1．在一天之内，物体影子在日出和日落时最长，在正午时最短，甚至影子消失2．在一年之中，正午时物体的影子的长短变化情况则要视当地的纬度而定（1）北半球所有地点，正午物体的影子都是在冬至日时最长（2）北回归线以北地区，正午物体的影子都是在夏至日时最短（3）在赤道和北回归线之间的地区，正午物体的影子都是当太阳直射该地所在纬线时影子消失。五、对正午时物体的影子的长度的计算关于正午时物体的影子的长度的计算问题，则要考虑当时正午太阳高度角，如果物体的高度为H，则物体的影子长度为H·ctg（90－△）。其中△为当地纬度与太阳直射点的纬度之差。