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白夜一、关于“白夜”的界定在纬度较高地区的夏季，晨昏蒙影持续的时间往往很长，以至于前一天的昏影尚未结束，后一天的晨光已经开始，从而使整个夜间天空都是明亮的，这种情况称为“白夜”。关于白夜，不同的书上界定的标准是不同的，因而对于白夜出现的范围以及同一个地方白夜持续的时间在不同的书上的表述可能有很大的差别。例如，按金祖孟先生编著的《地球概论》及上海辞书出版社出版的《地理学词典》等的说法，白夜是以天文晨昏蒙影为标准来界定的。这样界定的白夜，出现的最低纬度是48°34′S、N,各纬度白夜持续的时间大致是：在48°34′S、N纬线圈上,每年只有夏至这一天才出现白夜现象；在50°S、N，白夜持续时间大约接近一个半月；在56°S、N，白夜持续时间超过三个月；在南北两极，每年大约有半年的时间是极夜，而极夜期间的大部分时间是白夜，真正的黑夜每年只有两个月左右，即在极点上每年大约有四个多月的时间是白夜。而按应振华先生主编的《地球概论教学参考》的说法，白夜是以民用晨昏蒙影为标准来界定的，这样界定的白夜，出现的最低纬度是60°34′S、N，各纬度白夜持续的时间大致是：在60°34′S、N纬线圈上，每年只有夏至这一天才出现白夜现象；在60°34′S、N之间的地区不会有白夜出现；出现白夜时间最长的纬度是65°44′S、N，在北半球有81天，在南半球有75天；从纬度65°44′起向赤道方向的白夜天数减少较快，向极点方向的白夜天数减少较慢；在南北半球相同纬度上，白夜的天数不等，北半球的天数多于南半球的天数，这是由于地球公转运动的速度不均匀造成的。按应振华先生的说法，在我国根本见不到白夜现象。笔者同意白夜的界定以天文晨昏蒙影为标准。二、“白夜”出现的范围如果以天文晨昏蒙影为标准，则同一日期白夜出现的范围应当是在太阳低度为0°～18°之间的地区，也就是说，同一日期白夜出现的范围都是从出现极昼的纬度开始并向较低纬度延伸纬度18°这个范围。假定地球是个正圆球，太阳是个点光源，且太阳光是平行光，太阳光穿过大气时没有折光现象发生，则受到太阳光照射时，同一时刻地球上都只有半个地球被照亮，即昼半球只跨纬度180°，亦即从太阳直射点开始向四周跨90°。太阳直射点的纬度与太阳赤纬是对应的，太阳赤纬是多少度,太阳直射点的纬度就是多少度,太阳赤纬为正（＋）时,直射北半球,太阳赤纬为负（－）时,直射南半球。所以，同一日期极昼开始出现的纬度都是90°－δ（式中δ是太阳赤纬），即太阳赤纬是多少度，离开极点多少度的范围内就开始出现极昼极夜，太阳赤纬为正（＋）时，北极周围出现极昼，太阳赤纬为负（－）时，南极周围出现极昼。从开始出现极昼的纬度再向较低纬度延伸纬度18°就是此刻白夜出现的范围。例如，太阳赤纬为＋20°时，太阳直射点在20°N，由此向南向北延伸纬度90°就是此刻昼半球的南北界限，而往北延伸纬度90°就到了地球另一面的晨昏线与70°N纬线的切点上，这里就是开始出现极昼的纬线圈，由此再向较低纬度延伸18°就到了52°N，所以，52°N到70°N就是太阳赤纬为＋20°时出现白夜的范围。可见，同一日期白夜开始出现的纬度可以用公式ψ＝（90°－δ）－18°来求，式中（90°－δ）就是极昼开始出现的纬度，ψ是白夜开始出现的纬度，两者之间的地区就是该日白夜出现的范围。所以,已知太阳赤纬δ，马上就可以算出此时白夜出现的范围。例如,求太阳赤纬为＋10°时白夜出现的范围。已知太阳赤纬为＋10°时，太阳直射点在10°N，极昼开始出现的纬度是80°N，代入公式算出白夜开始出现的纬线圈是62°N，所以,太阳赤纬为＋10°时白夜出现的范围是62°N～80°N。不难理解，由于太阳赤纬最大值就是±23°26′，所以,白夜出现的最低纬度便是（90°－23°26′）－18°＝48°34′，即48°34′S、N，由此向较低纬度不会再有白夜现象出现。我们在研究这个问题时，是假定太阳是个点光源、太阳光是平行的，且太阳光穿过大气层时没有大气的折光现象，如果考虑到太阳有16′的视半径，大气折光率更高达34′，结果我们会发现白夜出现的纬度更低了、范围更大了（66°34′－18°50′＝47°44′，即白夜出现的最低纬度是47°44′S、N），同时，理论上算出的白夜持续天数与实际相比较可能短一些。尽管如此，为了研究问题的方便，大多数情况下，我们还是可以不考虑太阳视半径、大气折光等天文、气象等因素的影响。在纬度较高的地区,白夜的出现有两种情况:在没有极昼现象的地区,即48°34′S、N～66°34′S、N之间的地区，白夜出现于夏至前后；在有极昼现象出现的地区，即66°34′S、N～90°S、N，白夜出现的时间分为两段，一段在极昼开始之前，一段出现在极昼结束之后。三、“白夜”持续的时间既然同一日期白夜开始出现的纬度可以用公式ψ＝（90°－δ）－18°来求，那么，已知某地的地理纬度，就可以求出该地白夜开始、结束和持续的时间。已知某地的地理纬度求该地白夜、结束和持续的时间，应该先求出该地白夜开始、结束时的太阳赤纬。将公式ψ＝（90°－δ）－18°略加整理就可得到公式δ＝90°－ψ－18°。用这个公式就可以求出地理纬度ψ处白夜开始、结束时的太阳赤纬，而地理纬度ψ处白夜的持续时间实际上就是ψ处白夜开始时的太阳赤纬变化到23°26′，再变化回ψ处白夜结束时的太阳赤纬的这一段时间。所以，求地理纬度ψ处白夜持续的时间，可以先求出此地白夜开始、结束时的太阳赤纬，然后，查出对应的两个日期，两个日期之间的间隔就是此地白夜持续的时间。太阳赤纬所对应的日期是几月几日可以查《天文年历》得知，也可以根据二十四节气的太阳赤纬值及相应的太阳赤纬日变化值，粗略地求得。下面试举几例。例1.求50°N处的白夜持续时间。已知50°N处白夜开始、结束时的太阳赤纬为：90°－50°－18°＝＋22°，即50°N处的白夜是从夏至前太阳赤纬为＋22°时开始到夏至后太阳赤纬为＋22°时结束。已知夏至前芒种（6月5日或6日）太阳赤纬为22°44′,芒种前太阳赤纬的日变化值约为9.87′,所以，夏至前太阳赤纬为＋22°的时间大约在芒种前（22°44′－22°）÷9.87′≈4.45日，即5月31日或6月1日，又知夏至后小暑（7月7日或8日）太阳赤纬也是22°44′，小暑后太阳赤纬的日变化值也是约为9.87′，所以，夏至后太阳赤纬为＋22°的时间大约在小暑后（22°44′－22°）÷9.87′≈4.45日，即为7月12日或7月13日。所以，50°N处的白夜持续时间就是5月31日或6月1日至7月12日或7月13日这一段时间，大约为42或43日，即“接近一个半月”。例2.求56°N处的白夜持续时间。已知56°N处的白夜开始、结束时的太阳赤纬为：90°－56°－18°＝＋16°，即56°N处的白夜是从夏至前太阳赤纬为＋16°时开始到夏至后太阳赤纬为＋16°时结束。已知夏至前立夏（5月5日或6日）太阳赤纬为16°19′，立夏前太阳赤纬的日变化值约为19.13′，所以，夏至前太阳赤纬为＋16°的时间大约为5月4日或5月5日；又知夏至后立秋（8月8日或7日）太阳赤纬也是16°19′，立秋太阳赤纬的日变化值也是约为19.13′，所以，夏至后太阳赤纬为＋16°的时间大约为8月8日或8月9日。所以，56°N处的白夜持续时间就是5月4日或5日至8月8日或9日这一段时间，约为95或96天，即“超过三个月”。例3.我国的漠河地处53.5°，这里白夜开始、结束时的太阳赤纬为：90°－53.5°－18°＝＋18.5°，即漠河的白夜是从夏至前太阳赤纬为＋18.5°时开始至夏至后太阳赤纬为＋18.5°时结束。已知夏至前立夏（5月5日或6日）太阳赤纬为16°19′，立夏以后太阳赤纬的日变化值约为15.8′，所以，漠河白夜开始的时间即夏至前太阳赤纬为＋18.5°的时间大约在立夏以后（18.5°－16°19′）÷15.8′≈8.3日，即5月13日或14日；又知夏至后立秋（8月8日或7日）太阳赤纬也是16°19′，立秋前太阳赤纬的日变化值也是约为15.8′，所以，漠河白夜结束时间约在立秋前（18.5°－16°19′）÷15.8′≈8.3日，即7月30或31日。所以，漠河白夜持续时间就是5月13日或14日至7月30或31日这一段时间，约为78或79天。需要说明的是，上述太阳赤纬日变化值是用节气平均即内插法的办法得到的近似值，而且没有考虑太阳视半径、大气折光差、视差等因素的影响。特别是大气折光差在不同纬度、不同季节、不同天气情况下都有很大的差别。因此，这种理论上的计算结果与实际情况相比任何时候都会有所差距。实际上，一个地方白夜开始、结束和持续的时间，只有建立在长期观测基础上才可能得出相对比较准确的数据。