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太陽升落方位的變化規(guī)律論文
內(nèi)容提要：太陽升落方位問題是《地球運(yùn)動(dòng)》教學(xué)中遇到的疑難問題，《地理教育》雜志曾連續(xù)刊發(fā)多篇文章對(duì)此進(jìn)行討論，本文系其中之一，刊發(fā)于93年第4期。本文從緯度、季節(jié)、南北半球比較三個(gè)方面考察太陽升落方位的變化規(guī)律，文字深入淺出，通俗易懂，適合于中學(xué)地理教師及高校地理系學(xué)生閱讀，可供《地球概論》教學(xué)及《高中地理》教學(xué)參考。
關(guān)鍵詞： 太陽升落方位(A) 太陽赤緯(δ) 緯度(ψ) 太陽周日圈 地平圈
由于黃赤交角的存在，使天球上的太陽不斷相對(duì)于天赤道作回歸運(yùn)動(dòng)，其真接結(jié)果是造成太陽赤緯（即δ）的周年變化（表現(xiàn)在地面上便是太陽直射點(diǎn)的南北移動(dòng)），進(jìn)而導(dǎo)致太陽周日圈反復(fù)地北進(jìn)南退，伴隨這種北進(jìn)南退，地面觀察者眼中太陽的升落方位亦出現(xiàn)有規(guī)律的變化。
太陽升落方位的變化規(guī)律可以從以下幾個(gè)方面來考察：
1.隨緯度的變化規(guī)律：這種規(guī)律可以概括為一句話即：太陽赤緯不為零時(shí)，緯度越高（不管南北緯），太陽升落的方位角（以東點(diǎn)、西點(diǎn)為起點(diǎn)，在地平圈上度量，偏北為正，偏南為負(fù)，用符號(hào)A表示）越大，而且太陽赤緯為正（負(fù)）即太陽直射在北（南）半球時(shí)，方位角為正（負(fù)），亦即太陽升落方位偏北（南）。根據(jù)緯度的差異又可分為以下六種情況：
�。�1）在赤道上看：由于太陽周日圈與地平圈直交，故一年四季太陽都是垂直地升起而又垂直地落下，且太陽赤緯是多少度，太陽升落方位便是多少度，即δ=A。例如：每年11月7日，太陽赤緯約為－16°19′即太陽直射南緯16°19′，此日的太陽升落方位亦為－16°19′，即在赤道上看11月7日這天太陽是從正東偏南16°19′處升起，在正西偏南16°19′處下落。
(2)在開始出現(xiàn)極晝的緯度上看：由于太陽周日圈最低點(diǎn)與地平圈相切，故太陽升落方位最大為90°即與北點(diǎn)或南點(diǎn)重合。例如：6月22日北極圈上開始出現(xiàn)極晝，太陽周日圈全部在地平圈以上，其最低點(diǎn)恰與北點(diǎn)相切，故這天在北極圈上看太陽，是從正東偏北90°即正北方位開始升起，而在正西偏北90°即正北方位下落到最低點(diǎn)，換句話說就是6月22日在北極圈上看太陽升落方位為+90°。
�。�3）在開始出現(xiàn)極晝的緯度到極點(diǎn)之間看：由于太陽周日圈全部位于地平圈以上而且是傾斜的，故一天中太陽高度仍有變化，太陽開始升起和下落到的最低點(diǎn)方位角均為90°即太陽升落方位亦與北點(diǎn)或南點(diǎn)重合。例如：6月22日在70°N處看太陽，一天中太陽總在地平以上轉(zhuǎn)圈，只在半夜時(shí)下落到最低點(diǎn)，此時(shí)太陽位于正北方天空，方位角為+90°。
�。�4）極晝期間在極點(diǎn)上看：由于太陽周日圈始終平行于地平圈，故一天中的太陽高度沒有變化，始終等于該日太陽赤緯，太陽只有方位變化而無所謂升落，因而不存在升落方位問題。例如：12月22日在南極點(diǎn)上看，太陽周日圈始終高出地平23°26′，且只有方位變化（每日一周）而無所謂升落，故不存在升落方位問題。
�。�5）在開始出現(xiàn)極夜的緯度上看：由于太陽周日圈最高點(diǎn)與地平圈相切，故太陽只在正午時(shí)在方位為900的一點(diǎn)出現(xiàn)，但剛一露臉即已下落。如8月7日太陽赤緯為+16°19′即太陽直射北緯16°19′，該日南緯73°41′的地方出現(xiàn)極夜，這天太陽只在正午時(shí)在方位為90°的一點(diǎn)即正北方露一下臉。
�。�6）在赤道與極晝極夜出現(xiàn)的緯度之間看：由于太陽周日圈與地平圈斜交，且緯度越高，兩者之間的夾角越小，故太陽升落的方位角也就越大，而且普遍地A>δ。方位角的大小可用球面三角正弦公式求得：sinA=sinδ/cosψ( 式中A為方位角，δ為太陽赤緯，ψ為當(dāng)?shù)鼐暥?)。例如：12月22日太陽赤緯為－23°26′，赤道上方位為－23°26′，南北回歸線上為－25°41′，南北緯45°為－34°13′，極圈上為－90°。
2.隨季節(jié)的變化規(guī)律：這種規(guī)律也可以概括為一句話即：太陽赤緯值越大（�。�，方位角越大（小），而且赤緯為正（負(fù)）方位為正（負(fù)）即太陽升落方位偏北（南）。例如：
�。�1）每年的3月21日與9月23日即二分日：太陽赤緯為0°即太陽直射赤道，太陽周日圈與天赤道重合。由于天赤道在當(dāng)?shù)靥炜罩械奈恢媚藮|點(diǎn)、西點(diǎn)、Q點(diǎn)（又稱上點(diǎn)，其位置在赤道上與當(dāng)?shù)靥祉斨睾希卑肭蛟谔祉斦舷喈?dāng)當(dāng)?shù)鼐暥鹊囊稽c(diǎn)，南半球在當(dāng)?shù)靥祉斦毕喈?dāng)當(dāng)?shù)鼐暥鹊囊稽c(diǎn)）的連線，故全球各緯度看太陽都是從正東方位升起，在正西方位下落，其中正午時(shí)的太陽位置在赤道上位于天頂，北（南）半球位于天頂以南（北）相當(dāng)當(dāng)?shù)鼐暥鹊囊稽c(diǎn)。
�。�2）每年的6月22日與12月22日即二至日：6月22日太陽赤緯為+23°26′，達(dá)一年中最大值，各緯度方位角皆為正（北偏）且亦達(dá)一年中最大值；12月22日太陽赤緯為－23°26′，絕對(duì)值亦達(dá)到一年中最大值，故各緯度方位角皆為負(fù)（南偏）且亦達(dá)到最大值。
�。�3）夏半年與冬半年的情況是：3月21日以后到9月23日以前太陽直射點(diǎn)在北半球，太陽赤緯為正，各地方位角均為正，這段時(shí)間內(nèi)太陽升落方位均偏北即從東偏北方向升起在西偏北方向落下；9月23日以后到次年3月21日以前，太陽赤緯為負(fù)，直射點(diǎn)在南半球，各地方位角均為負(fù)，這段時(shí)間內(nèi)太陽升落方位均偏南即從東偏南的方向升起在西偏南方向落下。
�。�4）據(jù)太陽赤緯隨季節(jié)的變化情況可知：6月22日以后到12月22日，太陽周日圈不斷南退，太陽赤緯由+23°26′逐漸變化為-23°26′，太陽升落方位在各緯度都將是由最偏北逐漸過渡為最偏南；12月22日以后到次年6月22日，太陽周日圈不斷北進(jìn)，太陽赤緯由－23°26′逐漸變化為－23°26′，這期間太陽升落方位在各緯度亦由最偏南逐漸過渡為最偏北。
3.南北半球比較也有幾條規(guī)律可循：
�。�1）太陽升落方位是偏北還是偏南在全球各緯度都是一致的，與所處哪個(gè)半球無關(guān)，所不同的僅是因?yàn)榫暥炔煌逼系某潭炔煌Ｔ蚴歉骶暥鹊臇|點(diǎn)與西點(diǎn)是共同的，都是當(dāng)?shù)氐仄饺εc天赤道的兩個(gè)交點(diǎn)。例如：12月22日，全球各緯度看太陽升落方位都是偏南，北半球是如此，南半球亦是如此，所不同的只是因?yàn)楦鞯鼐暥炔煌吹教柹浞轿黄系某潭炔煌�，在赤道上�?23°26′，15°N、S處為 -24°18′，23°26′N、S處為－25°41′，45°N、S處為-34°13′，66°34′N、S處為－90°。
�。�2）南北半球緯度相同的地方，同一日期的太陽升落方位亦相同，但晝夜長(zhǎng)短狀況剛好相反。例如：6月22日，15°N、S處看太陽升落方位都是+24°18′即從東偏北24°18′處升起，在西偏北24°18′處下落，但在15°N看太陽周日圈向南傾斜，地平以上部分大于地平以下部分，晝夜長(zhǎng)短狀況表現(xiàn)為晝長(zhǎng)夜短，而在15°S處看則太陽周日圈向北傾斜，地平以上部分小于地平以下部分，晝夜長(zhǎng)短狀況表現(xiàn)為晝短夜長(zhǎng)。
�。�3）不管哪個(gè)半球，只要太陽赤緯值的絕對(duì)值相同，則同一緯度上看太陽升落方位的絕對(duì)值亦相同，但表現(xiàn)在晝夜長(zhǎng)短狀況上則可能有晝長(zhǎng)和夜長(zhǎng)兩種情況。例如：太陽赤緯值的絕對(duì)值均為23°26′，在45°N處各地看太陽升落方位的絕對(duì)值均為34°13′，但這可能有以下二種情況：一是太陽赤緯值為+23°26′，此時(shí)太陽是從東偏北34°13′處升起在西偏北34°13′處下落，晝夜長(zhǎng)短狀況表現(xiàn)為晝長(zhǎng)夜短；二是太陽赤緯值為－23°26′，此時(shí)太陽是從東偏南34°13′處升起在西偏南34°13′處下落，晝夜長(zhǎng)短狀況表現(xiàn)為晝短夜長(zhǎng)。
總之，太陽升落方位不是固定不變的，它因緯度而不同，隨季節(jié)而變化，它是太陽回歸運(yùn)動(dòng)在地面上的反映。只要掌握了太陽回歸運(yùn)動(dòng)或太陽直射點(diǎn)在地面上的移動(dòng)規(guī)律，太陽升落方位的變化規(guī)律便可迎刃而解。只是要注意：除赤道外，太陽周日圈與地平圈并不垂直相交，因而只有在赤道上A=δ，而在其它緯度上都是A>δ；極夜期間不存在太陽升落亦無所謂太陽升落方位；極晝期間（除極點(diǎn)外）太陽升落方位均為90°，只有極點(diǎn)上太陽周日圈平行于地平圈，太陽高度始終等于太陽赤緯，不存在太陽升落方位問題。
參考文獻(xiàn)：
《地理疑難問題精解》（一）P 51《太陽到底出沒在何方》 盧文石 朗根棟主編 陜西科學(xué)技術(shù)出版社（第一版）
《地球概論》 金祖孟編著 高等教育出版社（第二版）
《地球概論》 劉南編著 高等教育出版社（第一版）
《地理教育》 90年第4期P29 秦克鑄文《極晝期間太陽的周日運(yùn)動(dòng)》
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