極晝區(qū)太陽視運(yùn)動探析

極晝區(qū)太陽周日視運(yùn)動規(guī)律探析極晝區(qū)，即出現(xiàn)太陽終日不落現(xiàn)象的地區(qū)。在同一個(gè)太陽日內(nèi)，極晝區(qū)內(nèi)不同緯度地點(diǎn)盡管都有極晝現(xiàn)象，但它們的太陽高度（角）日變化及其太陽周日視運(yùn)動軌跡卻迥然不同。對于該問題的認(rèn)識，學(xué)生大都模糊不清，下面分類圖示例析如下。一. 南、北極點(diǎn)太陽周日視運(yùn)動狀況每年春分（3月21日前后）至秋分（9月23日前后），陽光直射北半球，為北極點(diǎn)極晝期；秋分至次年春分，陽光直射南半球，則為南極點(diǎn)極晝期。由于南、北極點(diǎn)位于地球自轉(zhuǎn)軸上，其角速度和線速度為0，因此，當(dāng)其處于極晝期時(shí)，全天24小時(shí)太陽高度角為恒值（不變），并且其太陽高度的大小取決于陽光直射點(diǎn)的緯度。運(yùn)用正午太陽高度的計(jì)算公式（h90（90直射點(diǎn)的緯度），可推知h直射點(diǎn)所在的緯度數(shù),即極點(diǎn)太陽高度角的大小恰好等于陽光直射點(diǎn)的緯度。例如，當(dāng)陽光直射20N時(shí)，北極點(diǎn)全天太陽高度角為20；又如，當(dāng)陽光直射20S時(shí)，南極點(diǎn)太陽高度角終日為20。由于陽光直射點(diǎn)以回歸年為單位在南北回歸線之間來回移動，故南、北極點(diǎn)在其極晝期內(nèi)的太陽高度變化范圍為（0，2326。當(dāng)陽光某日直射南、北緯h時(shí)，南、北極點(diǎn)太陽高度角的日變化曲線及其視運(yùn)動軌跡，如圖1、圖2（南極點(diǎn)圖）和圖3（北極點(diǎn)圖）所示。 提示：太陽周日視運(yùn)動是地球自轉(zhuǎn)的結(jié)果，其移動方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反；在北半球地平圈上看來，太陽視運(yùn)動表現(xiàn)為順時(shí)針方向，而南半球則為逆時(shí)針方向。北極點(diǎn)為地球最北端，其四面八方均為南方；南極點(diǎn)為地球最南端，其四面八方為北方。陽光直射赤道時(shí)（二分日），南、北極點(diǎn)太陽高度終日為0，該日太陽沿地平線移動，此現(xiàn)象不屬極晝現(xiàn)象。陽光直射點(diǎn)南北移動的日內(nèi)變化忽略不計(jì)，同緯度地點(diǎn)太陽視運(yùn)動軌跡相同。例1 下圖為某科考隊(duì)員在某地觀測到的太陽高度日變化示意圖，這一天他觀察到的太陽在天空呈逆時(shí)針方向運(yùn)行。據(jù)此回答下面兩題。.該科考隊(duì)員所處的緯度位置是（ ）A.68S B.68N C.90S D.90N.假設(shè)圖示太陽高度為該地一年中的最大值，則（ ）A.地球上的熱帶范圍將變大 B.地球上溫帶范圍將變小C.地球上有極晝極夜現(xiàn)象的范圍將變小D.濮陽（36N）正午太陽高度的年變化幅度將變大 解析 地球上太陽高度整日不變的只有極點(diǎn)，極晝時(shí)北極點(diǎn)上空太陽視運(yùn)動方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，南極點(diǎn)為逆時(shí)針方向，故第題C項(xiàng)正確。極晝期間，極點(diǎn)太陽高度等于陽光直射點(diǎn)的緯度，其大小隨直射點(diǎn)的南北移動而變化。若此日南極點(diǎn)的太陽高度（22）為一年中的最大值，說明黃赤夾角變小，則南北回歸線的度數(shù)由2326縮小為22，南北極圈的度數(shù)由6634增大為68，進(jìn)而可知地球上的熱帶范圍縮小，寒帶（即有極晝極夜現(xiàn)象的地區(qū)）縮小，而溫帶范圍則變大，故第題C項(xiàng)正確；據(jù)正午太陽高度的計(jì)算公式可推知，溫帶地區(qū)正午太陽高度的年變化幅度為黃赤夾角度數(shù)的2倍。黃赤夾角變小，濮陽正午太陽高度的年變化幅度也將變小。答案 C C二. 極晝?nèi)ι咸栔苋找曔\(yùn)動狀況所謂極晝?nèi)?，就是指剛剛出現(xiàn)極晝現(xiàn)象的緯線圈，即出現(xiàn)極晝現(xiàn)象的最低緯度圈。極晝?nèi)Φ拇笮‰S著陽光直射點(diǎn)的南北移動而張縮。以北半球?yàn)槔?，春分?月21日前后）過后，陽光直射點(diǎn)由赤道逐漸向北移移動，極晝?nèi)t由北極點(diǎn)（90N）逐漸向南擴(kuò)展；夏至?xí)r，陽光直射2326N，極晝?nèi)U(kuò)大到年內(nèi)最大值,此時(shí)極晝?nèi)褪潜睒O圈,即6634N。夏至過后，陽光直射點(diǎn)又由2326N向南移動，極晝?nèi)t由北極圈向南逐漸縮?。坏角锓謺r(shí)，極晝?nèi)s小至北極點(diǎn)，北半球極晝現(xiàn)象結(jié)束。通過分析日照圖容易得出，在極晝?nèi)埧s過程中，陽光直射點(diǎn)所在的緯度始終與極晝?nèi)Φ木暥然ビ唷ｏ@然，極晝?nèi)Φ木暥饶陜?nèi)變化范圍為6634，90）。極晝?nèi)ι?，全?4小時(shí)內(nèi)太陽高度最小值為0，出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間0時(shí)（或24時(shí)），此時(shí)太陽視運(yùn)動軌跡與地平圈相切；太陽高度最大值就是當(dāng)?shù)卣缣柛叨龋浯笮殛柟庵鄙潼c(diǎn)所在緯度數(shù)的2倍（根據(jù)正午太陽高度的計(jì)算公式即可推知）。顯然，冬至或夏至?xí)r極晝?nèi)ι系恼缣柛叨冗_(dá)到一年內(nèi)的最大值，即4652。當(dāng)陽光某日直射南、北緯h時(shí)，極晝?nèi)Γㄆ渚暥葹槟稀⒈本暎?0h）上某地點(diǎn)太陽高度的日變化曲線及其視運(yùn)動軌跡，如圖4、圖5（南半球極晝?nèi)μ栆曔\(yùn)動圖）和圖6（北半球極晝?nèi)μ栆曔\(yùn)動圖）所示。 例2 下圖表示某地點(diǎn)A某日所觀察到的太陽運(yùn)行軌跡，其中箭頭表示太陽運(yùn)行方向，E、W、S、N分別表示東、西、南、北四個(gè)方向。當(dāng)太陽位于圖中B點(diǎn)時(shí)，北京時(shí)間為16點(diǎn)。據(jù)此回答下面兩題。.觀察地點(diǎn)的地理坐標(biāo)可能是（ ）A.60N，120W B. 60N，60EC.70N，120W D. 70N，60E.該日，太陽升起的方向是（ ）A.地平正北方向 B. 地平東北方向C.地平東南方向 D. 地平正東方向解析 從圖中太陽視運(yùn)動可以看出，該地該日剛好發(fā)生了極晝現(xiàn)象，即該地正好位于極晝?nèi)ι稀O晝?nèi)ι险缣柛叨鹊扔谥鄙潼c(diǎn)緯度的2倍，據(jù)圖示信息可推知此時(shí)陽光直射在20N，進(jìn)而可知該日極晝?nèi)?0N（9020）。當(dāng)太陽位于B點(diǎn)時(shí)，為當(dāng)?shù)氐胤綍r(shí)正午12點(diǎn)，而此時(shí)的北京時(shí)間（東經(jīng)120地方時(shí)）為16點(diǎn)，時(shí)差4小時(shí)，經(jīng)度相隔60，可算出該地位于60E。北半球極晝?nèi)ι?，太陽在子?時(shí)從地平的正北方向升起（人的視線越過北極點(diǎn)看到日出），又在第二天的子夜0時(shí)落于地平的正北。答案 D A三. 極晝?nèi)εc極點(diǎn)之間地區(qū)的太陽周日視運(yùn)動狀況在極點(diǎn)與極晝?nèi)χg的極晝地帶，全天24小時(shí)太陽高度角都大于0，其中日最小太陽高度角與正午太陽高度角之和等于陽光直射點(diǎn)緯度數(shù)的2倍，并且日最小太陽高度角的度數(shù)等于該地緯度與極晝?nèi)χg相隔的緯度數(shù)（由正午太陽高度的計(jì)算公式外延而得）。例如，當(dāng)陽光直射20N時(shí)，極晝?nèi)?0N，處在極點(diǎn)與70N之間的80N上的正午太陽高度為30（據(jù)正午太陽高度的計(jì)算公式而得），其最小太陽高度角則為10（2203010）。當(dāng)陽光某日直射南、北緯h時(shí)，極晝?nèi)暥葹?0h，此時(shí)處于極點(diǎn)與極晝?nèi)χg地帶的某地點(diǎn)太陽高度日變化曲線及太陽視運(yùn)動圖如圖7、圖8（南半球圖）和圖9（北半球圖）所示。提示 h 1圖中表示該地日最大太陽高度角，h 2表示該地日最小太陽高度角，若該日直射點(diǎn)緯度為h，a表示該地緯度，b表示該日極晝?nèi)暥?，則它們存在以下關(guān)系式： 2hh 1h 2 abh 290（h 1h 2）2 b90h90（h 1h 2）2例3 下圖表示某地一天中兩個(gè)不同時(shí)刻太陽光線與地面的夾角，據(jù)此回答下列三題。.這一天，太陽直射點(diǎn)的緯度是（ ）A.15N B.20N C.15S D.20S.該地的地理緯度是（ ）A.70N B.75N C.70S D.75S .當(dāng)太陽處在正北方上空時(shí)，國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)為20時(shí)，則該地的經(jīng)度位置是（ ）A.120W B.0 C.60E D.180解析 北半球極晝?nèi)捌湟员钡貐^(qū)（極點(diǎn)除外），日最小太陽高度角朝向正北（出現(xiàn)在當(dāng)?shù)?時(shí)），日最大太陽高度（即正午太陽高度）朝向正南方向，并且兩極值之和等于直射點(diǎn)緯度的2倍，據(jù)此可推知該日陽光直射20N。該地緯度等于該日極晝?nèi)暥?0（9020）與日最小太陽高度之和，即75N。當(dāng)太陽處于正北方上空時(shí)，該地地方時(shí)為0時(shí)（或24時(shí)），而此時(shí)0經(jīng)線地方時(shí)（國際標(biāo)