地球運動知識整合及規(guī)律總結(jié)
一、日照圖判讀的基本步驟和技巧
1．確定南北極(或南北方向)，判斷南北半球。
2．根據(jù)經(jīng)緯線與晨昏線的幾何關(guān)系，判斷直射點的緯度或節(jié)氣。
(1)若晨昏線與經(jīng)線重合(或與緯線垂直)，則此時為春分日或秋分日，太陽直射赤道。
(2)若晨昏線與某一緯線相切，如相切于70°S，且70°S以南出現(xiàn)極晝，則太陽直射點的緯度為20°S；若與晨昏線相切的緯線為極圈，則太陽直射點的緯度為23°26′，此時為二至日。
3．時間計算的切入點：
(1)根據(jù)晨昏線與赤道的交點：晨線與赤道交點所在經(jīng)線的地方時為6時，昏線與赤道交點所在經(jīng)線的地方時為18時。
(2)根據(jù)晝半球和夜半球：平分晝半球的經(jīng)線的地方時為12時，平分夜半球的經(jīng)線的地方時為0時或24時。
(3)根據(jù)太陽直射點：太陽直射點所在經(jīng)線的地方時為12時，與正午經(jīng)線相對的另一經(jīng)線的地方時為O時或24時。
(4)晨昏線與緯線圈相切的經(jīng)線的地方時為12時或24時。
4．確定太陽直射點的位置(經(jīng)度和緯度)。
(1)經(jīng)度位置的確定：
?、俚胤綍r為12時經(jīng)線的經(jīng)度數(shù)即為太陽直射點的經(jīng)度；
?、谄椒謺儼肭蚪?jīng)線的經(jīng)度數(shù)即為太陽直射點的經(jīng)度。
由以上可知，圖1各圖中太陽直射點所對應的經(jīng)線為M經(jīng)線，M經(jīng)線的經(jīng)度即為太陽直射點的經(jīng)度。
(2)緯度位置的確定：
①根據(jù)二分二至等特殊節(jié)氣來確定：夏至日太陽直射北回歸線，太陽直射點的緯度為23°26′N；冬至日太陽直射南回歸線，太陽直射點的緯度為23°26′S；春秋分太陽直射赤道，太陽直射點的緯度為0°。
?、诟鶕?jù)極晝極夜的范圍來確定：太陽直射緯度與極晝極夜范圍的最低緯度互余，如：若此時70°N以北是極晝現(xiàn)象，則此時太陽直射20°N；若此時70°N以北是極夜現(xiàn)象，則此時太陽直射20°S。二、正午太陽高度的時空分布規(guī)律
1．正午太陽高度的形成：如圖2所示。
2．正午太陽高度計算公式推導：
H=90°-∠B
=90°-∠AOB
=90°-(∠COB-∠COA)
=90°-緯度差(即所求點和直射點之間的緯度差，同半球相減，異半球相加)
3．正午太陽高度的時空變化規(guī)律。
(1)正午太陽高度的空間變化規(guī)律
全球正午太陽高度的緯度變化規(guī)律：從太陽直射點所在緯線分別向南北兩側(cè)遞減；離直射點距離越近(緯度差越小)，正午太陽高度越大，反之越小。下面結(jié)合圖3，看一下北半球二分二至日正午太陽高度的變化情況。
?、傧闹寥眨赫缣柛叨扔杀被貧w線向南北兩側(cè)遞減。如圖3中D折線所示。
?、诙寥眨赫缣柛叨扔赡匣貧w線向南北兩側(cè)遞減。如圖3中C折線所示。
?、鄞呵锓秩眨赫缣柛叨扔沙嗟老蚰媳眱蓚?cè)遞減。如圖3中E折線所示。
(2)正午太陽高度的年變化規(guī)律
?、倩貧w線之間的地區(qū)：正午太陽高度最大值為90°，全年有兩次太陽直射現(xiàn)象，即一年中有兩個正午太陽高度最大值。如圖4中A。
?、诨貧w線上：正午太陽高度的最大值為90°，全年有一次太陽直射現(xiàn)象，即一年中有一個正午太陽高度最大值。如圖4中B。
③回歸線至極點之間的地區(qū)：正午太陽高度最大值小于90°，全年沒有太陽直射現(xiàn)象。一年中有一個正午太陽高度最大值。如圖4中C。
④北回歸線及其以北的緯度帶：每年夏至日(6月22日)正午太陽高度達一年最大值，冬至日(12月22日)正午太陽高度達一年最小值。
?、菽匣貧w線及其以南的緯度帶：每年冬至日正午太陽高度達一年最大值，夏至日正午太陽高度達一年最小值。
(3)太陽高度的日變化規(guī)律
①極點地區(qū)：在極晝期間，極點上的太陽高度在一天之內(nèi)是沒有變化的，其太陽高度始終等于太陽直射點的緯度。(如圖5A)
?、诜菢O點地區(qū)：非極點地區(qū)的太陽高度在一日內(nèi)是有變化的。一天之內(nèi)有一個最大值，即當?shù)氐恼缣柛叨取?如圖5B)
?、蹚娜蚍秶矗禾栔鄙潼c上，太陽高度角為90°；從直射點開始，太陽高度向四周降低，呈同心圓分布；晨昏線上太陽高度為0°。例如太陽直射在15°N、60°W時，太陽高度的分布如圖6所示。
4．正午太陽高度(H)的應用。
(1)正午太陽高度分布的變形圖。
(2)利用正午太陽高度計算垂直物體的日影：cotH=影長／物體長度。
(3)太陽能熱水器的安裝傾角等于緯度差(即當?shù)鼐暥群吞栔鄙潼c緯度的差值)。
(4)南北半球中緯度地區(qū)樓房間隔L和采光問題：
?、貺=樓高×cotH(H即當?shù)厝曜钚〉恼缣柛叨冉?。如圖7所不。
②在樓房布局時建議采用東北一西南走向或西北一東南走向。
(5)有前檐的窗戶與房頂之間距離L的設(shè)定：L=前檐長度×tanH。
5．影子問題。
(1)影子的朝向與光源的方向相反。
(2)太陽高度越大，影子越短；反之，越長。一天中日影的變化規(guī)律是：日出最長——變短——正午最短——變長——日落最長。(從理論上說晨昏線影子無限長)
(3)正午日影的朝向和長短變化
?、俦被貧w線以北：北回歸線以北太陽終年南射，正午日影始終朝北；緯度越高，日影越長；6月22日達一年中最短，12月22日達一年中最長。
?、谀匣貧w線以南：南回歸線以南太陽終年北射，正午日影始終朝南；緯度越高，日影越長；12月22日達一年中最長，6月22日達一年中最短。
?、勰媳被貧w線之間的地區(qū)：正午時，在南北回歸線內(nèi)，太陽有直射、南射和北射。正午日影有時無，有時向南，有時向北；長短由正午太陽高度確定。
(4)極點：任何時候日影始終朝南或朝北(北極點朝南，南極點朝北)，且日影長短無日變化。
三、晝夜長短的變化
1．晨昏線(圈)的運動。
隨著地球自西向東自轉(zhuǎn)，晨昏線不停地由東向西運動；由于太陽直射點的南北移動，且晨昏線始終與太陽光線垂直，晨昏線以極點為中心，以一個回歸年為周期，在極圈和極點之間來回擺動。
(1)側(cè)視圖中晨昏線的運動過程，AB為晨線，虛線為回歸線和極圈，陰影為黑夜，如圖8所示。
(2)俯視圖中晨昏線的運動過程：AB為晨昏線(圈)，虛線為北極圈，大圓為赤道，陰影部分為黑夜，如圖9所示。
(3)總結(jié)規(guī)律
?、儆捎诔炕杈€把緯線分成晝弧和夜弧兩部分，晨昏線的擺動導致晝弧和夜弧的增長或縮短，導致晝夜長短的變化。
?、诋敵炕杈€離開極點時，極點周圍出現(xiàn)極晝或極夜，其極晝極夜范圍是與晨昏線相切的那條緯線和極點之間的區(qū)域。
?、?月23日至次年3月21日，太陽直射在南半球，北半球晝短夜長，在北半球晨線隨緯度增大而東偏，昏線隨緯度增大而西偏；3月21日至9月23日，太陽直射在北半球，北半球晝長夜短，在北半球晨線隨緯度增大而西偏，昏線隨緯度增大而東偏。
2．晝夜長短變化的各時段分析。
3．晝夜長短的計算方法。
(1)利用一個地區(qū)晝弧所跨的經(jīng)度范圍來計算。方法：晝長(單位：小時)=白晝弧度數(shù)／15°，即在日照圖上某條緯線與晨昏線有兩個交點，兩點之間在晝半球的弧度數(shù)除以15°就是白晝的小時數(shù)。
(2)利用已知的日出和日落的地方時來求算。方法是：晝長=2×(12-日出時間)或晝長=2×(日落時間-12)。因為地方時正午12時總是會把一天的白晝平分成相等的兩等份(如圖10所示)。
(3)同緯度地區(qū)晝長相同，而分別位于南北半球但緯度數(shù)相同的兩地，一地的晝長等于另一地的夜長。如北緯40°地區(qū)的晝長是15時，那么南緯40°地區(qū)的夜長為15時。
(4)極晝區(qū)、極夜區(qū)的晝長分別是24時和O時。
(5)赤道地區(qū)全年晝夜平分，各為12時。
四、太陽周日視運動
1．周日視運動規(guī)律。
(1)太陽直射赤道時，全球各地太陽從正東方向升起，在正西方向落下。
(2)太陽直射北半球時，全球各地太陽從東北方向升起，在西北方向落下(極晝和極夜地區(qū)除外)。
(3)太陽直射南半球時，全球各地太陽從東南方向升起，在西南方向落下(極晝和極夜地區(qū)除外)。
2．根據(jù)下圖(圖11)，比較甲、乙、丙三地太陽周日視運動規(guī)律的異同點。
(1)三地太陽視運動相同點是：太陽有時東升西落，有時東北升西北落，有時東南升西南落。
(2)三地正午太陽位置的不同點是：甲地，有時太陽在頭頂，有時在北方，有時在南方，說明甲地在南北回歸線之間；乙地，太陽終年在北方，說明乙地在南回歸線以南；丙地，太陽終年在南方，說明丙地在北回歸線以北
