对一道2010年全国地理高考题的看法

河北省邢台学院地理系（054001） 杨印书

题目

本文所谈的是2010年普通高等学校招生考试全国Ⅱ卷文综第9、10、11题。

据报道，某年3月9日，我国科考队员在中国北极黄河站（78°55′N，11°56′E）观看了极夜后的首次日出。完成9~11题。

9．当日，科考队员在黄河站看到日出时，北京时间约为（ ）

A.10时 B.13时 C.16时 D.19时

10．当日，日落于黄河站的（ ）

A.东方 B.西方 C.南方 D.北方

11．据此推算，黄河站此次极夜开始的时间约在前1年的（ ）

A.9月21～30日 B.10月1～10日

C.10月11～20日 D.10月21～30日

答案 9.D 10.C 11.B

评议

笔者认为该题是有问题的，值得探讨。

首先，试析一下该题的命题思路。

第9题。按照题意，3月9日科考队员在黄河站看到了极夜后的首次日出，既然是首次日出，那必定日出于约正南方、日落于约正南方；既然是日出于约正南方，日落于约正南方，那必定是在地方时约12时。由于黄河站的经度为东经11°56′，它和东经120°的经度差为108°04′，二者的地方时之差约为7时12分。因北京时间即东经120°的地方时，所以3月9日在黄河站地方时约12时看到日出时，北京时间为19时12分（12时+7时12分）。因此，第9题答案为D.19时。

第10题。在第9题中已述及，首次日出约在地方时12时，相应地太阳约从正南方升起，随即又约从正南方落下。因此，第10题答案为C.南方。

第11题。黄河站的纬度为北纬78°55′，地处北极圈内，因此有极昼、极夜现象。极昼期是以北半球夏至日（6月22日前后）为中心，而极夜期则以北半球冬至日（12月22日前后）为中心。假如上年的冬至日在12月22日，那么自上年的12月22日至当年的3月8日为极夜期的后半段，共计约77天。这样，极夜期的前半段也约是77天。照此推算，黄河站的极夜期开始之日应约在上年的10月6日。因此，第11题答案为B.10月1日～10日。

事实上，这样的命题思路是有问题的。

我们知道，昼夜长短主要决定于两个因素：当地的地理纬度和当日的太阳直射点纬度。前者代表空间因素，即地点因素；后者代表时间因素，即季节因素。如果忽略太阳视半径、大气的折射作用和地形等因素的影响，那么一地的昼长可由公式cost=-tgφtgδ求得（见金祖孟、陈自悟编著的高校教材《地球概论》）。式中t为半昼弧长度，φ为当地的地理纬度，δ为太阳直射点的纬度，按照北半球习惯，φ和δ都以北半球为正，南半球为负。

由《2001年中国天文年历》（中国科学院紫金山天文台编，科学出版社）中的“太阳表”（各年数据差异极其微小）查得，3月9日太阳直射点的纬度约为南纬4°33′即-4°33′。在不考虑太阳视半径、大气折射作用和地形等因素下，北纬78°55′处在3月9日的昼长可这样求得：cost=-tg78°55′×tg(-4°33′)=0.4064 所以半昼弧t=66°01′，相应的半昼长为4小时24分，昼长为8时48分。即是说，在不考虑太阳视半径、大气折射作用和地形等因素下，地处北纬78°55′的黄河站所在地点，3月9日的日出时间为地方时7时36分（12时—4时24分）、日落时间为地方时16时24分（12时+4时24分）。由于地处东经11°56′的黄河站和东经120°的地方时之差为7时12分，因此相应地，日出和日落的北京时间则分别是14时48分（7时36分+7时12分）和23时36分（16时24分+7时12分）。

前已提及，一地的昼夜长短除主要决定于当地地理纬度和太阳直射点纬度，还受太阳视半径、大气折射作用和地形三个次要因素的影响。

1．太阳视半径。太阳在天空中不是一个光点，而是一个圆面，它的视半径大约是16′。通常认为，早晨太阳上缘刚出地平时为日出；傍晚太阳上缘刚入地平时为日落。即是说，考虑到太阳的视半径，那么日出和日落时的视太阳中心在地平以下16′，当时的视太阳中心和天顶的距离不是90°而是90°16′。

2．大气折射。阳光是穿过大气层到达地表的，而地球大气的密度是随高度而递减的，因此阳光在穿过地球大气时，必定要发生连续折射现象。这种折射作用，有“抬升”太阳视位置的效应，当视太阳中心位于地平线上时，实际太阳的中心尚在地平以下35′。考虑到太阳视半径和大气折光作用的共同影响，日出和日落时实际太阳的中心和天顶的距离，既不是90°，也不是90°16′，而是90°51′。

上述51′的差值，使昼半球扩大了51′，而夜半球相应地缩小了51′，从而使得任何日期和地点的昼长被延长，夜长被缩短；日出时间提前、日落时间推后；也使得高纬地区一年之中的极昼期被延长，极夜期被缩短。

3．地形。对于观察者而言，站得越高，看到的日出越早、日落越晚，白昼越长；周围山体越高，所见日出越晚、日落越早，白昼越短。需要说明的是，在上述三者之中，地形是不确定性因素，不能反映昼夜长短、日出日落的一般规律性。而太阳视半径和大气折射作用对昼夜长短，日出日落的影响是次要的，只对由地理纬度和太阳直射点纬度决定的昼夜长度分布、日出日落时刻起一定的干扰作用。因此，在中学地理教学中，对昼夜长度、日出日落时刻作规律性的分析时，仅考虑地理纬度和太阳直射点纬度这两个主要因素。

由上分析可知，在不考虑太阳视半径、大气折射和地形影响下，在北纬78°55′处3月9日这一天日出时间并非在地方时约12时（北京时间约19时），而是在地方时7时36分（北京时间14时48分）；如果再考虑太阳视半径、大气折射的影响，那么在北纬78°55′处3月9日这一天日出的时间则是地方时7时17分（北京时间14时29分，计算过程从略）。而第9题把科考队员在3月9日看到日出的时间认定是北京时间约19时（地方时约12时），显然是不妥当的。

可以看到，若忽略地形的影响，3月9日这一天，北纬78°55′处日出、日落的时间有两种情况：①不考虑太阳视半径、大气折射的影响，日出和日落的地方时分别为7时36分和16时24分。②考虑太阳视半径、大气折射的影响，则日出和日落的地方时分别是7时17分和16时43分。上述两种情况下，昼长分别是8时48分和9时26分，均为昼短夜长，日出于东南、日落于西南。由计算可知（公式sinA=sinδ/cosφ。式中A为日出点、日落点分别相对于正东和正西的偏角，其中偏北为正、偏南为负；δ为太阳直射点纬度，北半球为正，南半球为负；φ为当地纬度，北半球为正、南半球为负）日出于东偏南约24°24′、日落于西偏南约24°24′。因此，第10题答案C. 南方是不正确的。

那么第11题又错在何处呢？根据题干的说法，3月9日是黄河站首次日出之日，这样的话，3月8日当是极夜期的最后一日。我们知道，北半球高纬地区的极夜期是以冬至日为中点的一段时间，即是说以北半球冬至日（可假定冬至日为12月22日）为中点，可把黄河站的极夜期分为前后两个等长的部分。按照题意，后半部分从12月22日至3月8日，计约77天。相应地，前半部分也是77天，不难推算前半部分是从10月6日至12月22日。如此说来，答案 B.10月1日～10日符合题意。

实际上，在不考虑太阳视半径、大气折射作用和地形因素前提下，地处北纬78°55′处的黄河站所在地点的极夜时间并非始于10月6日，止于3月8日，极夜的长度也并非154天（10月6日～3月8日）左右。根据半昼弧公式cost=-tgφtgδ可知，当δ≤-（90°-78°55′）即δ≤-11°05′时，北纬78°55′处为极夜期。由《2001年中国天文年历》中的“太阳表”查得：δ≤-11°05′的相应时期是上年10月22日～2月20日。因此，在不考虑太阳视半径、大气折射作用和地形因素前提下，黄河站所在地点的极夜期应当是上年的10月22日～2月20日，计约122天，比题意给定154天的要短约1个月之多。如果我们再把太阳视半径和大气折射作用考虑进去，那么北纬78°55′的黄河站所在地点的极夜期理应更短。由计算可得，其极夜期为上年10月25日至2月17日，计约116天，比题意给定的154天要短约近40天之多。显然，把B.10月1日～10月10日作为第11题正确答案是不正确的。

为了更好地说明笔者的这一观点，下列出两表。表1自金祖孟编著的《地球概论》（高教出版社，1983年），表2自徐宝棻、应振华编著的《地球概论教程》（高教出版社，1987年）。表1未考虑太阳视半径、大气折射作用和地形的影响，表2则考虑了太阳视半径和大气折射作用的影响。

表1

表2

由表可知，纬度越高，极昼和极夜的时间越长。同一纬度，若考虑太阳视半径和大气折射的影响，其极昼期延长、极夜期缩短。不难理解，北纬78°55′的极夜日数要少于北纬80处。具体讲，在不考虑太阳视半径、大气折射作用和地形因素前提下，北纬78°55′的极夜日数应少于127天（见表1）；在考虑太阳视半径、大气折射作用因素前提下，北纬78°55′的极夜日数应少于123天（见表2）。而按照题意，地处北纬78°55′的黄河站所在地点极夜期止于3月8日，始于前一年的10月1日～10日，这样其相应的极夜期应是150～159天，即便按最短的时间说也有约150天之多，远大于表中提供的123天或127天。

综上所述，可以看到，试题出现的一系列问题根源就在于命题者把首次日出的日期定在了“3月9日”这一点上。总之，北纬78°55′处，在不考虑地形条件下：

1．3月9日并非极夜后的首次日出之日，极夜后的首次日出之日为2月21日（不考虑太阳视半径和大气折射作用）或2月18日（考虑太阳视半径和大气折射作用）。

2．由于3月9日并非极夜后的首次日出之日，因此3月9日看到日出之时，并不在地方时12点即北京时间19时，而是在地方时7时36分即北京时间14时48分（不考虑太阳视半径和大气折射作用）或地方时7时17分即北京时间14时29分（考虑太阳视半径和大气折射作用）。

3．由于3月9日并非极夜后的首次日出之日，因此3月9日这一天并非日出于约正南、日落于约正南，而是日出于东南（东偏南24°24′）、日落于西南（西偏南24°24′）。

4．由于3月9日并非极夜后的首次日出之日，因此此次极夜开始的时间并非约在前1年的10月1日～10日，而是在上一年的10月22日（不考虑太阳视半径和大气折射作用）或10月25日（考虑太阳视半径和大气折射作用）。

那么命题者为何把3月9日作为极夜之后的首次日出之日呢？笔者由网上查知：2008年3月11日，新华网（许多网站予以转载）发布了一则报道：“3月9日晨，在挪威新奥尔松的中国北极黄河站，中国大学生北极科考团成员迎来今冬极夜后的首次日出。太阳在跃出地平线15分钟后落入群山之中。”报道还配发有新华网记者孙闻拍摄的观日照片。命题老师是否依据了与这一报道有关的资料，不得而知。同年3月9日，新华网记者孙闻另有一则报道：“2008年3月9日，挪威新奥尔松中国北极黄河站迎来难得一见的好天气，天晴，无风，气温零下12摄氐度。8时10分，太阳，橘红色的太阳从黄河站东边的群山中喷薄而出！……太阳最后终于钻进了群山背后。从日出到日落，不到一刻钟。”

由上述两则报道可知，2008年3月9日我国北极科考队员在黄河站的确看到了当地极夜后的首次日出。但我们必须重申，在不考虑地形条件下，北纬78°55′处极夜后的首次日出并非在3月9日，而是在2月21日或2月18日。须知，迟至3月9日在黄河站才看到了极夜后的首次日出根本原因就是受到地形条件的影响。不难想像，如果山体再高大些，那么看到首次日出的日期还要推迟些；如果山体的起伏轮廓有别于现在情况，那么即便还是在3月9日看到首次日出，但日出的地方时、日出的方位也会有所不同；也完全有这种可能，在3月9日根本看不到日出，而只能看到日落（地方时12时之后才看到太阳）。因此试题把3月9日在黄河站首次看到日出之时认定是北京时间约19时、当日日落于黄河站南方等是没有什么道理的。

最后，补充说明的一点是：在黄河站，迟至3月9日才看到了极夜后的首次日出，除受到地形的制约外，也和3月9日之前一段时间内极低的太阳高度不无关系。前已述及，北纬78°55′处的极夜期结束于2月20日或2月17日，之后正午太阳高度逐日增大。不难算出3月9日，该纬度处的正午太阳高度也只有6°32′（90°－78°55′－4°33′）。高度如此之低，是很难不受地形遮挡的。