图解昼夜长短和正午太阳高度的周年变化

金卫东

由于黄赤交角的存在使得太阳直射点在南北回归线及其之间做回归运动，导致各地昼夜长短和正午太阳高度发生周年变化。而昼夜长短和正午太阳高度的周年变化是学习的难点，本文想通过图解的办法加以解决。

一、 观察的角度不同，地轴的倾斜方向和节气的位置不同

从图1中箭头A的角度看，得出图1中地轴是东北——西南向倾斜，以及二分二至日的位置；从图1中箭头B的角度看，得出图2中地轴是西北——东南向倾斜，二分二至日的位置与图1中正好相反。这并不是说地轴是随意倾斜的，地轴的空间指向和黄赤交角的大小一般看作是不变的，而图1和图2中的差异是观察角度不同造成的。

在图1中标注出了二分二至日的昼夜长短和正午太阳高度随纬度的分布规律、南北半球的昼夜长短情况、极昼和极夜出现的范围、晨昏线的位置关系、晨昏线所在平面与地轴的夹角、地球公转方向、太阳直射点南北移动方向、最值出现的范围、每个节气太阳直射点的位置和时间等。图中阴影部分为夜半球。

二、以北半球为例说明昼夜长短的周年变化（见图3）

图中“=”代表昼夜等长，“+”代表昼渐长，“-”代表昼渐短；“∧”夜渐长，“∨”代表夜渐短；“M”代表昼最长夜最短，“Q”代表昼最短夜最长。

由图3可知：当太阳直射点位于北半球时，北半球昼长夜短；位于南半球时，北半球昼短夜长。当太阳直射点北移时，北半球昼渐长、夜渐短；当太阳直射点南移时，北半球昼渐短、夜渐长。南半球则相反。

三、 以北京（40°N）为例说明正午太阳高度的周年变化（见图4）

图中“A”代表正午太阳高度为年平均值（二分日的正午太阳高度），“+”代表正午太阳高度增高，“-”代表正午太阳高度降低；“max”代表一年中最高的正午太阳高度，“min”代表一年中最低的正午太阳高度。

由图4可得：以北京（可代表北回归线与北极圈之间的地区）为例，当太阳直射点北移时，正午太阳高度增高；当太阳直射点南移时，则正午太阳高度减低。其他地区同学可结合太阳直射点的位置和移动方向，效仿这种方法自行分析。