日出日落的方位与地平杆影日变化分析

黄伟

摘要：地球运动的地理意义是高考考查的重要内容之一。由于地球不停地自转和公转，可引起同一纬度地区昼夜长短和正午太阳高度角随季节而变化，進而引起日出日落方位与地平杆影的日变化。本文探讨太阳直射点处于赤道和北半球日出日落的方位与垂直于地平面杆的影子长短和方向的日变化。

关键词：日出日落；方位；地平杆影；日变化

普通高中教科书对日出日落的方位与垂直地平面杆的影子日变化的论述很少，但平时的练习和高考中时有涉及。现将相关情况分析如下，以求抛砖引玉。

一、太阳直射赤道时周日视运动与地平杆影日变化

春、秋分日，太阳直射赤道，除两极处于特殊情况外，其它所有地方都是日出正东方，日落正西方。全球各地太阳周日视运动与地平杆影日变化有五种情况。

1.北极

二分日，北极的太阳高度角为0°。太阳在地平圈沿顺时针方向转一周，其太阳视运动如图1所示。二分日，北极点上杆影总是指向南方，且沿地平圈顺时针方向转一周，无长度变化，理论上无限长。其杆影日变化如图1阴影所示。

2.南极

二分日，南极的太阳高度角也为0°。但太阳沿地平圈逆时针方向转一周，其太阳视运动如图2所示。二分日，南极点上杆影总是指向北方，且沿地平圈逆时针方向转一周，也无长度变化，理论上无限长。其杆影日变化如图2阴影所示。

3.赤道

二分日，赤道上太阳周日视运动轨迹与地平圈垂直。正午太阳高度为90°，其太阳视运动如图3。日出到正午杆影向西，并沿赤道向东逐渐缩短为一点，正午到日落杆影向东，并沿赤道继续向东逐渐变长，趋于无限长。其杆影日变化如图3东西方向上箭头所示。

4.北极与赤道之间

日出正东方，向南倾斜上升至上中天，然后向北倾斜下落，日落正西方。其太阳视运动如图4所示。日出时杆影向正西方，趋于无限长。杆影随后顺时针转动，并逐渐缩短，至正北方最短，而后逐渐变长，日落时向正东方向，趋于无限长。其杆影日变化如图4阴影所示。

5.南极与赤道之间

日出正东方，向北倾斜上升至上中天，然后向南倾斜下落，日落正西方。其太阳视运动如图5所示。日出时杆影向正西方，趋于无限长。杆影随后逆时针转动，并逐渐缩短，至正南方最短，而后逐渐变长，日落时向正东方向，趋于无限长。其杆影日变化如图5阴影所示。

二、太阳直射北半球时周日视运动与地平杆影日变化

太阳直射北半球时，其周日视运动与地平杆影的日变化有六种情况。

1.直射地区

日出东北，偏南倾斜上升至上中天，偏北倾斜下落，日落西北。其太阳视运动如图6所示。日出时杆影向西南，趋于无限长。随后顺时针转动，且逐渐缩短，至正午为一点，然后杆影向东南，且逐渐变长。其杆影日变化如图6阴影所示。

2.直射纬度至极昼最低纬度之间

日出东北，向南倾斜上升至上中天，然后向北倾斜下落，日落西北。正午时太阳位于正南方。其太阳视运动如图7所示。日出时杆影向西南，随后顺时针转动，且逐渐缩短。正午最短，杆影向北。午后杆影逐渐变长，日落时向东南方。其杆影日变化如图7阴影所示。

3.极昼区（北极点除外）

子夜日出于正北方，顺时针倾斜上升，至正南方达上中天，即正午时太阳位于正南方，然后倾斜下落，子夜日落于正北方。其太阳视运动如图8。日出时杆影向正南方且最长，随后顺时针转动，并逐渐缩短。正午时杆影最短，指向正北方。午后杆影渐长，日落时向正南方且最长。其杆影日变化如图8阴影所示。

4.北极点

太阳周日视运动和地平杆影日变化与二分日相似，只是太阳高度大于0°，杆影较二分日短。其杆影日变化如图9所示。

5.直射纬度至赤道之间

日出东北，偏南倾斜上升至上中天，然后偏北倾斜下落，日落西北。正午时太阳位于正北方。其太阳视运动如图10。日出杆影向西南，先顺时针渐短，再逆时针渐短。正午时杆影最短，指向正南。午后杆影向东南，先逆时针渐长，再顺时针渐长。其杆影日变化如图10阴影所示。

6.赤道及以南至极夜最低纬度之间

日出东北，偏北倾斜上升至上中天，正午时太阳位于正北方，午后太阳偏南倾斜下落，日落西北。其太阳视运动如图11。日出杆影向西南，随后逆时针渐短。正午最短，指向正南。午后反时针渐长，杆影指向东南。其杆影日变化如图11阴影所示。

三、 太阳直射南半球时周日视运动与地平杆影日变化

太阳直射南半球时，除极昼区外，全球日出东南方，日落西南方。极昼区日出正南，日落正南。其太阳周日视运动与地平杆影日变化也有类似六种情况，只是太阳周日视运动与杆影的南北方位及运动方向相反，在此不再阐述。

参考文献：

[1] 金祖孟，陈自悟.地球概论[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2] 胡乔木.中国大百科全书（天文学）[M].北京：中国大百科全书出版社，1980.

[3] 苏宜.天文学新概论[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[4] 邵华木.基础天文学教程[M].合肥：安徽人民出版社，2008.