地表物体日影与太阳地平方位变化的判断

福建 郑于艺

地表物体日影问题是高中地理学习难点之一，近年来在高考中多有涉及。以此为载体可考查多个知识点，如地球上的方向、地球自转与公转、黄赤交角、正午太阳高度和昼夜长短的变化等，还可检测多种地理能力，如地理空间想象能力、地理逻辑能力、地理计算能力以及实际应用(建筑采光)能力。因此，我们在备考中应对此进行全面分析和把握。

一、洞悉变化规律

下表示意全球日影和太阳方位的时间和纬度变化规律。

时间(纬度)日照图日影方向日变化日影方向、长度日变化图太阳地平方位日变化图北半球夏半年直射点以北西南→(顺时针)→东南极昼区正南→(顺时针)→正南直射点以南西南→正南→东南直射点西南→(日影缩为点)→东南北半球冬半年直射点以北西北→正北→东北直射点以南西北→(逆时针)→东北极昼区正北→(逆时针)→正北直射点西北→(日影缩为点)→东北

续表

二、立足基本原理

面对复杂问题的时候应立足于基本原理进行思考，再将思维延长和拓深。

1.地表物体日影方向与太阳的地平方位相反，而且它的长度与太阳高度呈负相关关系。

2.地表物体的日影方向就是太阳光线的延伸方向，由于太阳光线与晨昏线垂直，因此日出、日落时刻物体日影方向与晨昏线垂直。

3.上表之中包含这样一个基本原理：正午，直射点以北日影朝正北，直射点以南日影朝正南(北极点日影朝正南，南极点日影朝正北)，因此，正午时北回归线以北日影朝正北，南回归线以南日影朝正南，南北回归线之间可南可北(如图1)。

图1

三、避开思考误区

【误区一】以太阳直射点代替太阳。

错误示例：如图2所示，A点为太阳直射点，则B点日影朝西北。

图2

勘误：由太阳光线到达地面后近似平行光线，再结合地平方位就可知(西南方)(如图3所示)。

图3

【误区二】以赤道区域代替全球或以春、秋分代替任意时刻。

错误示例：太阳每天都是从正东升起，正西落下，日影则从朝向正西转向到正东。

勘误：由于太阳光线与晨昏线垂直，则晨昏线附近的日影方向垂直于晨昏线，并随其方向变化而变化。如在北半球(除极昼区)夏半年晨时日影为西南方向，昏时为东南方向。春、秋分时南、北半球(除南北极点)及赤道区晨时为正西方向，昏时为正东方向(极点未考虑)。

四、方法讲求科学

1.抓两点(日出或日落、正午)，看全程(整个白昼)。

以日出或日落点和正午时刻为切入点，易于探究日影方向和长度的日变化以及正午时刻物体日影的纬度变化。以40°N夏季为例，晨线附近，日影朝向西南方，正午时刻日影朝向正北方(如图4)，可知上午日影方向必有某个时刻经过正西和西北方向，因此上午的日影方向的变化为“西南—正西—西北”直至正北方向。因为下午物体日影变化图形与上午对称，所以可以推测出全天候物体日影的变化(如表中“北半球夏半年直射点以北地区”)。

图4

2.极昼区看0时、正午、日影时针方向。

极昼区域因为太阳整日可见，所以抓住特殊时间0时和正午，再判断日影的时针方向即可知道全天候物体日影变化。

3.将日影变化与太阳视运动结合起来思考。

例如，根据图5所示的太阳视运动轨迹可知观察点日影变化状况，并可进一步判断出观察点所处的纬度位置在南半球直射点以南；或根据日影变化状况，经过逆向思维也可判断出日影所在地的太阳视运动状况。

由于太阳是在一个三维空间运动，所以直接判断其地平方位因空间相对抽象而难度较大。而物体日影的变化只表现在地表二维空间，思考起来相对方便，因此可从物体日影变化反向推知太阳的地平方位。

图5

五、典例分析巩固

【例1】(2016·河北毕业诊断自测)读“某地某时期正午日影长短和朝向变化示意图”，回答1，2题。

1.该地可能位于

( )

A.20°N B.20°S

C.30°N D.30°S

2.该地正午日影最短时，郑州

( )

A.正午太阳高度最大

B.昼夜均分

C.正值高温多雨的季节

D.正值寒冷干燥的季节

【解析】第1题，正午日影与太阳的位置背向分布，结合图示和太阳直射点移动规律可知，太阳直射点大部分时间在该地以北，短时间在其以南，则该点应在北回归线以南，南回归线以北，所以排除C、D选项；而日影大部分朝南，20°S符合图示要求。第2题，该地日影最短时，太阳直射20°S，为北半球冬季，正值寒冷干燥的季节。

【参考答案】1.B 2.D

【例2】(河北省南宫中学2016届高三上学期第一次月考)如图7中的工具是北欧的维京人使用的一种航海工具，用来指引航行方向。将木盘置于盛满水的木桶中，利用木棍影子的变化来确定方向。读图并结合所学知识回答3,4题。

图7

3.夏半年某月，维京人在从欧洲向西南航行的过程中，木棍的正午影长基本没有变化。该月份最可能是

( )

A.5月

B.1月

C.7月

D.4月

4.若该月份木棍的正午影长恰好与凹槽重合，则航线所经海域的纬度范围约为

( )

A.54°N～60°N

B.58°N～66°N

C.63°N～68°N

D.45°N～66°34′N

【解析】第3题，维京人在从欧洲向西南航行的过程中，纬度位置不断变低，要想保持木棍的正午影长不变，即正午太阳高度大小不变，则太阳直射点需向南移动，即从北回归向南移动日期应在6月22日以后，选项中最符合的为7月。第4题，由“该月份木棍的正午影长恰好与凹槽重合”可知，航行过程中所经地区的正午太阳高度均等于45°；太阳直射点的移动速度约为7.8°/月，夏至日(6月22日前后)太阳直射23°26′N，则7月1日太阳直射点大致位于21°N,7月31日太阳直射点大致位于13°N；7月1日航行海域的纬度约为66°N,7月31日航行海域的纬度约为58°N。

【参考答案】3.C 4.B

【例3】(作者原创，已被转载)小明在夏季随旅行团前往泰山旅游。读图完成5，6题。

5.6月10日旅行团抵达山东泰安市。北京时间11：00，小明注意到阳光恰好从旅行车左前方射入车内，判断此时旅行车行驶的方向大致为

( )

A.东南

B.西南

C.东北

D.西北

6.“泰山观日出”气象万千，“泰山观日落”也别有景致。6月12日这天，若小明看到日落时太阳在正西方向，则小明最可能位于下图中①、②、③、④位置的哪一点？

( )

A.① B.② C.③ D.④

【解析】第5题，此题解题的关键是由时间推断太阳的地平方位。泰安在北回归线以北，11∶00时日影朝西北(接近正北)(与6月10日无关)，反向推知太阳方位为东南(接近正南)。然后根据题中车行方向与阳光的角度位置关系并借助图解求知车朝西南行驶。

第6题，解题关键之一是要熟悉太阳空间位置的日变化规律。6月12日北回归线以北地区太阳地平方位日变化的普遍性规律为：东北→正东→东南→正南→西南→正西→西北(假设地表平坦)。太阳空间位置同时还要考虑太阳高度变化。关键之二是要理解地形对日出(日落)时间和观察的影响。还要判读等高线以及判定小区域地图方向(上北下南、左西右东)。④点在500米到1 000米间，②点大于1000米，地势均较高，观看日落视线不受正向地形阻挡，可看到太阳从华北平原地平线上没落。③点正西地势高于1000米，则看到太阳没落在山头(如图)，太阳高度(h)大于0°，据h=arctan估算，(日落时视线和地形的切点与③的相对高度/日落时视线和地形的切点与③的水平距离)，故日落时太阳最可能在正西(①点正西无更高地形阻挡而被排除)。

【参考答案】5.B 6.C

【例4】(2018年全国新课标卷Ⅰ)小明同学7月从重庆出发到贵州毕节旅游,收集到的相关高速公路信息如图所示。据此完成第7题。

7.小明若从重庆出发乘长途客车经遵义至毕节,为免受阳光长时间照射且能欣赏窗外风景,以下出发时间和座位较好的是

( )

A.6：00出发,左侧靠窗

B.8：00出发,右侧靠窗

C.10：00出发,左侧靠窗

D.12：00出发,右侧靠窗

【解析】从材料可知，7月该地区昼长夜短，太阳东北出、西北落，正午太阳在正南。结合图中里程和平均限速，重庆到遵义段大约行驶3小时，遵义到毕节段大约行驶2小时，全程约5小时。结合公路路线，若上午出发，则重庆到遵义段，阳光持续照射左窗，故排除A、C。若12：00出发，重庆到遵义段，阳光照射右窗，排除D。若8点出发，右窗全程没有阳光直射，便于观看风景。

【参考答案】7.B

【例5】(河北省定州中学2016届高三上学期第二次月考)下图显示的是某楼盘的方位和北京时间15时的太阳光线，该日南面阳台太阳照射的时长为9小时40分。据此回答8，9题。

8.该楼盘最可能位于

( )

A.上海

B.北京

C.成都

D.乌鲁木齐

9.该地该日昼长约

( )

A.9小时40分

B.10小时40分

C.12小时40分

D.13小时40分

【解析】第8题，该地地方时12点时，阳光从正南方向射向阳台，12时的阳光与图示太阳光夹角为40°。因太阳在天空中自东向西视运动的速率为15°/小时，故图示时刻该地地方时应为12+2小时40分=14时40分。其地方时与北京时间相差20分钟，经度相差5°，当地经度为120°E-5°=115°E，故B正确。

第5题解法一，假设日出时阳光正好从东偏南40°方向开始照到阳台，正午(12时)阳光从正南方向照到阳台，根据太阳视运动速率为15°/小时，可知该日上午时长为：50°×1小时/15°=3小时20分(如图)，则昼长为6小时40分。而该日南面阳台太阳照射的时长为9小时40分，说明早在阳光从东偏南40°方向照到阳台之前就已经日出。阳光从开始照到阳台到如图方向经过6小时(90°×1小时/15°)，再经过3小时40分后日落，即：14时40分+3小时40分=18小时20分。故此日昼长应为：(18小时20分-12小时)×2=12小时40分。

第5题解法二，可以从二分日阳光照射情况入手分析。二分日昼长为12小时，日出正东，只有太阳升到东偏南40°时，阳光才能照到阳台。也就是日出2小时40分后，阳光开始照射阳台，直到日落，照射时间长为：12小时-2小时40分=9小时20分。该日太阳照射了9小时40分，比二分日长了20分，说明下午太阳照射时间长了20分，全天应该长出40分。故此日昼长应为12小时40分。