把握地球运动规律 提升地理解题能力——极昼极夜现象难点例析

甘肃 李佳瑞

“地球运动的地理意义”既是高考地理复习教学的一个重要考点，也是一个难点。许多同学在学习昼夜长短变化、正午太阳高度的计算、太阳视运动等内容时，由于对地球的自转和公转规律认识不到位，空间思维能力不强，做题时感到无从下手，尤其是涉及有关极圈内特殊的光照现象的问题，更是难上加难。为了让学生突破这个瓶颈，游刃有余地解答此类题目，现做简要归纳分析。

一、极昼与极夜起始纬度的计算

1.基本规律

(1)由于地球公转时黄赤交角的存在和地轴的方向不变，南北极圈及其以内每年会出现极昼极夜现象，纬度愈高，极昼极夜出现的天数愈多。且由于地球的公转速度不均匀，北极点周围极昼为186天，极夜为179天；南极点周围极昼为179天，极夜为186天。

(2)由于极昼极夜现象只出现在地球上的南北极圈及其以内，因此极昼与极夜范围大小的变化也发生在南北极圈及其以内，其变化规律如下图：

(3)太阳直射点所在的半球，极点周围出现极昼，另一半球的极点周围出现极夜，而且出现极昼极夜的最低纬度南北对称。如70°N以内出现极昼时，70°S以内为极夜；70°N 以内出现极夜时，70°S以内出现极昼。

(4)晨昏线与哪条纬线相切，该纬线圈与极点之间的范围就会出现极昼极夜现象，计算公式为：

极昼(极夜)的起始纬度=90°-太阳直射点的纬度

2.典型例题

5月1日“劳动节”地球上出现极昼现象的最低纬度大致为

( )

A.80°N B.70°N C.75°N D.85°N

【解析】由于5月1日为春分日过后40天，太阳直射点大约每4天向北移动1°，所以5月1日太阳直射点约为10°N,根据极昼的起始纬度与太阳直射点所在的纬度互余可知，出现极昼的范围为80°N以北，答案选A项。

二、子夜与正午太阳高度的计算

1.基本规律

(1)极圈内只在极昼期内才有太阳高度的日变化，在极昼的纬度范围内，不同纬度的太阳高度是不一样的，纬度越高，正午太阳高度变化越小(由46°52′减小到23°26′)，极点为23°26′。

(2)极昼区一天最小(地方时午夜24:00)最大(地方时正午12:00)太阳高度之和为太阳直射点纬度的2倍。

(3)子夜太阳高度=当地纬度-出现极昼的最低纬度=当地的地理纬度+太阳直射点的纬度-90°。

2.典型例题

人们可用观测日影的方法来测量所在地的纬度。如下图所示，OL为当地一竖立直杆，OP和OQ是某日不同时刻OL的日影。

图中直杆所在地的纬度为

( )

A.80°S B.80°N C.75°S D.65°N

解法一：从图可以看出，OP和OQ两个日影朝向分别为正南和正北，且太阳高度角分别为25°、5°，说明两个时刻分别为正午和子夜，此地正值极昼。该地正午日影朝南，说明该地在南半球，排除B、D两项；该日的太阳直射点纬度为(25°+5°)/2=15°S；该地的地理纬度为90-(25°-5°)/2=80°S。

解法二：设该地的地理纬度为x，太阳直射点为y，25°和5°分别为该日最大和最小太阳高度角，根据正午太阳高度与最小太阳的计算公式可以得出：

综上可知，答案选A项。

三、极昼极夜起始时间的计算

1.基本规律

(1)由于太阳光线和晨昏线所在的平面始终垂直，所以太阳直射点的移动的纬度数和极昼(极夜)范围变化(扩大或缩小)的纬度数相同。太阳直射点大致每月移动8°，约4天移动1°，极昼(极夜)的范围也每4天大致变化1°。

(2)极圈内某一纬度极昼起始与结束的日期，北极圈以北大致以夏至日(6月22日)“对称”，南极圈以南以冬至日(12月22日)“对称”；极夜的起始与结束日期，北极圈以北以12月22日“对称”，南极圈以南以6月22日“对称”。

(3)若同一地点两日期关于春分日(或秋分日)对称，则该地点两日期昼夜长短相反。如9月1日和10月15日是关于秋分日“对称”的两个日期，位于80°N的某地，9月1日的昼长等于10月15日的夜长，9月1日的夜长等于10月15日的昼长；若同一地点关于夏至日(或冬至日)对称，则该地点两日期昼夜长短相等，且两日期正午太阳高度相等。如5月1日和8月13日是关于夏至日“对称”的两个日期，这两天位于80°N的某地昼夜长短和正午太阳高度相同。这个“日期对称”规律在全球各纬度都存在。

2.典型例题

(2016年天津卷)2011年7月17日，我国南极中山站(69°22′S，76°22′E)越冬科考队的队员们迎来了极夜后的第一次日出。据材料回答1，2题。

1.当中山站“第一次日出”时，若在天津观测太阳，太阳位于观测者的

( )

A.东北方向 B.东南方向

C.西北方向 D.西南方向

2.中山站极夜持续的时间是

( )

A.30天左右 B.50天左右

C.70天左右 D.90天

【解析】第1题，中山站位于南极圈内，7月17日，当中山站极夜后出现“第一次日出时”该日昼长由前一天的0小时到大于0小时，即日出的地方时(76°22′E)为12时之前的较短时刻，此时天津约为15时太阳位于西南方向。故选D 项。

第2题，材料中指出，7月17日极夜结束，从6月22日前后(北半球夏至日是南极地区极夜的中间点)至7月17日，根据持续时间约为25天，根据对称性原理，6月22日之前也有25天，即中山站极夜持续时间大致为50天。故选B 项。

【答案】1.D 2.B

四、极昼区太阳的视运动

1.基本规律

(1)极昼圈上太阳高度的变化，一天开始时(子夜)太阳高度为0°，之后逐渐增大，到正午时达到最大值，然后又逐渐变小。该日结束时太阳又位于地平线上，太阳高度又为0°，如下图：

(2)在极点上，一天24小时，太阳始终位于天空某一高度，没有变化，其高度等于太阳直射点的纬度数，如下图：

(3)在极昼圈与极点之间，一天开始时，太阳高度等于该地与极昼圈的纬度差(∠1)，之后开始增大，正午时达到最大值(∠2)，正午过后逐渐变小，太阳仍位于地平线之上，并且高度与一天开始的时间相同，如下图：

2.典型例题

我国第四个南极科学考察站——泰山站(73°51′S，76°58′E)于2014年2月8日正式建成开站。下图示意某科考队员当日拍摄的一天太阳运动轨迹合成图。读图回答3，4题。

3.该日太阳位于图示F位置时

( )

A.泰山(36°N,117°E)旭日东升

B.东京(36°N,141°E)夕阳西斜

C.纽约(41°N,74°W)烈日当空

D.开普敦(34°S,18°E)夜色深沉

4.次日泰山站

( )

A.日出正南 B.太阳高度变大

C.白昼变短 D.极昼即将开始

【解析】第3题，读图可知，太阳位于F点时太阳高度最大，为正午12时，此时我国泰山(36°N,117°E)地方时为15时，不是旭日东升；同样计算，东京的地方时约为2月8日16时20分，接近夕阳西下；纽约的地方时大约是2月8日2时，不是烈日当空；开普敦为2月8日8时左右，也不是夜色深沉。故选B项。

第2题，2月8日太阳在南半球且向北移，泰山站太阳在东南升起，正午太阳高度逐渐变小；昼长于夜，且昼渐短，夜渐长；此日，大约77°S以南地区处于极昼，且极昼范围逐渐缩小，在泰山站极昼已经消失。故选C项。

五、极昼范围的日影变化

1.变化规律

(1)影子长短的变化

出现极昼的纬线圈范围内，子夜时(24时)太阳高度角最小，影子最长；正午时太阳高度最大日影最短；在极昼的极点上，由于太阳高度基本不变，影子长短也无明显变化。

(2)日影方向的变化

在北半球的夏半年，北半球的极昼范围内(北极点除外)，子夜时太阳位于正北方，日影朝向正南。正午时太阳位于正南方，日影朝向正北。在一天内，日影变化方向和太阳运动方向一致，成顺时针方向。北极点上太阳一直位于正南方，日影总指向正南，因为北极点四面都是南。

在南半球的夏半年，南半球的极昼范围内(南极点除外)，子夜时太阳高度最小且位于正南方，影子朝正北。正午时，太阳位于正北方，日影朝向正南。在一天内，日影变化方向与太阳运动方向一致，呈逆时针方向。南极点上太阳一直位于正北方，日影总指向正北，因为南极点的四面都是北。

2.典型例题

2020年7月1日14时(北京时间)，五星红旗飘扬在挪威奥尔松的中国北极黄河站(78°55′N，11°56′E)，此时旗杆的影子朝向

( )

A.西北 B.东北 C.西南 D.东南

【解析】7月1日，太阳直射点位于北半球，北极黄河站为极昼期，北京时间14时，位于东一区的黄河站地方时为上午7时，太阳位于东南方，旗杆影子朝向西北。故选A 项。

总之，要解答涉及地球运动的地理意义的问题，应让学生努力消化基础知识，构建自身的地理知识系统，必须把地球运动相关的基本概念、基本原理落实在光照图上，通过图文转换，图图转换，达到巩固地理知识，提高能力的目的。同时，适当练习，掌握基本题型，消化知识，培养分析解决问题的能力和答题技巧。而且做题的目的不仅在于数量的多少，关键要从一道题中悟出深刻的道理来。要积极总结探索相关规律，做到举一反三，打开思维，训练有素，以不变应万变，才能取得良好的学习效果。