例析解答日出、日落问题的常见方法

河南 李跃进

(作者单位：河南省沁阳市第一中学)

在历年高考中，许多地理试题以地球运动的图文材料为载体，考查地球运动的规律及其地理意义，其中日出、日落是地球运动的重要地理意义之一，解答日出、日落问题是高考的高频考点。那么，在地理试题中如何解答日出、日落问题呢？笔者结合多年教学实践，对自己在地理教学中解答日出、日落问题的案例进行具体分析，以当引玉之砖，供读者参考。

一、日出、日落早晚的判断方法

1.根据经度和纬度判断日出、日落的早晚

影响日出、日落早晚的因素主要有经度和纬度。经度影响是由地球自转造成的，实质就是地方时早晚的影响；纬度影响是由地球公转造成的，实质就是昼夜长短的影响。可以分为三种情况：第一，两点在同一条纬线。由于地球自西向东自转，考虑经度因素，东边的地点比西边的地点日出早、日落早，如图1所示，B点比A点日出早、日落早(不考虑跨日界线因素)。第二，两点在同一条经线。二分日，全球昼夜长短相同，均为昼夜平分，两点同时日出同时日落；非二分日，由于不同纬度昼夜长短不同，考虑纬度因素，白昼越长则日出越早、日落越晚，白昼越短则日出越晚、日落越早，如图1所示，A点比C点日出早、日落晚。第三，两点既不在同一条纬线，也不在同一条经线，如图1所示的B点和C点。需要综合考虑经度和纬度两种因素。因此，根据经度和纬度可以判断日出、日落早晚(见图1)。

图1 经度和纬度对日出、日落早晚的影响示意图

【例1】图2是我国北京、乌鲁木齐的地理位置示意图。一架飞机某日11时(北京时间)从北京起飞,飞行3小时30分钟到达乌鲁木齐，该日北京的昼长为14小时19分钟，乌鲁木齐的昼长为14小时43分钟。

图2 我国北京、乌鲁木齐的地理位置示意图

下列关于该日北京与乌鲁木齐日出、日落早晚的比较，正确的是

( )

A.北京日出比乌鲁木齐早,日落比乌鲁木齐晚

B.北京日出比乌鲁木齐晚,日落比乌鲁木齐早

C.北京日出、日落均比乌鲁木齐早

D.北京日出、日落均比乌鲁木齐晚

【答案】C

【解析】考虑经度因素，北京(116°E)位于乌鲁木齐(88°E)东边，而且经度相差28°，北京比乌鲁木齐日出早1小时52分钟、日落早1小时52分钟。考虑纬度因素，该日北京的昼长(14小时19分钟)比乌鲁木齐的昼长(14小时43分钟)短24分钟，北京比乌鲁木齐日出晚12分钟、日落早12分钟。综合考虑经度和纬度两种因素，北京比乌鲁木齐日出早1小时40分钟、日落早2小时4分钟。故选C选项。

2.根据地势和大气判断日出、日落早晚

影响日出、日落早晚的因素还有地势和大气。地势影响是由地球形状、地势高低造成的；大气影响是由光的折射造成的。考虑地势因素，地势越高则看到的日出越早、日落越晚；地势越低则看到的日出越晚、日落越早，例如，与地面相比飞机上看到的日出早、日落晚。原因是：地球是个不规则的球体，地势高处看到的地平线远，地势低处看到的地平线近(见图3甲)；地形高低起伏，地势高处无障碍物、视野开阔，地势低处有地形阻挡、视线受阻(见图3乙)。考虑大气因素，地表有大气层比无大气层日出早、日落晚。原因是：若地表无大气层，由于太阳光是沿直线传播的，地球上M点的人在太阳到达S点(地平线)时看到日出、日落；若地表有大气层，由于大气对太阳光的折射作用，地球上M点的人在太阳到达S′点(在地平线以下)时看到日出、日落(见图3丙)。因此，根据地势和大气可以判断日出、日落早晚(见图3)。

图3 地势和大气对日出、日落早晚的影响示意图

【例2】2018年国庆长假期间，某中学研究性学习小组赴我国东南某地进行野外考察，图4是该小组考察区域的等高线地形图。

图4 某小组考察区域的等高线地形图

由此可知，甲、乙、丙、丁四地中能最早看到日出的是

( )

A.甲地 B.乙地 C.丙地 D.丁地

【答案】B

【解析】由题意可知，国庆长假期间，太阳直射南半球，该区域位于我国东南部，应日出于东南方向。由图4可知，甲地、丁地东南方向均有山顶或山脊阻挡视线，看到日出时间较晚；丙地东南方向虽然没有山顶或山脊阻挡视线，但是海拔较低，看到日出时间也较晚；乙地位于山顶，四地中海拔最高，没有地形阻挡视线，看到日出时间最早。故选B选项。

二、日出、日落时间的计算方法

1.根据昼夜长短计算日出、日落时间

昼夜交替周期为1个太阳日=24小时。其中，白昼可以分为上午和下午，由日出到12时为上午，由12时到日落为下午，上午和下午关于12时对称；黑夜可以分为上半夜和下半夜，由日落到0时(或24时)为上半夜，由0时(或24时)到日出为下半夜，上半夜和下半夜关于0时(或24时)对称。由此可知，日出时间+日落时间=24时，日出时间=12-昼长/2=夜长/2，日落时间=12+昼长/2=24-夜长/2，公式中的日出、日落时间均为当地的地方时。因此，根据昼夜长短可以计算日出、日落时间(见图5)。

图5 昼夜交替周期示意图

【拓展】昼夜长短计算的对称规律：①根据纬度对称性的特点计算，关于赤道对称的两条纬线，一条纬线上的昼长等于另一条纬线上的夜长；②根据日期对称性的特点计算，一年中同一地点关于二至日对称的两个日期昼夜长短状况相同，关于二分日对称的两个日期昼夜长短状况相反。

【例3】对跖点是地球同一直径的两个端点。已知M地(20°S，70°W)与我国海口市是对跖点，M地一年中最大昼长为13时13分。

由此可知，海口市夏至日的日出时间是

( )

A.6时36分30秒 B.7时12分30秒

C.5时23分30秒 D.4时09分30秒

【答案】C

【解析】由题意可知，M地与海口是对跖点，即M地地理坐标是(20°S，70°W)、海口地理坐标是(20°N，110°E)。M地与海口位于关于赤道对称的两条纬线上，同一日期这两个地方昼夜长短相反，因此，海口夏至日的昼长与M地夏至日的夜长相等；夏至日与冬至日是关于二分日对称的两个日期，同一地点这两个日期昼夜长短相反，因此，M地夏至日的夜长与M地冬至日的昼长相等；海口夏至日的昼长与M地冬至日的昼长相等。由题意可知，M地位于南半球，一年中最大昼长13时13分应在冬至日，即M地冬至日的昼长为13时13分，因此海口夏至日的昼长为13时13分、日出时间为5时23分30秒。故选C选项。

2.根据晨昏线地方时计算日出、日落时间

日出时间是所在纬线与晨线交点的地方时，日落时间是所在纬线与昏线交点的地方时，同一纬线各地昼夜长短状况相同，日出、日落时间相同。地方时的计算方法是：第一，定已知点。已知点就是既知道经度又知道地方时的点，为计算未知点的地方时作参照点。第二，定经度差。经度差就是未知点与已知点的经度差，遵循“同经相减、异经相加”原则。第三，定时差。时差就是未知点与已知点的地方时差，经度差15°则地方时差1小时，经度差1°则地方时差4分钟。第四，定方向。方向就是未知点与已知点的相对东西方向，两点均是东经则度数大的在东边，两点均是西经则度数大的在西边，一点是东经而另一点是西经则东经在东、西经在西。第五，定地方时。地方时就是所求的未知点的地方时，将已知点的地方时加上或减去两点时差，遵循“东早西晚、东加西减”的原则。因此，根据晨昏线地方时可以计算日出、日落时间(见图6)。

图6 画数轴计算地方时示意图

【拓展】①光照图中的已知点。昼半球中央经线地方时为12时，夜半球中央经线地方时为0时或24时，晨线与赤道交点地方时为6时，昏线与赤道交点地方时为18时，晨昏线与极昼圈切点地方时为0时或24时，晨昏线与极夜圈切点地方时为12时，太阳直射点地方时为12时。②特殊的日出、日落时间。赤道上全年昼夜平分，全年日出为6时、日落为18时；二分日全球昼夜平分，全球日出为6时、日落为18时；极圈内极夜后首次日出的日出为12时，极昼后首次日落的日落为0时或24时。

【例4】图7是某日地球光照图。

图7 某日地球光照图

甲地日出时间和乙地日落时间分别是

( )

A.4时、20时 B.10时、20时

C.4时、14时 D.10时、14时

【答案】C

【解析】由图7可知，晨线与赤道交点的经度为150°E、地方时为6时，甲地、乙地的经度分别为120°E、150°W，可求得此时甲地、乙地的地方时分别为4时、10时；甲地、乙地均位于晨线上，晨线上的地方时就是该地的日出时间，可判断甲地、乙地的日出时间分别为4时、10时，进一步可求得乙地的日落时间是14时。故选C选项。

三、日出、日落方位的判断方法

1.根据太阳直射点位置判断昼夜交替地区的日出、日落方位

太阳直射点位置决定昼夜交替地区的日出、日落方位，太阳直射哪个半球，太阳就东偏哪个方向升起、西偏哪个方向落下。具体而言，太阳直射北半球，则昼夜交替地区日出于东北、日落于西北(见图8甲)；太阳直射赤道，则全球日出于正东、日落于正西(见图8乙)(极点除外)；太阳直射南半球，则昼夜交替地区日出于东南、日落于西南(见图8丙)。因此，根据太阳直射点位置可以判断昼夜交替地区的日出、日落方位(见图8)。

甲

乙

丙

【例5】图9是地球公转线速度变化图。

图9 地球公转线速度变化图

当地球公转线速度为N时，该日河南省沁阳市第一中学的日出、日落方位分别是

( )

A.东北、西北 B.东南、西南

C.东北、西南 D.东南、西北

【答案】A

【解析】由图9可知，当地球公转线速度为N时，一年中地球公转速度最慢，地球位于公转轨道上的远日点附近，应为7月初；此时，太阳直射北半球，全球昼夜交替地区日出于东北方向、日落于西北方向，因此河南省沁阳市第一中学的日出、日落方位分别是东北、西北。故选A选项。

2.根据太阳直射点位置判断极昼地区的日出、日落方位

太阳直射点位置决定极昼地区的日出、日落方位，太阳直射哪个半球，哪个半球的极点附近出现极昼现象，极昼地区(极点除外)0时(或24时)太阳就正什么方向升、正什么方向落。具体而言，太阳直射北半球，北极点附近出现极昼现象，则极昼地区(北极点除外)0时(或24时)太阳正北升、正北落(见图10甲)；太阳直射赤道，全球无极昼极夜现象；太阳直射南半球，南极点附近出现极昼现象，则极昼地区(南极点除外)0时(或24时)太阳正南升、正南落(见图10乙)。因此，根据太阳直射点位置可以判断极昼地区的日出、日落方位(见图10)。

图10 极昼地区太阳视运动示意图

【例6】图11是某地(66°34′N，120°E)在一天24小时中太阳高度的变化示意图。

图11 北极圈上某地一天中太阳高度变化示意图

在①时刻太阳位于该地的

( )

A.正东 B.正西 C.正南 D.正北

【答案】D

【解析】由题意可知，该地位于北极圈，出现了极昼现象，因此该日为夏至日(6月22日)，太阳直射北回归线。由图11可知，该地在①时刻太阳高度为0°，是一天中太阳高度的最小值，因此该地在①时刻的地方时为0时(或24时)。综上所述，该地在①时刻太阳正北升、正北落，即太阳位于该地的正北方向。故选D选项。

四、日出、日落偏角的变化规律

日出偏角是指日出时刻太阳方位与正东方向的夹角(见图12中的α)，日落偏角是指日落时刻太阳方位与正西方向的夹角(见图12中的β)，由对称规律可知日出偏角(α)与日落偏角(β)相等。

图12 夏至日北半球某地日出、日落偏角示意图

1.根据日期判断日出、日落偏角的变化规律

由于黄赤交角的存在，太阳直射点在南、北回归线之间来回移动，使得同一纬度不同日期日出、日落偏角不同。二分日日出、日落偏角最小(0°)，即日出于正东、日落于正西；二至日，日出、日落偏角最大，即夏至日向北偏角最大，冬至日向南偏角最大，不同纬度偏角最大值不同；由春分日→夏至日→秋分日→冬至日→春分日，日出、日落偏角变化依次为向北偏角增大、向北偏角减小、向南偏角增大、向南偏角减小。因此，根据日期可以判断日出、日落偏角的变化规律，日出、日落偏角与太阳直射点纬度呈正相关。

【拓展】列表说明北京(39°54′N)在不同节气的日出、日落偏角的变化(见表1)。

表1

【例7】图13为嫦娥五号11个重大任务流程示意图。

图13 嫦娥五号11个重大任务流程示意图

在嫦娥五号成功发射到返回器安全着陆期间，海南文昌的日落偏角变化规律是

( )

A.西偏南逐渐变大

B.西偏南逐渐变小

C.西偏南先变大后变小

D.西偏南先变小后变大

【答案】A

【解析】由图13可知，嫦娥五号2020年11月24日4时30分成功发射，12月17日1时59分返回器安全着陆。在此时间段内太阳直射南半球，海南文昌日出于东南、日落于西南；太阳直射点由赤道向南回归线移动，海南文昌日出、日落偏角逐渐变大。因此，海南文昌的日落偏角变化规律是西偏南逐渐变大。故选A选项。

2.根据纬度判断日出、日落偏角的变化规律

由于黄赤交角的存在，太阳直射点在南、北回归线之间来回移动，使得同一日期不同纬度日出、日落偏角不同。赤道上日出、日落偏角最小，等于太阳直射点纬度；极昼圈和极夜圈日出、日落偏角最大(90°)，即太阳直射北半球时日出于正北、日落于正北，太阳直射南半球时日出于正南、日落于正南；由赤道向极昼圈和极夜圈随纬度的增加，日出、日落偏角逐渐增大。因此，根据纬度可以判断日出、日落偏角的变化规律，日出、日落偏角与观察点纬度呈正相关。

【拓展】列表说明二至日在不同纬度的日出、日落偏角的变化(见表2)。

表2

【例8】泰山玉皇顶(36°16′N，117°06′E)观日出是泰山旅游的一个重要项目。图14是四地二分二至日日出偏角与正午太阳高度关系图。

图14 四地二分二至日日出偏角与正午太阳高度关系图

推断夏至日泰山玉泉顶日出偏角应在

( )

A.东偏北23°26′以下

B.东偏北23°26′～25°42′

C.东偏北25°42′～31°16′

D.东偏北31°16′以上

【答案】C

【解析】由图14可知，①的二分日正午太阳高度为90°，应位于赤道；②的夏至日正午太阳高度为90°，应位于北回归线；③的二分日正午太阳高度为50°，且夏至日正午太阳高度大于冬至日，应位于40°N；④的夏至日正午太阳高度为0°，应位于南极圈。因此，泰山玉皇顶(36°16′N)的纬度介于②③之间。由图14可知，夏至日②的日出偏角为东偏北25°42′，③的日出偏角为东偏北36°16′；由日出、日落偏角的变化规律可知，同一日期日出、日落偏角与观察点纬度正相关，夏至日泰山玉泉顶日出、日落偏角应介于②③之间。因此，夏至日泰山玉皇顶的日出偏角为东偏北25°42′～31°16′。故选C选项。

在地理学科中，日出、日落是一个非常重要的自然地理现象，它与人类的生产和生活息息相关，因此，我们必须熟练掌握日出、日落问题的解答方法，上述方法有时还可以混搭使用。日出、日落问题的解答要结合试题的图文信息，联系所学的地理知识，从多层次、多方位、多维度进行综合分析。