晨昏線的特點和和太陽直射點的關(guān)系例題解析

./晨昏線的特點和與太陽直射點的關(guān)系例題解析一、晨昏線的產(chǎn)生由于地球是一個不發(fā)光也不透明的球體,在陽光的照射下,面向太陽的半球是明亮的,被稱為晝半球,背向太陽的半個球是黑暗的,也就是夜半球。晝、夜半球的界線就稱為"晨昏線〔也稱晨昏圈"。在現(xiàn)實的地球表面,由于地球大氣的折射、散射等作用,晨昏線所在的地方其實是處在晝、夜的過渡地帶,如圖1為北京時間2004年12月14日20時52分時的地球晝夜示意圖。也就是說,晨昏線上的各個地方在時間上可能是早晨或黃昏這樣一個時間段,而不是一個截然區(qū)分的時間點,但為了便于我們研究,在圖中,我們將"晨昏線"畫成一條線,把晝夜的更替看成是一個截然區(qū)分的時間點。圖1晝夜示意圖二、晨昏線與地球從理論上講,晨昏線所在的平面把地球平分為兩個半球,在地表的晨昏線是一個大圓[大圓：球面被通過球心的平面所截成的圓,是球面所能截取的最大的圓。大圓的圓心就是球心。],地球的球心就是晨昏線的圓心。但實際上,包圍地球的大氣有散射折光作用,使地平面以下34′的光線能折射到地面上來,這樣,當(dāng)清晨的太陽在地平面以下34′時,在地平面上就已經(jīng)看到了散射折射光；而在傍晚,太陽已經(jīng)落在地平面以下34′時,在地平面上還可以看到它。另外,在地球上看,由于太陽的體積巨大,太陽是一個圓面,而不是一個光點,它具有16′的視半徑,這樣使白天延長,所以,晝半球向四面八方擴大50′〔34′+16′,而夜半球都縮小50′,因此晝夜半球不一樣大,晨昏線也不是真正的大圓。經(jīng)過測算,在春分、秋分兩天,全球晝夜也不真正等分,白晝時間為12時8分鐘,黑夜時間為11時52分鐘。為簡便起見,我們?nèi)园殉炕杈€看成是一個大圓,把晝夜半球等分。但這一事實我們要了解,它能加深我們對理論與生活之間差別的理解。三、晨線和昏線晨昏線分為晨線和昏線兩部分。隨地球的自轉(zhuǎn),由晝半球進(jìn)入夜半球的部分就是昏線,由夜半球進(jìn)入晝半球的部分就是晨線。對地表某個具體地點而言,它的地方時如果是早晨〔日出,那么它就在晨線上,如果是黃昏〔日落,它就在昏線上。理解這一點對我們判斷晨線和昏線至關(guān)重要。根據(jù)晨線和昏線的特點,其實根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)方向,我們就可以準(zhǔn)確地判斷出晨線和昏線。如圖2。由此我們也可以反推,即如果知道了晨線或昏線,就可以推測出地球的自轉(zhuǎn)方向。圖2A中的為晨線；B中的為昏線；C中的晨昏線上半部分為昏線,下半部分為晨線；D中的晨昏線上半部分為晨線,下半部分為昏線。四、晨昏線與太陽直射點[太陽直射點：在眾多太陽平行光線中,必有一條太陽光線的延長線穿過地球球心,這條就是太陽直射光線,其與地表的交點就是太陽直射點。]任一時刻,晨昏線〔圈與太陽直射點之間都存在著固定的相互位置關(guān)系,即太陽直射點位于由晨昏線圍成的晝半球球面〔地表的中心點,也就是說,太陽直射點到晨昏線上各地的球面距離都相等。掌握這一特征,我們就可以從中分析出以下幾條規(guī)律。1.太陽光線和晨昏線所在的平面垂直。在這里一定要注意平面兩字,因為在實際的圖上,由于觀測的方位不同,我們看到的可能不是晨昏線所在的平面而是晨昏線,因此它與太陽光線之間可能就不是垂直的關(guān)系。如圖2中的A、C、D圖。2.等太陽高度線〔圈。太陽直射點處的太陽高度[太陽高度：太陽光線與當(dāng)?shù)氐仄矫娴膴A角。太陽高度的最大值為90°。地方時12點時的太陽高度稱為正午太陽高度。]為90°,但隨著球面的變化,太陽高度也會隨之發(fā)生變化,總體規(guī)律是：距離太陽直射點的球面距離相等的地方,太陽高度相等。即在某一時刻,太陽高度在太陽直射點處最大〔90°,并由太陽直射點向四周呈半球〔在投影圖上呈以太陽直射點為圓心的同心圓狀遞減,到晨昏線上,太陽高度減小為0°,這就是等太陽高度線。如例1中第1小題。例1：右圖為北京時間某日2點時的全球太陽高度等值線圖,圖中15°N緯線與BAC垂直相交于A點,讀圖回答下列問題。〔1對于圖示情況,錯誤的說法是〔A.中心點A點表示太陽直射點B.最大圓圈為晨昏圈

C.B、C兩地經(jīng)度相同D.圖示半球為晝半球〔2C地的緯度是,經(jīng)度是?！?此時,圖中各點有極晝現(xiàn)象的是?！?B點的地方時是點,C點的地方時是點?！泊鸢福篊75°N90°WC12243.晨昏線在地表的移動規(guī)律。由于晨昏線所在的平面始終與太陽〔直射光線垂直,因而在一天之中和一年之中,隨著太陽光線的變化,晨昏線在地表的移動就有著相應(yīng)的變化規(guī)律。一天之中,由于地球自西向東自轉(zhuǎn),就產(chǎn)生了地表各地太陽自東向西的周日視運動,也就是太陽的東升西落,與太陽光線垂直的晨昏線所在的平面也就隨之自東向西在地表移動〔如圖3。圖3一天之中,地球的自轉(zhuǎn)與晨昏線在地表的移動之間的關(guān)系一年之中,由于黃赤交角的存在,使得太陽直射點在南北回歸線之間移動。若圖4中p為太陽直射點,O為球心,我們可以將PO看成是一條太陽〔直射光線,我們發(fā)現(xiàn),隨著太陽直射點P在南北回歸線之間的移動,太陽光線PO照射的方位不斷發(fā)生變化,與之垂直的晨昏線所在的平面也隨之發(fā)生有規(guī)律的移動。NS為地軸所在的位置。我們可以得出以下兩個結(jié)論：①晨昏線所在的平面與地軸的夾角和太陽直射點的緯度[①地表某點的緯度等于這一點與地心的連線和赤道平面所成的角度。]在數(shù)值上相等,②同一時刻,太陽直射點所在的緯度數(shù)和與晨昏線相切的緯度數(shù)之和為90°〔如例1中第2小題。春、秋分日,太陽直射在赤道上〔0°,晨昏線經(jīng)過極點〔90°,兩者之和也為90°。圖4若從極地上空俯視〔圖5,我們發(fā)現(xiàn),隨著太陽直射點的移動,一年中,晨昏線的位置總是在極點到極圈之間的范圍內(nèi)作有規(guī)律的移動。以北半球為例：春分日,晨昏線經(jīng)過極點,全球各地晝夜平分；從春分日到夏至日,晨昏線的位置由北極點移向北極圈,北極點周圍地區(qū)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象,且極晝的范圍在變大；夏至日,晨昏線與北極圈相切,北極圈及其以北地區(qū)都出現(xiàn)極晝現(xiàn)象,北半球極晝的范圍達(dá)到一年中的最大。夏至日到秋分日,晨昏線的位置由北極圈向極點移動,北半球極晝的范圍在變小；秋分日,晨昏線經(jīng)過極點,全球晝夜平分；秋分日到冬至日,晨昏線的位置有極點移向北極圈,北極點周圍出現(xiàn)極夜現(xiàn)象,且極夜的范圍在擴大；冬至日,晨昏線與北極圈相切,北極圈及其以北地區(qū)出現(xiàn)極夜現(xiàn)象,北半球極夜范圍達(dá)到一年中的最大；冬至日到次年春分日,晨昏線由北極圈向極點移動,且極夜的范圍變小。圖5N為北極點,A、B為晨昏線和北極圈的切點五、晨昏線與經(jīng)緯線1.晨昏線和緯線的關(guān)系地球的自轉(zhuǎn),使得地表各地產(chǎn)生晝夜現(xiàn)象,地球自轉(zhuǎn)一周的時間若以太陽作為參照物來計算的話,是24小時,每一小時轉(zhuǎn)過15°,我們稱之為一個太陽日,它影響到我們的生活作息。地表各點也沿各自的緯線圈隨地球轉(zhuǎn)動,每一小時轉(zhuǎn)過的圓心角為15°。晨昏線如果和緯線圈相交,就把緯線圈分成兩部分,在晝半球的那部分,叫晝弧,在夜半球的那部分,叫夜弧,我們就可以根據(jù)晝弧和夜弧所對應(yīng)的圓心角來計算緯線上各地某一日的晝長和夜長。如,某地所在晝弧對應(yīng)的圓心角為270°,那么該地的晝長為18小時〔x/24=270°/360°。而晝弧中點處的地方時就應(yīng)該是12點,夜弧中點處的地方時是24點。具體的講,晨昏線和緯線有三種關(guān)系,相交、相切、相離。春分日和秋分日,晨昏線經(jīng)過極點,和其他緯線相交,且平分其他緯線,因而全球各地的晝夜長短相等,如圖6。除了春、秋分日,在任一天的任一時刻,上述三種關(guān)系我們都可以找到,如圖7A圖為北半球,冬至日,圖中晨昏線和北極圈相切,北極圈都為夜弧,所以出現(xiàn)極夜現(xiàn)象；北極圈以北的各緯線都和晨昏線相離,也都為夜弧,出現(xiàn)極夜；北極圈以南至赤道,晨昏線和緯線圈相交,將緯線圈分成晝弧和夜弧,但我們發(fā)現(xiàn),隨著緯度的降低,晝弧所對應(yīng)的圓心角在變大,因此白晝在變長,黑夜在變短,但晝長都小于夜長。B圖為南半球,分析方法相類似。通過對圖7的分析還可得出這樣的結(jié)論：當(dāng)和晨昏線相切的緯線是極晝時,切點的地方時為0時,當(dāng)和晨昏線相切的緯線是極夜時,切點的地方時為12時。圖7冬至日從極點上空俯視所看到的晝夜示意圖在任一天,晨昏線都將赤道平分,也就是說,赤道上各地終年晝夜等長。由于終年晝夜等長,因此每天日出日落的時間就是不變的,都是6點日出,18點日落。在圖上,晨線和赤道的交點處的地方時就是6點,昏線和赤道交點處的地方時就是18點。2．晨昏線和經(jīng)線的關(guān)系春、秋分日,晨昏線經(jīng)過極點,在任一時刻,晨昏線都和一個經(jīng)線圈重合,因此,在這一天,各地日出日落的時間〔地方時都相等。如圖6。但由于觀察的角度不同,我們看到的晝夜示意圖會有各種變化,如圖2中A、圖6和圖8中甲,但我們只要抓住一個特征：晨昏線與經(jīng)線圈重合。圖8除了春、秋分日外,晨昏線和經(jīng)線相交,并成一定的角度,一條特殊的經(jīng)線是經(jīng)過晨昏線與赤道交點的經(jīng)線,根據(jù)前面的論述我們可以知道,它和晨昏線所成的角度和太陽直射點的緯度數(shù)相等。如圖8中,乙圖表示冬至日的晝夜?fàn)顩r,丙圖表示夏至日的晝夜?fàn)顩r。根據(jù)前述,這條經(jīng)線的地方時也可以分析出。另一條特殊的經(jīng)線是經(jīng)過晨昏線和緯線切點的經(jīng)線,如圖7中的NA經(jīng)線和SB經(jīng)線。經(jīng)線NA和SB構(gòu)成一個經(jīng)線圈,這個經(jīng)線圈和晨昏圈垂直。從圖中可以分析出,NA經(jīng)線經(jīng)過了其他晝弧的中點,因此它的地方時為12點,SB經(jīng)線經(jīng)過了其他夜弧的中點,因此它的地方時為24點,見例1中第4小題。分析晨昏線和經(jīng)緯線的關(guān)系,將更有利于我們精細(xì)地理解隨著太陽直射點的移動,地表某地的晝