地球運動知識整合及規律總結
一、日照圖判讀的基本步驟和技巧
1．確定南北極(或南北方向)，判斷南北半球。
2．根據經緯線與晨昏線的幾何關系，判斷直射點的緯度或節氣。
(1)若晨昏線與經線重合(或與緯線垂直)，則此時為春分日或秋分日，太陽直射赤道。
(2)若晨昏線與某一緯線相切，如相切于70°S，且70°S以南出現極晝，則太陽直射點的緯度為20°S；若與晨昏線相切的緯線為極圈，則太陽直射點的緯度為23°26′，此時為二至日。
3．時間計算的切入點：
(1)根據晨昏線與赤道的交點：晨線與赤道交點所在經線的地方時為6時，昏線與赤道交點所在經線的地方時為18時。
(2)根據晝半球和夜半球：平分晝半球的經線的地方時為12時，平分夜半球的經線的地方時為0時或24時。
(3)根據太陽直射點：太陽直射點所在經線的地方時為12時，與正午經線相對的另一經線的地方時為O時或24時。
(4)晨昏線與緯線圈相切的經線的地方時為12時或24時。
4．確定太陽直射點的位置(經度和緯度)。
(1)經度位置的確定：
①地方時為12時經線的經度數即為太陽直射點的經度；
②平分晝半球經線的經度數即為太陽直射點的經度。
由以上可知，圖1各圖中太陽直射點所對應的經線為M經線，M經線的經度即為太陽直射點的經度。
(2)緯度位置的確定：
①根據二分二至等特殊節氣來確定：夏至日太陽直射北回歸線，太陽直射點的緯度為23°26′N；冬至日太陽直射南回歸線，太陽直射點的緯度為23°26′S；春秋分太陽直射赤道，太陽直射點的緯度為0°。
②根據極晝極夜的范圍來確定：太陽直射緯度與極晝極夜范圍的最低緯度互余，如：若此時70°N以北是極晝現象，則此時太陽直射20°N；若此時70°N以北是極夜現象，則此時太陽直射20°S。二、正午太陽高度的時空分布規律
1．正午太陽高度的形成：如圖2所示。
2．正午太陽高度計算公式推導：
H=90°-∠B
=90°-∠AOB
=90°-(∠COB-∠COA)
=90°-緯度差(即所求點和直射點之間的緯度差，同半球相減，異半球相加)
3．正午太陽高度的時空變化規律。
(1)正午太陽高度的空間變化規律
全球正午太陽高度的緯度變化規律：從太陽直射點所在緯線分別向南北兩側遞減；離直射點距離越近(緯度差越小)，正午太陽高度越大，反之越小。下面結合圖3，看一下北半球二分二至日正午太陽高度的變化情況。
①夏至日：正午太陽高度由北回歸線向南北兩側遞減。如圖3中D折線所示。
②冬至日：正午太陽高度由南回歸線向南北兩側遞減。如圖3中C折線所示。
③春秋分日：正午太陽高度由赤道向南北兩側遞減。如圖3中E折線所示。
(2)正午太陽高度的年變化規律
①回歸線之間的地區：正午太陽高度最大值為90°，全年有兩次太陽直射現象，即一年中有兩個正午太陽高度最大值。如圖4中A。
②回歸線上：正午太陽高度的最大值為90°，全年有一次太陽直射現象，即一年中有一個正午太陽高度最大值。如圖4中B。
③回歸線至極點之間的地區：正午太陽高度最大值小于90°，全年沒有太陽直射現象。一年中有一個正午太陽高度最大值。如圖4中C。
④北回歸線及其以北的緯度帶：每年夏至日(6月22日)正午太陽高度達一年最大值，冬至日(12月22日)正午太陽高度達一年最小值。
⑤南回歸線及其以南的緯度帶：每年冬至日正午太陽高度達一年最大值，夏至日正午太陽高度達一年最小值。
(3)太陽高度的日變化規律
①極點地區：在極晝期間，極點上的太陽高度在一天之內是沒有變化的，其太陽高度始終等于太陽直射點的緯度。(如圖5A)
②非極點地區：非極點地區的太陽高度在一日內是有變化的。一天之內有一個最大值，即當地的正午太陽高度。(如圖5B)
③從全球范圍看：太陽直射點上，太陽高度角為90°；從直射點開始，太陽高度向四周降低，呈同心圓分布；晨昏線上太陽高度為0°。例如太陽直射在15°N、60°W時，太陽高度的分布如圖6所示。
4．正午太陽高度(H)的應用。
(1)正午太陽高度分布的變形圖。
(2)利用正午太陽高度計算垂直物體的日影：cotH=影長／物體長度。
(3)太陽能熱水器的安裝傾角等于緯度差(即當地緯度和太陽直射點緯度的差值)。
(4)南北半球中緯度地區樓房間隔L和采光問題：
①L=樓高×cotH(H即當地全年最小的正午太陽高度角。如圖7所不。
②在樓房布局時建議采用東北一西南走向或西北一東南走向。
(5)有前檐的窗戶與房頂之間距離L的設定：L=前檐長度×tanH。
5．影子問題。
(1)影子的朝向與光源的方向相反。
(2)太陽高度越大，影子越短；反之，越長。一天中日影的變化規律是：日出最長——變短——正午最短——變長——日落最長。(從理論上說晨昏線影子無限長)
(3)正午日影的朝向和長短變化
①北回歸線以北：北回歸線以北太陽終年南射，正午日影始終朝北；緯度越高，日影越長；6月22日達一年中最短，12月22日達一年中最長。
②南回歸線以南：南回歸線以南太陽終年北射，正午日影始終朝南；緯度越高，日影越長；12月22日達一年中最長，6月22日達一年中最短。
③南北回歸線之間的地區：正午時，在南北回歸線內，太陽有直射、南射和北射。正午日影有時無，有時向南，有時向北；長短由正午太陽高度確定。
(4)極點：任何時候日影始終朝南或朝北(北極點朝南，南極點朝北)，且日影長短無日變化。
三、晝夜長短的變化
1．晨昏線(圈)的運動。
隨著地球自西向東自轉，晨昏線不停地由東向西運動；由于太陽直射點的南北移動，且晨昏線始終與太陽光線垂直，晨昏線以極點為中心，以一個回歸年為周期，在極圈和極點之間來回擺動。
(1)側視圖中晨昏線的運動過程，AB為晨線，虛線為回歸線和極圈，陰影為黑夜，如圖8所示。
(2)俯視圖中晨昏線的運動過程：AB為晨昏線(圈)，虛線為北極圈，大圓為赤道，陰影部分為黑夜，如圖9所示。
(3)總結規律
①由于晨昏線把緯線分成晝弧和夜弧兩部分，晨昏線的擺動導致晝弧和夜弧的增長或縮短，導致晝夜長短的變化。
②當晨昏線離開極點時，極點周圍出現極晝或極夜，其極晝極夜范圍是與晨昏線相切的那條緯線和極點之間的區域。
③9月23日至次年3月21日，太陽直射在南半球，北半球晝短夜長，在北半球晨線隨緯度增大而東偏，昏線隨緯度增大而西偏；3月21日至9月23日，太陽直射在北半球，北半球晝長夜短，在北半球晨線隨緯度增大而西偏，昏線隨緯度增大而東偏。
2．晝夜長短變化的各時段分析。
3．晝夜長短的計算方法。
(1)利用一個地區晝弧所跨的經度范圍來計算。方法：晝長(單位：小時)=白晝弧度數／15°，即在日照圖上某條緯線與晨昏線有兩個交點，兩點之間在晝半球的弧度數除以15°就是白晝的小時數。
(2)利用已知的日出和日落的地方時來求算。方法是：晝長=2×(12-日出時間)或晝長=2×(日落時間-12)。因為地方時正午12時總是會把一天的白晝平分成相等的兩等份(如圖10所示)。
(3)同緯度地區晝長相同，而分別位于南北半球但緯度數相同的兩地，一地的晝長等于另一地的夜長。如北緯40°地區的晝長是15時，那么南緯40°地區的夜長為15時。
(4)極晝區、極夜區的晝長分別是24時和O時。
(5)赤道地區全年晝夜平分，各為12時。
四、太陽周日視運動
1．周日視運動規律。
(1)太陽直射赤道時，全球各地太陽從正東方向升起，在正西方向落下。
(2)太陽直射北半球時，全球各地太陽從東北方向升起，在西北方向落下(極晝和極夜地區除外)。
(3)太陽直射南半球時，全球各地太陽從東南方向升起，在西南方向落下(極晝和極夜地區除外)。
2．根據下圖(圖11)，比較甲、乙、丙三地太陽周日視運動規律的異同點。
(1)三地太陽視運動相同點是：太陽有時東升西落，有時東北升西北落，有時東南升西南落。
(2)三地正午太陽位置的不同點是：甲地，有時太陽在頭頂，有時在北方，有時在南方，說明甲地在南北回歸線之間；乙地，太陽終年在北方，說明乙地在南回歸線以南；丙地，太陽終年在南方，說明丙地在北回歸線以北
