利用光照簡圖 巧說太陽方位

王霞

太陽東升西落，這在地球人看來是一個常識，在日常生活中往往也是根據日出日落方位來辨別方向。然而，嚴格地說，僅把太陽的升落地點作為地平面正東正西方向的判斷標準，這顯然是不準確的。因為在地球表面，同一緯度的不同季節，或同一季節不同緯度，太陽在地平線上升落的地點均會發生明顯變化。以40°N地區為例（圖1），除春秋分兩日太陽在全球各地都從正東方升起正西方落下外，其它日期都不是在固定的正東點和正西點。如在夏至日時，太陽在東北方升起，在西北方落下，對此學生往往百思不得其解：明明太陽只能直射在回歸線之間，太陽應始終位于40°N以南地區，怎么可能太陽會跑到40°N以北的地方升起？

為了解答學生的疑難，筆者在教學實踐中運用學生熟知的光照簡圖，同時結合他們的日常觀察實踐，化難為易巧說太陽方位，取得了很好的效果。

所謂太陽方位，指太陽光線在地平面上的投影與當地子午線的夾角，以正南方向為0°，由南向西為正數，向東為負數，至正北方向為正負180°。而高中地理中所說的太陽方位為簡化起見，不是用角度表示，而是用東西南北方向來表示的。為此，必須首先確定以觀察者為中心的方向判別：經線確定南北方向，緯線確定東西方向，與地面垂直向上的方向為天頂。

一、正午太陽方位

正午時，太陽直射點與觀察者位于同一條經線上，此時兩者之間只存在南北方向，不存在東西方向。觀察圖2夏至日太陽光照圖可以看出：在北回歸線上，太陽光線與當地地平面垂直，即太陽位于觀察者頭頂；在北回歸線以北地區太陽都位于南方；在北回歸線以南地區太陽都位于北方；在南極圈上，正午時太陽與地平面的夾角為0°，即太陽根本就沒能升起，此時發生了極夜現象。由此可以推導出正午太陽方位的普遍規律。

（1）太陽直射地區，正午太陽在正上方，即頭頂。

（2）太陽直射點以北地區，正午太陽在南方。

（3）太陽直射點以南地區，正午太陽在北方。

由于太陽直射點只能在南北回歸線之間來回移動，所以北回歸線以北的地區，正午時太陽始終在南方，而南回歸線以南的地區，正午時太陽始終在北方。

進一步觀察圖2還可以直觀地看出，距離直射點越遠，太陽光線與地平面的夾角越小，即正午太陽高度角越小。通過圖3、圖4，結合學生初中時所學的幾何知識，可以準確地推導出任一緯度（ψ）正午太陽高度角（H）與直射點緯度的數量關系：即H=90°-緯距（即直射點與所求地的緯度差距）。如圖3，某緯度（ψ）與直射點（δ）位于不同半球，它們的緯度差距是ψ+δ，此時H=90°-（ψ+δ）；圖4中，某緯度（ψ）與直射點（δ）位于相同半球，它們的緯度差距是|ψ-δ|，此時H=90°-|ψ-δ|

二、日出日落太陽方位

晨昏線上太陽的高度角為0°，可以表示日出、日落方位和時間。圖5表示夏至日全球日出日落方位，從圖上可以看出夏至日這一天太陽光線的方向（代表太陽升落的方向）與緯線方向（代表東西方向）并不平行，而是呈一夾角，太陽光線出現在偏北方位，即太陽升落方位不為正東、正西方位，而是在偏北的方位升落，并且與赤道的緯距越大偏北的角度越大，到南北極圈正好為正北升落，出現極晝極夜現象。由此也可以看出，只要太陽直射點在北半球，日出、日落時的太陽光線都出現在偏北方位，即太陽是從東北方向升起，在西北方向降落。出現極晝現象的地區，太陽從正北方向升起，然后太陽高度逐漸升高，至中午12點時到達正南的天空，此時太陽高度角達到最大，然后太陽高度逐漸降低，至正北方向太陽高度達到最小；出現極夜的地區太陽在中午12點時在正北方向起落，即沒有出地平線就落了下去。

同樣可以從冬至太陽光照圖（圖6）得出，太陽升落方位并不與緯線平行，即不為東西方位，而是偏南升落，同樣與赤道的緯距越大偏南的角度越大，到南北極圈正好為正南升落，出現極晝極夜現象。由此可以看出，只要太陽直射點在南半球，日出日落時的太陽光線都是出現在偏南方位，即太陽是從東南方向升起，從西南方向降落；出現極晝極夜的地區，太陽從正南方向升降。

只有在春秋分日時，太陽光線與緯線平行，太陽升落在正東和正西方位。

由此可以總結得出如下規律。

（1）太陽直射北半球，全球太陽從東偏北升起，西偏北落下；太陽直射南半球，全球太陽從東偏南升起，西偏南落下。

（2）緯度越高的地區，升落越偏北或偏南，到極晝極夜處成正北或正南升落。

（3）春秋分兩日，全球太陽從正東升起，正西落下。