日出日落的方位與地平桿影日變化分析

黃偉

摘要：地球運動的地理意義是高考考查的重要內容之一。由于地球不停地自轉和公轉，可引起同一緯度地區晝夜長短和正午太陽高度角隨季節而變化，進而引起日出日落方位與地平桿影的日變化。本文探討太陽直射點處于赤道和北半球日出日落的方位與垂直于地平面桿的影子長短和方向的日變化。

關鍵詞：日出日落；方位；地平桿影；日變化

普通高中教科書對日出日落的方位與垂直地平面桿的影子日變化的論述很少，但平時的練習和高考中時有涉及。現將相關情況分析如下，以求拋磚引玉。

一、太陽直射赤道時周日視運動與地平桿影日變化

春、秋分日，太陽直射赤道，除兩極處于特殊情況外，其它所有地方都是日出正東方，日落正西方。全球各地太陽周日視運動與地平桿影日變化有五種情況。

1.北極

二分日，北極的太陽高度角為0°。太陽在地平圈沿順時針方向轉一周，其太陽視運動如圖1所示。二分日，北極點上桿影總是指向南方，且沿地平圈順時針方向轉一周，無長度變化，理論上無限長。其桿影日變化如圖1陰影所示。

2.南極

二分日，南極的太陽高度角也為0°。但太陽沿地平圈逆時針方向轉一周，其太陽視運動如圖2所示。二分日，南極點上桿影總是指向北方，且沿地平圈逆時針方向轉一周，也無長度變化，理論上無限長。其桿影日變化如圖2陰影所示。

3.赤道

二分日，赤道上太陽周日視運動軌跡與地平圈垂直。正午太陽高度為90°，其太陽視運動如圖3。日出到正午桿影向西，并沿赤道向東逐漸縮短為一點，正午到日落桿影向東，并沿赤道繼續向東逐漸變長，趨于無限長。其桿影日變化如圖3東西方向上箭頭所示。

4.北極與赤道之間

日出正東方，向南傾斜上升至上中天，然后向北傾斜下落，日落正西方。其太陽視運動如圖4所示。日出時桿影向正西方，趨于無限長。桿影隨后順時針轉動，并逐漸縮短，至正北方最短，而后逐漸變長，日落時向正東方向，趨于無限長。其桿影日變化如圖4陰影所示。

5.南極與赤道之間

日出正東方，向北傾斜上升至上中天，然后向南傾斜下落，日落正西方。其太陽視運動如圖5所示。日出時桿影向正西方，趨于無限長。桿影隨后逆時針轉動，并逐漸縮短，至正南方最短，而后逐漸變長，日落時向正東方向，趨于無限長。其桿影日變化如圖5陰影所示。

二、太陽直射北半球時周日視運動與地平桿影日變化

太陽直射北半球時，其周日視運動與地平桿影的日變化有六種情況。

1.直射地區

日出東北，偏南傾斜上升至上中天，偏北傾斜下落，日落西北。其太陽視運動如圖6所示。日出時桿影向西南，趨于無限長。隨后順時針轉動，且逐漸縮短，至正午為一點，然后桿影向東南，且逐漸變長。其桿影日變化如圖6陰影所示。

2.直射緯度至極晝最低緯度之間

日出東北，向南傾斜上升至上中天，然后向北傾斜下落，日落西北。正午時太陽位于正南方。其太陽視運動如圖7所示。日出時桿影向西南，隨后順時針轉動，且逐漸縮短。正午最短，桿影向北。午后桿影逐漸變長，日落時向東南方。其桿影日變化如圖7陰影所示。

3.極晝區（北極點除外）

子夜日出于正北方，順時針傾斜上升，至正南方達上中天，即正午時太陽位于正南方，然后傾斜下落，子夜日落于正北方。其太陽視運動如圖8。日出時桿影向正南方且最長，隨后順時針轉動，并逐漸縮短。正午時桿影最短，指向正北方。午后桿影漸長，日落時向正南方且最長。其桿影日變化如圖8陰影所示。

4.北極點

太陽周日視運動和地平桿影日變化與二分日相似，只是太陽高度大于0°，桿影較二分日短。其桿影日變化如圖9所示。

5.直射緯度至赤道之間

日出東北，偏南傾斜上升至上中天，然后偏北傾斜下落，日落西北。正午時太陽位于正北方。其太陽視運動如圖10。日出桿影向西南，先順時針漸短，再逆時針漸短。正午時桿影最短，指向正南。午后桿影向東南，先逆時針漸長，再順時針漸長。其桿影日變化如圖10陰影所示。

6.赤道及以南至極夜最低緯度之間

日出東北，偏北傾斜上升至上中天，正午時太陽位于正北方，午后太陽偏南傾斜下落，日落西北。其太陽視運動如圖11。日出桿影向西南，隨后逆時針漸短。正午最短，指向正南。午后反時針漸長，桿影指向東南。其桿影日變化如圖11陰影所示。

三、 太陽直射南半球時周日視運動與地平桿影日變化

太陽直射南半球時，除極晝區外，全球日出東南方，日落西南方。極晝區日出正南，日落正南。其太陽周日視運動與地平桿影日變化也有類似六種情況，只是太陽周日視運動與桿影的南北方位及運動方向相反，在此不再闡述。

參考文獻：

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