例析解答日出、日落問題的常見方法

河南 李躍進

(作者單位：河南省沁陽市第一中學)

在歷年高考中，許多地理試題以地球運動的圖文材料為載體，考查地球運動的規律及其地理意義，其中日出、日落是地球運動的重要地理意義之一，解答日出、日落問題是高考的高頻考點。那么，在地理試題中如何解答日出、日落問題呢？筆者結合多年教學實踐，對自己在地理教學中解答日出、日落問題的案例進行具體分析，以當引玉之磚，供讀者參考。

一、日出、日落早晚的判斷方法

1.根據經度和緯度判斷日出、日落的早晚

影響日出、日落早晚的因素主要有經度和緯度。經度影響是由地球自轉造成的，實質就是地方時早晚的影響；緯度影響是由地球公轉造成的，實質就是晝夜長短的影響。可以分為三種情況：第一，兩點在同一條緯線。由于地球自西向東自轉，考慮經度因素，東邊的地點比西邊的地點日出早、日落早，如圖1所示，B點比A點日出早、日落早(不考慮跨日界線因素)。第二，兩點在同一條經線。二分日，全球晝夜長短相同，均為晝夜平分，兩點同時日出同時日落；非二分日，由于不同緯度晝夜長短不同，考慮緯度因素，白晝越長則日出越早、日落越晚，白晝越短則日出越晚、日落越早，如圖1所示，A點比C點日出早、日落晚。第三，兩點既不在同一條緯線，也不在同一條經線，如圖1所示的B點和C點。需要綜合考慮經度和緯度兩種因素。因此，根據經度和緯度可以判斷日出、日落早晚(見圖1)。

圖1 經度和緯度對日出、日落早晚的影響示意圖

【例1】圖2是我國北京、烏魯木齊的地理位置示意圖。一架飛機某日11時(北京時間)從北京起飛,飛行3小時30分鐘到達烏魯木齊，該日北京的晝長為14小時19分鐘，烏魯木齊的晝長為14小時43分鐘。

圖2 我國北京、烏魯木齊的地理位置示意圖

下列關于該日北京與烏魯木齊日出、日落早晚的比較，正確的是

( )

A.北京日出比烏魯木齊早,日落比烏魯木齊晚

B.北京日出比烏魯木齊晚,日落比烏魯木齊早

C.北京日出、日落均比烏魯木齊早

D.北京日出、日落均比烏魯木齊晚

【答案】C

【解析】考慮經度因素，北京(116°E)位于烏魯木齊(88°E)東邊，而且經度相差28°，北京比烏魯木齊日出早1小時52分鐘、日落早1小時52分鐘。考慮緯度因素，該日北京的晝長(14小時19分鐘)比烏魯木齊的晝長(14小時43分鐘)短24分鐘，北京比烏魯木齊日出晚12分鐘、日落早12分鐘。綜合考慮經度和緯度兩種因素，北京比烏魯木齊日出早1小時40分鐘、日落早2小時4分鐘。故選C選項。

2.根據地勢和大氣判斷日出、日落早晚

影響日出、日落早晚的因素還有地勢和大氣。地勢影響是由地球形狀、地勢高低造成的；大氣影響是由光的折射造成的。考慮地勢因素，地勢越高則看到的日出越早、日落越晚；地勢越低則看到的日出越晚、日落越早，例如，與地面相比飛機上看到的日出早、日落晚。原因是：地球是個不規則的球體，地勢高處看到的地平線遠，地勢低處看到的地平線近(見圖3甲)；地形高低起伏，地勢高處無障礙物、視野開闊，地勢低處有地形阻擋、視線受阻(見圖3乙)。考慮大氣因素，地表有大氣層比無大氣層日出早、日落晚。原因是：若地表無大氣層，由于太陽光是沿直線傳播的，地球上M點的人在太陽到達S點(地平線)時看到日出、日落；若地表有大氣層，由于大氣對太陽光的折射作用，地球上M點的人在太陽到達S′點(在地平線以下)時看到日出、日落(見圖3丙)。因此，根據地勢和大氣可以判斷日出、日落早晚(見圖3)。

圖3 地勢和大氣對日出、日落早晚的影響示意圖

【例2】2018年國慶長假期間，某中學研究性學習小組赴我國東南某地進行野外考察，圖4是該小組考察區域的等高線地形圖。

圖4 某小組考察區域的等高線地形圖

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】由題意可知，國慶長假期間，太陽直射南半球，該區域位于我國東南部，應日出于東南方向。由圖4可知，甲地、丁地東南方向均有山頂或山脊阻擋視線，看到日出時間較晚；丙地東南方向雖然沒有山頂或山脊阻擋視線，但是海拔較低，看到日出時間也較晚；乙地位于山頂，四地中海拔最高，沒有地形阻擋視線，看到日出時間最早。故選B選項。

二、日出、日落時間的計算方法

1.根據晝夜長短計算日出、日落時間

晝夜交替周期為1個太陽日=24小時。其中，白晝可以分為上午和下午，由日出到12時為上午，由12時到日落為下午，上午和下午關于12時對稱；黑夜可以分為上半夜和下半夜，由日落到0時(或24時)為上半夜，由0時(或24時)到日出為下半夜，上半夜和下半夜關于0時(或24時)對稱。由此可知，日出時間+日落時間=24時，日出時間=12-晝長/2=夜長/2，日落時間=12+晝長/2=24-夜長/2，公式中的日出、日落時間均為當地的地方時。因此，根據晝夜長短可以計算日出、日落時間(見圖5)。

圖5 晝夜交替周期示意圖

【拓展】晝夜長短計算的對稱規律：①根據緯度對稱性的特點計算，關于赤道對稱的兩條緯線，一條緯線上的晝長等于另一條緯線上的夜長；②根據日期對稱性的特點計算，一年中同一地點關于二至日對稱的兩個日期晝夜長短狀況相同，關于二分日對稱的兩個日期晝夜長短狀況相反。

【例3】對跖點是地球同一直徑的兩個端點。已知M地(20°S，70°W)與我國海口市是對跖點，M地一年中最大晝長為13時13分。

由此可知，海口市夏至日的日出時間是

( )

A.6時36分30秒 B.7時12分30秒

C.5時23分30秒 D.4時09分30秒

【答案】C

【解析】由題意可知，M地與海口是對跖點，即M地地理坐標是(20°S，70°W)、海口地理坐標是(20°N，110°E)。M地與海口位于關于赤道對稱的兩條緯線上，同一日期這兩個地方晝夜長短相反，因此，海口夏至日的晝長與M地夏至日的夜長相等；夏至日與冬至日是關于二分日對稱的兩個日期，同一地點這兩個日期晝夜長短相反，因此，M地夏至日的夜長與M地冬至日的晝長相等；海口夏至日的晝長與M地冬至日的晝長相等。由題意可知，M地位于南半球，一年中最大晝長13時13分應在冬至日，即M地冬至日的晝長為13時13分，因此海口夏至日的晝長為13時13分、日出時間為5時23分30秒。故選C選項。

2.根據晨昏線地方時計算日出、日落時間

日出時間是所在緯線與晨線交點的地方時，日落時間是所在緯線與昏線交點的地方時，同一緯線各地晝夜長短狀況相同，日出、日落時間相同。地方時的計算方法是：第一，定已知點。已知點就是既知道經度又知道地方時的點，為計算未知點的地方時作參照點。第二，定經度差。經度差就是未知點與已知點的經度差，遵循“同經相減、異經相加”原則。第三，定時差。時差就是未知點與已知點的地方時差，經度差15°則地方時差1小時，經度差1°則地方時差4分鐘。第四，定方向。方向就是未知點與已知點的相對東西方向，兩點均是東經則度數大的在東邊，兩點均是西經則度數大的在西邊，一點是東經而另一點是西經則東經在東、西經在西。第五，定地方時。地方時就是所求的未知點的地方時，將已知點的地方時加上或減去兩點時差，遵循“東早西晚、東加西減”的原則。因此，根據晨昏線地方時可以計算日出、日落時間(見圖6)。

圖6 畫數軸計算地方時示意圖

【拓展】①光照圖中的已知點。晝半球中央經線地方時為12時，夜半球中央經線地方時為0時或24時，晨線與赤道交點地方時為6時，昏線與赤道交點地方時為18時，晨昏線與極晝圈切點地方時為0時或24時，晨昏線與極夜圈切點地方時為12時，太陽直射點地方時為12時。②特殊的日出、日落時間。赤道上全年晝夜平分，全年日出為6時、日落為18時；二分日全球晝夜平分，全球日出為6時、日落為18時；極圈內極夜后首次日出的日出為12時，極晝后首次日落的日落為0時或24時。

【例4】圖7是某日地球光照圖。

圖7 某日地球光照圖

甲地日出時間和乙地日落時間分別是

( )

A.4時、20時 B.10時、20時

C.4時、14時 D.10時、14時

【答案】C

【解析】由圖7可知，晨線與赤道交點的經度為150°E、地方時為6時，甲地、乙地的經度分別為120°E、150°W，可求得此時甲地、乙地的地方時分別為4時、10時；甲地、乙地均位于晨線上，晨線上的地方時就是該地的日出時間，可判斷甲地、乙地的日出時間分別為4時、10時，進一步可求得乙地的日落時間是14時。故選C選項。

三、日出、日落方位的判斷方法

1.根據太陽直射點位置判斷晝夜交替地區的日出、日落方位

太陽直射點位置決定晝夜交替地區的日出、日落方位，太陽直射哪個半球，太陽就東偏哪個方向升起、西偏哪個方向落下。具體而言，太陽直射北半球，則晝夜交替地區日出于東北、日落于西北(見圖8甲)；太陽直射赤道，則全球日出于正東、日落于正西(見圖8乙)(極點除外)；太陽直射南半球，則晝夜交替地區日出于東南、日落于西南(見圖8丙)。因此，根據太陽直射點位置可以判斷晝夜交替地區的日出、日落方位(見圖8)。

甲

乙

丙

【例5】圖9是地球公轉線速度變化圖。

圖9 地球公轉線速度變化圖

當地球公轉線速度為N時，該日河南省沁陽市第一中學的日出、日落方位分別是

( )

A.東北、西北 B.東南、西南

C.東北、西南 D.東南、西北

【答案】A

【解析】由圖9可知，當地球公轉線速度為N時，一年中地球公轉速度最慢，地球位于公轉軌道上的遠日點附近，應為7月初；此時，太陽直射北半球，全球晝夜交替地區日出于東北方向、日落于西北方向，因此河南省沁陽市第一中學的日出、日落方位分別是東北、西北。故選A選項。

2.根據太陽直射點位置判斷極晝地區的日出、日落方位

太陽直射點位置決定極晝地區的日出、日落方位，太陽直射哪個半球，哪個半球的極點附近出現極晝現象，極晝地區(極點除外)0時(或24時)太陽就正什么方向升、正什么方向落。具體而言，太陽直射北半球，北極點附近出現極晝現象，則極晝地區(北極點除外)0時(或24時)太陽正北升、正北落(見圖10甲)；太陽直射赤道，全球無極晝極夜現象；太陽直射南半球，南極點附近出現極晝現象，則極晝地區(南極點除外)0時(或24時)太陽正南升、正南落(見圖10乙)。因此，根據太陽直射點位置可以判斷極晝地區的日出、日落方位(見圖10)。

圖10 極晝地區太陽視運動示意圖

【例6】圖11是某地(66°34′N，120°E)在一天24小時中太陽高度的變化示意圖。

圖11 北極圈上某地一天中太陽高度變化示意圖

在①時刻太陽位于該地的

( )

A.正東 B.正西 C.正南 D.正北

【答案】D

【解析】由題意可知，該地位于北極圈，出現了極晝現象，因此該日為夏至日(6月22日)，太陽直射北回歸線。由圖11可知，該地在①時刻太陽高度為0°，是一天中太陽高度的最小值，因此該地在①時刻的地方時為0時(或24時)。綜上所述，該地在①時刻太陽正北升、正北落，即太陽位于該地的正北方向。故選D選項。

四、日出、日落偏角的變化規律

日出偏角是指日出時刻太陽方位與正東方向的夾角(見圖12中的α)，日落偏角是指日落時刻太陽方位與正西方向的夾角(見圖12中的β)，由對稱規律可知日出偏角(α)與日落偏角(β)相等。

圖12 夏至日北半球某地日出、日落偏角示意圖

1.根據日期判斷日出、日落偏角的變化規律

由于黃赤交角的存在，太陽直射點在南、北回歸線之間來回移動，使得同一緯度不同日期日出、日落偏角不同。二分日日出、日落偏角最小(0°)，即日出于正東、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，不同緯度偏角最大值不同；由春分日→夏至日→秋分日→冬至日→春分日，日出、日落偏角變化依次為向北偏角增大、向北偏角減小、向南偏角增大、向南偏角減小。因此，根據日期可以判斷日出、日落偏角的變化規律，日出、日落偏角與太陽直射點緯度呈正相關。

【拓展】列表說明北京(39°54′N)在不同節氣的日出、日落偏角的變化(見表1)。

表1

【例7】圖13為嫦娥五號11個重大任務流程示意圖。

圖13 嫦娥五號11個重大任務流程示意圖

在嫦娥五號成功發射到返回器安全著陸期間，海南文昌的日落偏角變化規律是

( )

A.西偏南逐漸變大

B.西偏南逐漸變小

C.西偏南先變大后變小

D.西偏南先變小后變大

【答案】A

【解析】由圖13可知，嫦娥五號2020年11月24日4時30分成功發射，12月17日1時59分返回器安全著陸。在此時間段內太陽直射南半球，海南文昌日出于東南、日落于西南；太陽直射點由赤道向南回歸線移動，海南文昌日出、日落偏角逐漸變大。因此，海南文昌的日落偏角變化規律是西偏南逐漸變大。故選A選項。

2.根據緯度判斷日出、日落偏角的變化規律

由于黃赤交角的存在，太陽直射點在南、北回歸線之間來回移動，使得同一日期不同緯度日出、日落偏角不同。赤道上日出、日落偏角最小，等于太陽直射點緯度；極晝圈和極夜圈日出、日落偏角最大(90°)，即太陽直射北半球時日出于正北、日落于正北，太陽直射南半球時日出于正南、日落于正南；由赤道向極晝圈和極夜圈隨緯度的增加，日出、日落偏角逐漸增大。因此，根據緯度可以判斷日出、日落偏角的變化規律，日出、日落偏角與觀察點緯度呈正相關。

【拓展】列表說明二至日在不同緯度的日出、日落偏角的變化(見表2)。

表2

【例8】泰山玉皇頂(36°16′N，117°06′E)觀日出是泰山旅游的一個重要項目。圖14是四地二分二至日日出偏角與正午太陽高度關系圖。

圖14 四地二分二至日日出偏角與正午太陽高度關系圖

推斷夏至日泰山玉泉頂日出偏角應在

( )

A.東偏北23°26′以下

B.東偏北23°26′～25°42′

C.東偏北25°42′～31°16′

D.東偏北31°16′以上

【答案】C

【解析】由圖14可知，①的二分日正午太陽高度為90°，應位于赤道；②的夏至日正午太陽高度為90°，應位于北回歸線；③的二分日正午太陽高度為50°，且夏至日正午太陽高度大于冬至日，應位于40°N；④的夏至日正午太陽高度為0°，應位于南極圈。因此，泰山玉皇頂(36°16′N)的緯度介于②③之間。由圖14可知，夏至日②的日出偏角為東偏北25°42′，③的日出偏角為東偏北36°16′；由日出、日落偏角的變化規律可知，同一日期日出、日落偏角與觀察點緯度正相關，夏至日泰山玉泉頂日出、日落偏角應介于②③之間。因此，夏至日泰山玉皇頂的日出偏角為東偏北25°42′～31°16′。故選C選項。

在地理學科中，日出、日落是一個非常重要的自然地理現象，它與人類的生產和生活息息相關，因此，我們必須熟練掌握日出、日落問題的解答方法，上述方法有時還可以混搭使用。日出、日落問題的解答要結合試題的圖文信息，聯系所學的地理知識，從多層次、多方位、多維度進行綜合分析。