揭开太阳方位角的神秘面纱

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  2014年高考全国新课标卷Ⅱ和江苏卷的选择题中分别涉及日出方位角和日出方位,然而高中地理教材中根本就没有这部分内容,很多考生对这部分知识知之甚少,在此笔者利用太阳周日视运动轨迹图,来揭开日出日落方位角的神秘面纱。
  太阳方位角
  太阳在某个时刻的入射方向垂直投影在当地的地平面上,投影后的太阳入射方向与地平面正北方向的夹角为该时刻的太阳方位角。图1以40°N某地为例,说明太阳方位角的计算过程。在夏至日太阳周日视运动轨迹图(A曲线)上选取D、H两点,做出太阳光线(指向观测点O),对应做出D、H两点在地平面的垂直投影点F、I, 过F、I两点分别连接O点,做出太阳光线在地平面上的投影OF、OI,自N点顺时针方向算起,∠NOF、∠NOI分别为D、H两点的太阳方位角。
  对我国大部分区域(北回归线以北地区,无太阳直射机会,正午时刻太阳始终位于正南)而言,早上的太阳方位角在90°左右(一年中在一定的范围内变化),正午的太阳方位角为180°(正南方),傍晚的太阳方位角在270°左右(一年中在一定的范围内变化)。
  由于地球自西向东自转,太阳东升西落,日出、日落方位角是指日出、日落点分别相对于正东、正西的偏角。太阳升落地平面的方位和角度随季节和纬度而发生变化。以北京(39°54′N)为例,说明同一地点日出、日落方位角随季节的变化情况(见表1)。
  由表1可以看出,对同一个地方而言,从春分日到夏至日,或从秋分日到冬至日,随着太阳直射点纬度的增高,日出、日落方位角逐渐增大;从夏至日到秋分日,或从冬至日到春分日,随着太阳直射点纬度的降低,日出、日落方位角逐渐减小;当太阳直射同一条纬线时(如春分日和秋分日),同一地点的日出、日落方位相同,日出、日落方位角相等。
  由表2可知,二分日全球各地的日出方位角都为正东0°,日落方位角都为正西0°;二至日晨昏线与极圈相切,极圈上的日出、日落方位角均为90°(最大);二至日在与晨昏线相切的南北两条纬线之间,纬度越高,日出、日落的方位角越大;夏至日晨昏线与极圈相切,有极昼的地方太阳从正北升起,从正北落下,冬至日晨昏线与极圈相切,有极昼的地方太阳从正南升起,从正南落下;太阳直射的纬度(南北半球)相同,同一个地方的日出、日落方位角相等。总之,在同一天,日出、日落方位角在无极昼和极夜的范围内,纬度越高,日出、日落方位角越大,即由赤道(日出、日落方位角大小等于该日太阳直射点的纬度)向与晨昏线相切的纬线递增;同一天,南北半球纬度相同的地方,日出、日落方位角大小相等。
  典例 (2014年全国新课标卷Ⅱ) 总部位于江苏徐州(约34°N,117°E)的某企业承接了甲国(图2)价值7.446亿美元的工程机械订单。据此完成1~3题。
  1.甲国位于( )
  A.欧洲 B.非洲 C.北美洲 D.南美洲
  2.2011年6月21日,该订单的首批产品从徐州发货。这一日,徐州与甲国首都相比( )
  A.徐州的正午太阳高度较高
  B.徐州的白昼较短
  C.两地正午物影方向相同
  D.两地日出方位角相同
  3.该批产品运往甲国,最近的海上航线需经( )
  A.好望角 B.苏伊士运河
  C.巴拿马运河 D.麦哲伦海峡
  【思维导航】该题主要考查考生对经纬网图的空间定位能力,正午太阳高度、昼长和最短距离的计算能力,正午物影的定向能力,日出方位角大小的推断能力。
  1.D 由图2中的经纬网可知,甲国的经度范围为60°W向西到70°W,纬度范围为0°~10°N。由此可以推断,甲国位于南美洲。
  2.A 6月21日,太阳直射北回归线附近,徐州距离太阳直射点更近,因此正午太阳高度角更高(徐州
  的正午太阳高度为90°-(34°N-23°26′N)=79°26′,甲国首都的正午太阳高度为90°-(23°26′N-10°N)=76°34′)。6月21日,太阳直射北回归线附近,北半球纬度越高,昼越长夜越短。徐州和甲国首都位于北半球,且徐州位于甲国首都以北,白昼更长,所以B项错误。该日正午时,太阳直射点位于徐州的正南方,徐州正午物影朝正北,正午时太阳直射点位于甲国首都的正北方,其物影朝正南,所以C项错误。根据本文对同一天日出、日落方位角随纬度的变化规律的描述可得,即同一天在没有极昼、极夜的范围内,纬度越高,日出、日落的方位角越大,故D项表述也不正确。
  3.C 徐州(约34°N,117°E)与甲国首都(10°N,67°W)同位于北半球,从徐州向东到甲国首都的经度差=(180°-117°)+(180°-67°)=176°,为劣弧,距离短,因此最短航线应该向东航行穿越太平洋,经过巴拿马运河进入大西洋到达甲国。
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