太阳运行轨迹图的绘制、解读、应用

云南省通海县第一中学（652700） 沈洪健

太阳运行轨迹图的绘制、解读、应用

云南省通海县第一中学（652700） 沈洪健

太阳运行轨迹图是以观测者所在地为中心，太阳在天空运行的轨迹示意图，是地球自转的结果。太阳在天空中的运行影响着人们的生产生活，古人的日晷计时，当今的太阳能利用，无不体现太阳运行知识的重要性。因为缺乏空间想象能力，太阳视运行对于高中学生而言较难理解，以往的中学地理教材对此内容几乎是空白，而地理新课程中已大量应用于探究实践活动中，且近些年高考中对太阳视运动已有一定的要求。学会绘制太阳运行轨迹图就能深刻理解天体的周日视运行规律，深入解读太阳运行轨迹图将使我们能更好地利用太阳辐射来生活和工作。

一、太阳运行轨迹图绘制

1. 北纬θ和南纬φ太阳运行轨迹图的绘制

（1）以观测点O为中心绘制地平面和“天穹”，标出东、南、西、北四方位及天顶。

（2）作该地纬度：以观测点O为中心从正北升起角度θ为北纬θ（M即是北极星位置）、从正南升起角度φ为南纬φ（m即是南天极位置）。

（3）因春秋分正午太阳高度与当地纬度互余，过O作OM(om)的垂线可得春秋分日正午太阳位置，该位置与正东、正西三点连成弧线即为春秋分日太阳运行轨迹，太阳正东升正西落。

（4）在春秋分日正午太阳位置南北两侧各23°26′处，标出冬至（南侧）、夏至（北侧）日正午太阳位置，据冬、夏至日正午太阳位置，作平行于春秋分日太阳运行轨迹，即得冬、夏至日太阳运行轨迹，其他日期太阳运行轨迹介于冬、夏至日间。

2. 南北极、南北极圈、南北回归线、赤道处的太阳运行轨迹图

二、太阳运行轨迹图解读

1. 方位判断（东、南、西、北）

（1）北天极（北极星）所在方位是正北；南天极所在方位是正南。

（2）太阳运行轨迹与地面平行，顺时针运行则是北极点，四面是南方；逆时针运行则是南极点，四面是北方。

（3）太阳最高(最低)方位不是正南就是正北，太阳上升方为东方、下降方为西方。

（4）北回归线以北太阳运行轨迹最高点倾向方位是正南方，南回归线以南太阳运行轨迹最高点倾向方位是正北方。

2. 所处半球确定（南、北半球）

（1）太阳运行轨迹面与地面垂直的是赤道；太阳运行轨迹面倾向南的是北半球,倾向北的是南半球。

（2）太阳轨迹运行方向顺时针（观察者看太阳从左到右运行）是北半球，逆时针（观察者看太阳从右到左运行）是南半球。

3. 当地纬度确定

（1）太阳运行轨迹面与地面垂直是赤道，与地面平行是南、北极点。

（2）北天极（北极星）的高度（∠1）。

（3）春秋分时正午太阳高度（∠2）的余角。

（4）太阳运行轨迹面与地面夹角（∠2或∠3）的余角。

4. 昼夜长短与大致季节判读

（1）日出日落在正东正西方为春秋分，日出日落偏南近冬至（12．22），偏北近夏至（6．22）。

（2）太阳运行轨迹在春秋分轨迹之上，昼长夜短为当地夏半年。

（3）太阳运行轨迹在春秋分轨迹之下，昼短夜长为当地冬半年。

（4）太阳运行轨迹与地面垂直是赤道，全年昼夜平分。

5. 日出、日落方位变化规律

（1）春秋分日：太阳正东升正西落。

（2）春分日至秋分日间：太阳东北升西北落。

同一天纬度越高越偏北，同一纬度越近夏至越偏北；极昼地区正北升正北落；北极点终日太阳高度不变无升落。

（3）秋分日至春分日间：太阳东南升西南落。

同一天纬度越高越偏南，同一纬度越近冬至越偏南；极昼地区正南升正南落；南极点终日太阳高度不变无升落。

6. 日出、日落地方时变化规律

（1）春秋分日：太阳6时升、18时落。

（2）当地夏季：太阳早于6时升、晚于18时落。

同一天纬度越高；同一纬度北半球越近夏至、南半球越近冬至→则太阳升得更早、落得更晚；极昼地区太阳终日不落。

（3）当地冬季：太阳晚于6时升、早于18时落。

同一纬度北半球越近冬至→则太阳升得更晚、落得更早；极夜地区太阳终日不见。

7. 地方时时刻与太阳方位

要知道不同时刻太阳方位，或者知道太阳在运行轨迹中的位置求地方时。以下图为例：要得知不同日期太阳在A、B位置时的地方时，只需完整绘出太阳运行轨迹，太阳位于上中天时地方时为12时，太阳位于下中天时为0时，上升轨迹中点为6时，下降轨迹中点为18时，以24小时等分该运行轨迹，即可得出太阳位于A位置时地方时大致为14时，太阳位于B位置时地方时大致为6时。反之确定不同时刻太阳方位同理。

8. 太阳高度日变化

（1）同一纬度，当地夏半年太阳高度日变幅大，当地冬半年太阳高度日变幅小。

（2）同一季节，纬度越高太阳运行轨迹面与地面的夹角越小，太阳高度日变化幅度越小，南北极点太阳高度终日不变。

（3）赤道处春秋分日太阳高度日变幅最大，在冬夏至日最小。

9. 正午太阳位置及高度年变化

（1）北极、北极圈、北回归线、赤道处的正午太阳位置年变化

（2）纬度为θ的正午太阳高度年变化幅度a．热带地区为：23°26′＋θ

b．温带地区为：46°52′

c．寒带地区为：90°－θ＋23°26′

三、太阳运行轨迹图的应用

例1 【2006年高考天津卷】我国科学家从a地出发到b、c、d三地考察（图中标注的是经纬度位置和抵达时的北京时间），在d地观察太阳，观察时间（当地时间）与太阳所在方向组合正确的是（ ）

A. 3∶00东北方 B. 8∶00西南方

C.15∶00西北方 D.19∶00东南方

解析 d地纬度为南纬62°，按所讲方法绘出12月18日时的太阳运行轨迹图轨迹图（下图），即可得出当地时间太阳所在方向，3:00太阳位于东南方，8:00太阳位于东北方，15:00太阳位于西北方，19:00太阳位于西南方。

【答案 C 】

例2 某夏令营7月10日在泰山地区进行旅游考察活动，活动中有一地图（下左图），据此回答1～2题。

(1).北京时间10∶00，阳光恰好从旅行车左前方射入车内，此时旅行车行驶的方向大致

A.向南 B.向西 C.向北 D.向东

(2).7月10日这天，若营员看到日落时太阳在正西方向，则营员当时最可能位于图中①、②、③、④位置的哪一点

A.① B.② C.③ D.④

解析 泰山地区纬度大致为北纬35°，可绘出该地太阳运行轨迹图（上右图），7月10日这天太阳运行轨迹介于春秋分与夏至之间，北京时间10:00时太阳位于东南方，阳光从旅行车左前方射入说明旅行车大致向南行驶。如果地面平坦该日太阳将落于西北方，落于正西方说明正西方有山而使太阳提前落于山后。

【答案 (1)．A (2)．C 】

例3 下图中①②③④四个小图表示二至日地球表面四个不同地点旗杆影子端点在一天中位置的连线。其中坐标的原点表示旗杆的位置。读图回答9～10题。

(1)．表示北半球夏至日的图形是

A．① B．② C．③ D．④

(2)．图中四地从南到北排序正确的是

A．①②③④ B．②①④③

C．②③①④ D．④②③①

解析 旗杆影子端点以坐标原点对应的反方向是太阳所在方位，影子的长短与太阳高度成反比，以坐标原点为中心的天穹图中对应找出影子最长和最短时的位置，即最低和最高太阳位置，按东方为太阳上升方，西方为太阳下降方，绘出太阳运行轨迹图（下图）。

③图太阳运行轨迹顺时针为北半球，①②④图逆时针为南半球；①②④图太阳东南（南）升、西南（南）落是冬至，③图东北升、西北落是夏至；冬至日南回归线以南地区正午太阳位于正北方，以北地区正午太阳位于正南方，南回归线上正午太阳位于天顶；夏至日北回归线以北地区正午太阳位于正南方，以南地区正午太阳位于正北方，北回归线上正午太阳位于天顶；太阳终日不落的是寒带地区。

综上所述：①地纬度介于南极圈～南回归线之间，②地纬度介于南极圈～南极之间，③地纬度介于北极圈～北回归线之间，④地位于南回归线上。

【答案 (1)．C (2)．B 】

四、值得注意的几个误区

1. 根据杆影分布区比例确定昼长的误区

下左图为A地某日2米长的竹竿在地平面上的日影图，AD、AC、AB分别表示日出、正午、日落时的日影，AB与EW的夹角为20°，A地这一天的昼长是多少？

【命题者观点】昼长=24×140°/360°小时=9小时20分

误区分析 命题者观点为日出到日落有杆影时期都是白昼，其扫过角度所占圆周的比例时段(24小时×140°/360°)即为昼长。而仅仅由右上图，太阳直射北纬20°时赤道地区太阳运行轨迹图，其影子分布范围角度也是140°，按理其昼长也是9小时20分，但赤道处的昼长全年皆是12小时，足可说明其观点的错误。

只有太阳运行轨迹面与地面平行，太阳移动角速度才与杆影移动角速度相同，命题者的观点才正确，该方法纬度越低误差越大。古代的日晷把盘面的安装角度设计为当地纬度的余角，使盘面与太阳运行轨迹面平行，于是晷针影子在日晷盘面上的移动角速度与太阳运行角速度相同，其扫过的角度所占圆周比例即为昼长。该题如果改为日晷盘面上的晷针日影图，计算结果就对了。

2. 太阳直射点纬度、当地纬度判读误区

【某参考书观点】左下图为北半球某地太阳运行轨迹图，从图中可以看出太阳在地平圈以上的运行时间短于在地平圈以下的时间，说明太阳直射在南半球，日落点和正东正西连线的交角为20°，说明太阳直射点位于南纬20°，由该地正午太阳高度为40°和太阳直射南纬20°两个条件可算出当地的纬度。