利用光照简图 巧说太阳方位

王霞

太阳东升西落，这在地球人看来是一个常识，在日常生活中往往也是根据日出日落方位来辨别方向。然而，严格地说，仅把太阳的升落地点作为地平面正东正西方向的判断标准，这显然是不准确的。因为在地球表面，同一纬度的不同季节，或同一季节不同纬度，太阳在地平线上升落的地点均会发生明显变化。以40°N地区为例（图1），除春秋分两日太阳在全球各地都从正东方升起正西方落下外，其它日期都不是在固定的正东点和正西点。如在夏至日时，太阳在东北方升起，在西北方落下，对此学生往往百思不得其解：明明太阳只能直射在回归线之间，太阳应始终位于40°N以南地区，怎么可能太阳会跑到40°N以北的地方升起？

为了解答学生的疑难，笔者在教学实践中运用学生熟知的光照简图，同时结合他们的日常观察实践，化难为易巧说太阳方位，取得了很好的效果。

所谓太阳方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，以正南方向为0°，由南向西为正数，向东为负数，至正北方向为正负180°。而高中地理中所说的太阳方位为简化起见，不是用角度表示，而是用东西南北方向来表示的。为此，必须首先确定以观察者为中心的方向判别：经线确定南北方向，纬线确定东西方向，与地面垂直向上的方向为天顶。

一、正午太阳方位

正午时，太阳直射点与观察者位于同一条经线上，此时两者之间只存在南北方向，不存在东西方向。观察图2夏至日太阳光照图可以看出：在北回归线上，太阳光线与当地地平面垂直，即太阳位于观察者头顶；在北回归线以北地区太阳都位于南方；在北回归线以南地区太阳都位于北方；在南极圈上，正午时太阳与地平面的夹角为0°，即太阳根本就没能升起，此时发生了极夜现象。由此可以推导出正午太阳方位的普遍规律。

（1）太阳直射地区，正午太阳在正上方，即头顶。

（2）太阳直射点以北地区，正午太阳在南方。

（3）太阳直射点以南地区，正午太阳在北方。

由于太阳直射点只能在南北回归线之间来回移动，所以北回归线以北的地区，正午时太阳始终在南方，而南回归线以南的地区，正午时太阳始终在北方。

进一步观察图2还可以直观地看出，距离直射点越远，太阳光线与地平面的夹角越小，即正午太阳高度角越小。通过图3、图4，结合学生初中时所学的几何知识，可以准确地推导出任一纬度（ψ）正午太阳高度角（H）与直射点纬度的数量关系：即H=90°-纬距（即直射点与所求地的纬度差距）。如图3，某纬度（ψ）与直射点（δ）位于不同半球，它们的纬度差距是ψ+δ，此时H=90°-（ψ+δ）；图4中，某纬度（ψ）与直射点（δ）位于相同半球，它们的纬度差距是|ψ-δ|，此时H=90°-|ψ-δ|

二、日出日落太阳方位

晨昏线上太阳的高度角为0°，可以表示日出、日落方位和时间。图5表示夏至日全球日出日落方位，从图上可以看出夏至日这一天太阳光线的方向（代表太阳升落的方向）与纬线方向（代表东西方向）并不平行，而是呈一夹角，太阳光线出现在偏北方位，即太阳升落方位不为正东、正西方位，而是在偏北的方位升落，并且与赤道的纬距越大偏北的角度越大，到南北极圈正好为正北升落，出现极昼极夜现象。由此也可以看出，只要太阳直射点在北半球，日出、日落时的太阳光线都出现在偏北方位，即太阳是从东北方向升起，在西北方向降落。出现极昼现象的地区，太阳从正北方向升起，然后太阳高度逐渐升高，至中午12点时到达正南的天空，此时太阳高度角达到最大，然后太阳高度逐渐降低，至正北方向太阳高度达到最小；出现极夜的地区太阳在中午12点时在正北方向起落，即没有出地平线就落了下去。

同样可以从冬至太阳光照图（图6）得出，太阳升落方位并不与纬线平行，即不为东西方位，而是偏南升落，同样与赤道的纬距越大偏南的角度越大，到南北极圈正好为正南升落，出现极昼极夜现象。由此可以看出，只要太阳直射点在南半球，日出日落时的太阳光线都是出现在偏南方位，即太阳是从东南方向升起，从西南方向降落；出现极昼极夜的地区，太阳从正南方向升降。

只有在春秋分日时，太阳光线与纬线平行，太阳升落在正东和正西方位。

由此可以总结得出如下规律。

（1）太阳直射北半球，全球太阳从东偏北升起，西偏北落下；太阳直射南半球，全球太阳从东偏南升起，西偏南落下。

（2）纬度越高的地区，升落越偏北或偏南，到极昼极夜处成正北或正南升落。

（3）春秋分两日，全球太阳从正东升起，正西落下。