张月琴
[摘要]地球这个球体具有高度的对称性,具体表现在空间对称、时间对称和特殊对称。利用其对称性可巧解一些地理习题。
[关键词]地理学科 地球 对称
[中图分类号] G633.55 [文献标识码] A [文章编号] 16746058(2015)070120
地理学研究的主体是人地关系,可以说地理问题主要发生的区域都在我们人类赖以生存的地球上,而地球这个球体具有高度的对称性,利用它的基本特性可以巧解一些地理习题。笔者经过研究,发现不少的地理习题都可以用对称的原理来解决,既快又准确。现将这方面所得整理成文,供大家共同研究和参考。
一、空间对称
1.南北对称。地球以赤道为对称轴,基本上是南北对称的,根据南北对称,有一些地理习题是可以简单地解决的。例如,南北半球同纬度的地方线速度是相同的,主要是因为在一个恒星日内,同纬度质点运动的轨迹周长是相等的。另外,在不同半球但纬度相同的两地,两地的昼长是分别和对方的夜长相等的。又如,利用对称性可以巧解太阳高度角的习题。太阳高度从太阳直射点向南北两侧递减,根据对称性可以知道,距离直射点弧度相等的点的太阳高度是相等的。另外也可以得到,从晨昏线开始向直射点方向,弧度和太阳高度是相等的,从90度即从直射点开始,弧度和太阳高度之和是90度。
2.东西对称。地球是一个球体,自从有了经纬度后,就有了地球上的一些事物的东西对称性。例如,经度即是从0度开始分别向东向西各180度,这就是一种对称性的体现。我们可以根据对称性来解决一些地理问题。例如,相隔180度的任意两点的经度数之和是180度,东西经度名称相反,其实这也是对称性的一种体现形式。地方时的计算也可以用对称性来巧解,太阳高度90度所在的经线的地方时是12点,从这一点向东向西经度相差相同的点的地方时差值是相同的,不过一个是上午,一个是下午。又如中纬度地区,从大陆东西两岸到中部的自然带是对称的,主要是从森林到草原再到荒漠的对称。例如,亚欧大陆的中纬度地区,从东岸或西岸到大陆中部,陆地自然带呈现由温带落叶阔叶林带、温带草原带到温带荒漠带的变化。
3.斜对称。有的情况下,地理因素是很复杂的,标准的南北对称和东西对称并不多见,更多的是斜对称。例如,大范围的降水和风力气压场的分布可能就是斜对称。又如太阳高度的分布,是以直射点为中心向外递减,可以画出很多的等太阳高度角线,它上面不少点的太阳高度对称是不规则的斜对称。
二、时间对称
有不少的地理事物有时间上的对称,例如大洋岩石的年龄从大洋中脊向两边年龄越来越老。背斜和向斜的岩层分别以中心和槽部为轴线向两边形状对称,另外岩层的年龄也是对称的。
三、特殊对称
区位的空间对称如城市功能区的划分是一种特殊对称。人文地理因素有不少分布是有规律的,从山麓到山顶,自然带的分布具有对称规律,而且布局农业生产的时候也是可以考虑到这种对称性的。在山麓平原,地势较平坦,土层深厚,土壤肥沃,一般布局种植业。缓坡布局经济林类,陡坡布局林业。找到了这种对称性,学生在解题的时候就能根据对称性规律很快找到解题规律,甚至可以举一反三。又如,城市功能分区中也可能有一些对称的规律,中心商务区(CBD)向外是住宅区,再向外是工业区,这也是一种对称。再如,植物叶子的对称和不对称。有的植物叶子是对称的,但是在特殊的环境中生长的植物叶子还有不对称性,我们可以把不对称性称为对称性的一种特例。向阳的地方叶子多一些,风向作用可能形成旗形树冠。
100多年前,德国科学家魏格纳发现大西洋两岸轮廓具有对称性,假想非洲大陆和美洲大陆以前是连在一起的。通过调查研究,从古生物化石、地层构造等方面找到了一些大西洋两岸相同或相吻合的证据,提出了大陆漂移学说。我国著名地质学家、中科院院士位梦华经过研究,发现北冰洋面积基本与南极洲面积相等,通过进一步研究,发现如果把南极洲削平,放进北冰洋里,则把北冰洋填满。地球最高峰珠穆朗玛峰高达8844.43米,扣除外力作用因素,应与世界最深的海沟马里亚纳海沟深度相等。以上例子都是特殊对称的体现。
实际上,还有很多地理事物成对称分布。例如,中国地形,以秦岭、昆仑山为对称轴,山脉成对称分布:北有贺兰山,南有横断山脉;北有阴山,南有南岭;北有阿尔泰山,南有喜马拉雅山。美国墨西哥湾位于90°W,孟加拉湾位于90°E,美国有著名城市奥尔良,孟加拉国有大城市达卡,这两个地区都是大型的油气产区。以180°经线为对称轴,美国西海岸的一些城市与中国的城市大致成对称分布。例如,“硅谷”旧金山与我国的青岛,圣迭戈与上海。美国西部以新兴工业为主,而我国东部是传统工业基地,又有一些新的经济增长点。中国的产业结构也具有对称性,以长江沿岸沪宁杭经济区为对称轴,北有环渤海经济区,南有珠三角经济区。
有关地理事物对称性的例子不胜枚举。地理要素的分布虽然有规律可言,但是也是很复杂的,地理学研究总结出来的地带性规律和非地带性规律就是很好的证明。因笔者水平和能力有限,本文难免有一些有待商榷的地方,希望能得到同行的指正。
(责任编辑 周侯辰)