从《南极之恋》中解读极昼区太阳高度角问题

石俊枫

摘要：太阳高度角在整个高中地理知识中，是学习、理解最困难的知识点之一，对学生能力要求高，学习正午太阳高度角和午夜太阳高度角，可以培养学生收集处理信息的能力，获取新知识的能力，分析解决问题的能力，交流合作的能力。

关键词：极昼;午夜太阳高度;太阳直射点移动规律

2018年2月2日，中国大陆上映了一部灾难爱情片《南极之恋》，该片是我国首部亲临南极洲拍摄的电影，该片改编自吴有音创作的同名长篇小说，讲述了一对本该“绝缘”的男女在一次意外事故后被迫滞留南极的故事。

故事背景：影片中男主角叫吴富春，婚庆公司经理 、土豪;故事的女主角叫荆如意，高空物理专业、学霸。影片中的男女主人公搭乘飞机从智利篷塔前往南极大陆，当飞机接近南极大陆时，突遇气旋，机长难于控制飞机，最终只能紧急迫降，坠机。机长及荆如意随从牺牲，荆如意和吴富春幸存。

既然是首部在南极实景拍摄的电影，难免涉及许多地理知识，其中最难点的知识为如何在南极极昼区辨别太阳方向及计算太阳高度角。在电影《南极之恋》中，荆如意认为：“南极极昼的时候，太阳是从南方升起的，南极极昼的时候，太阳是不会落下的，正午时，太阳在正北方，高度角最大，然后向西北方向偏，继而向东南方向移动，高度角变小，到午夜太阳在正南，高度角最小。”

那真实状态下南极极昼时期的日出日落以及太阳移动方向是否如电影里面描述的一样呢？我们来分析分析：

结合所学知识，我们知道南极圈出现极昼的时间大约是12月22日到次年的6月22日，12月22日晨昏圈刚好和南极圈相切，南极圈成为出现极昼现象最低纬度的地方，此时南极圈上与晨昏圈相切的地方其太阳视运动是如何移动的呢？

此时，南极圈全天24小时内太阳高度角最低值为0°，当地地方时0时，太阳视运动轨迹与地平圈相切，太阳高度最大值即正午太阳高度角，其大小为太阳直射点纬度数的2倍。例如，12月22日，南极圈正午太阳高度角为47°，刚好为南回归线度数的2倍。

从上图3.12月22日太阳直射示意图可以看出，红色箭头表示阳光，倾斜的黑色线条为晨线，A点即晨昏圈与南极圈的切点，以A点为原点作方向坐标，平移阳光线条，发现阳光与A点所在经线平行，经线指示南北，即A点日出方向为正南，同理，A点日落方向也是正南。

再来推断极昼时期内，太阳周日视运动轨迹移动规律，从上述所知南极极昼时太阳从正南升起，不会落下，它在天上转圈，正午时太阳在正北方，高度角最大，然后向西北方偏，继而向西南方移动，高度角变小，到午夜，太阳在正南，高度角最小。电影里面荆如意将继而向西南说成了东南，这也是该电影的一个缺憾吧，有缺憾的电影才是常态化的电影！

除正午太阳高度角计算公式外，极昼地区还涉及到午夜太阳高度角问题，午夜太阳高度即0时太阳高度，只有在极昼圈及其以内才会有午夜太阳高度，如下图所示：

午夜太阳高度的计算公式推导过程如下：

假设北半球点P在北极圈及其以北地区，太阳直射点在赤道和北回归线之间，此时P点出现极昼现象（如图5）

在上图中太阳光线是平行照射地球的，MR为P点的地平圈，PK为P点所在纬线的延长线，MO为赤道的延长线，N、S为两极点;H0为P点午夜太阳高度角，即∠LPR。在上图中由于太阳光线平行，PK与赤道面平行，所以∠LPK=δ，∠RPK=∠RMO，又因为在RT△OPM中∠RMO=900-φ，所以，H0=∠LPR=δ-（90°-φ），即H0=δ+φ-90°

對于该公式用地理术语来表达为：极昼地点午夜太阳高度为该点地理纬度与直射点纬度之和与90°的差。即H夜=δ+φ-90°

参考文献：

[1] 程琳.从地理视角解读电影《南极之恋》[J].中学地理教学参考，2018（13）.

[2] 陶杰.如何学习正午太阳高度角[J].科学咨询（科技·管理），2017（05）.

（作者单位：湖北省武汉市湖北大学）