地球運(yùn)動(dòng)及其地理意義

會(huì)計(jì)學(xué)1地球運(yùn)動(dòng)及其地理意義第一節(jié)地球運(yùn)動(dòng)的主要方式自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)月地繞轉(zhuǎn)地軸進(jìn)動(dòng)極移板塊運(yùn)動(dòng)第1頁(yè)/共47頁(yè)第二節(jié)地球自轉(zhuǎn)及其地理意義思考題1.如何證明地球的自轉(zhuǎn)?2.何謂地軸進(jìn)動(dòng)?其規(guī)律、成因與后果是什么？3.何謂極移現(xiàn)象？其規(guī)律、成因與后果是什么？第2頁(yè)/共47頁(yè)一、地球自轉(zhuǎn)的證明1.落體偏東現(xiàn)象:自由落體總是偏落在鉛垂線東側(cè)的現(xiàn)象。2.傅科擺偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象:（1）擺的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn):ABA'B'Ct東西②特點(diǎn)——擺動(dòng)周期長(zhǎng)速度慢（阻力?。瑧T性大維持時(shí)間長(zhǎng)，擺動(dòng)平面不受支架水平轉(zhuǎn)動(dòng)的牽連。（2）偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象：在北半球擺動(dòng)平面發(fā)生順時(shí)針偏轉(zhuǎn),南半球則相反。NCB=AA'>BB'東偏位移=AA'-BB'=CB'①結(jié)構(gòu)——重錘，長(zhǎng)鋼絲，萬(wàn)向節(jié)。第3頁(yè)/共47頁(yè)傅科擺及其懸掛裝置——萬(wàn)向節(jié)鋼絲長(zhǎng)67米錘重28公斤首次實(shí)驗(yàn)在巴黎保泰安教堂完成第4頁(yè)/共47頁(yè)第5頁(yè)/共47頁(yè)

擺的運(yùn)動(dòng)可以超然于地球的自轉(zhuǎn)，但懸掛擺的支架一般卻要帶動(dòng)它參與地球的自轉(zhuǎn)。為解決這一問(wèn)題，傅科采取了一種簡(jiǎn)單而巧妙的裝置－萬(wàn)向節(jié)（如圖），從而使擺動(dòng)平面超然于地球的自轉(zhuǎn)。

第6頁(yè)/共47頁(yè)2擺動(dòng)平面金屬擺錘鋼絲134小時(shí)

北半球擺面偏轉(zhuǎn)方向（2）偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象：在北半球擺動(dòng)平面發(fā)生順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，南半球則相反。第7頁(yè)/共47頁(yè)擺面偏轉(zhuǎn)的本質(zhì)是地球自轉(zhuǎn)第8頁(yè)/共47頁(yè)赤道無(wú)偏轉(zhuǎn)(3)解釋——說(shuō)明地球在自轉(zhuǎn)。第9頁(yè)/共47頁(yè)二、地球自轉(zhuǎn)的規(guī)律1、自轉(zhuǎn)的周期（1）恒星日

（23h56m）某恒星（或春分點(diǎn)）連續(xù)兩次上中天的時(shí)間間隔（真周期，地球自轉(zhuǎn)360°）。（2）太陽(yáng)日（均值24h

）日心連續(xù)兩次上中天的時(shí)間間隔（晝夜更替的周期，地球平均自轉(zhuǎn)360°59′

）

P161（3）太陰日（24h50m）月心連續(xù)兩次上中天的時(shí)間間隔（潮汐周期，地球平均自轉(zhuǎn)373°38′）太陽(yáng)月亮同一恒星★★AA13°38′59′59′第10頁(yè)/共47頁(yè)2、自轉(zhuǎn)的速度（1）角速度——全球一致。=15°/小時(shí)（2）線速度

V=（R+h）cosRh（3）的微小變化①季節(jié)性變化:由氣團(tuán)洋流的運(yùn)動(dòng)引起（±1/1000秒）②長(zhǎng)期變慢——由潮汐摩擦引起（+1.6秒/10萬(wàn)年）。③不規(guī)則變化地內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起。大冰期自轉(zhuǎn)快，間冰期自轉(zhuǎn)慢。L第11頁(yè)/共47頁(yè)P(yáng)

天北極P'天南極地平圈天赤道圖A（三）地球自轉(zhuǎn)的地理意義1、天球的周日運(yùn)動(dòng)PP'天赤道圖B地平圈

出沒(méi)星區(qū)恒顯星區(qū)恒隱星區(qū)PP'圖C地平圈①天體周日運(yùn)動(dòng)的軌跡（周日圈）平行于天赤道。②天體周日圈的大小隨天體δ絕對(duì)值的增大而縮小。③地理緯度不同，天體周日圈的傾角不同θ=90°-|

|θ第12頁(yè)/共47頁(yè)在西班牙哥林那地區(qū)1999.11.18拍到的獅子座流星雨第13頁(yè)/共47頁(yè)第14頁(yè)/共47頁(yè)南天極星留跡第15頁(yè)/共47頁(yè)2、晝夜與時(shí)間的更替(1)晝夜更替——使太陽(yáng)均勻加熱地球,對(duì)生命活動(dòng)有利。(2)時(shí)間交替——時(shí)區(qū)的產(chǎn)生。3、地球坐標(biāo)的確定164-166（1)經(jīng)緯線與地球上的方向（2）地理坐標(biāo)的經(jīng)緯度（3）地球上的距離第16頁(yè)/共47頁(yè)4、物體水平運(yùn)動(dòng)的方向偏轉(zhuǎn)C'AA'BA"CB"NSB'①南北向彈體的偏轉(zhuǎn)②東西向彈體的偏轉(zhuǎn)AA'BB'OO'NS(1)現(xiàn)象:在北半球彈體偏向目標(biāo)右方,南半球則偏左方。北半球:AA"=BB'>AA'(右偏)南半球:BB"=CC'<BB'(偏左)(2)解釋:P166-168(3)地轉(zhuǎn)偏向力(科里奧利力A)A=2mVsin第17頁(yè)/共47頁(yè)

在自轉(zhuǎn)的地球上，每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的圓運(yùn)動(dòng)的中心都在地軸上，慣性離心力的方向都垂直并背離地軸。如把一地的慣性離心力分解為垂直和水平方向的兩個(gè)分力，那么，這后一分力作用下，物質(zhì)有向赤道集聚的趨勢(shì)，地球變成了扁球體。5、導(dǎo)致赤道隆起地球變扁第18頁(yè)/共47頁(yè)

艾森彗星的行蹤？（20131129）

嫦娥三號(hào)發(fā)射（20131202）第19頁(yè)/共47頁(yè)思考題1.何謂恒星的周年視差位移和恒星的光行差位移,兩者之間有何區(qū)別?2.簡(jiǎn)述地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律(軌道參數(shù),周期,速度)。3.古人如何發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)?第20頁(yè)/共47頁(yè)第三節(jié)地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一、地球公轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)與證明(P168-170)1、公轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)——1543年哥白尼提出日心說(shuō)認(rèn)為地球與行星是繞日公轉(zhuǎn)的。2、公轉(zhuǎn)的證明(1)恒星的周年視差位移(1838年由貝塞耳首測(cè))AA'BB'比鄰星=0.76"天鵝座61=0.3"秒差距=1/"1秒差距=3.26光年比鄰星的距離(秒差距)=1/"=1/0.76=1.32(秒差距)=4.29(光年)(2)光行差(1725年由布拉德雷發(fā)現(xiàn))——由于地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使恒星的視方向與其真方向產(chǎn)生的差角(k)。周年視差第21頁(yè)/共47頁(yè)（2）光行差（1725年由布拉德雷發(fā)現(xiàn)）——由于地球的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使恒星的視方向與其真方向產(chǎn)生的差角（k）。真方向視方向真方向C視方向kK=20.5“①視差位移與光行差位移的方向差別AA'BB'ABA'B'視差位移方向光行差位移的方向Ve以下雨為例第22頁(yè)/共47頁(yè)①視差位移與光行差位移的方向差別②光行差（K）的大小：K隨Ve與C夾角的增大而增大。當(dāng)Ve⊥C時(shí)K值最大，稱為光行差常數(shù)。對(duì)于任意恒星，只要地球位于通過(guò)星日連線且垂直于地球軌道的平面與地球軌道的交點(diǎn)上，則該恒星的K值最大。③光行差常數(shù)：∵K角很小其所對(duì)的弦弧近似相等∴用弧度表示有：K=Ve/C=0.0000993化為角秒有:

K=206265×0.0000993=20.48″Ve→→→→K（3）多普勒效應(yīng)

170第23頁(yè)/共47頁(yè)二、地球公轉(zhuǎn)的規(guī)律1.地球的軌道參數(shù)(1)軌道扁率=(a-b)/a=1/7000(2)黃赤交角=23°26'21.448"北黃極北天極23°26'(3)日地距離(前面已述)2.地球公轉(zhuǎn)周期(1)恒星年——日心連續(xù)兩次通過(guò)黃道同一恒星的時(shí)間間隔。（真周期365.2564日)(2)回歸年——日心連續(xù)兩次通過(guò)春分點(diǎn)的時(shí)間間隔。（季節(jié)交替的周期365.2422日）公元2000年第24頁(yè)/共47頁(yè)地球的公轉(zhuǎn)周期名稱參考點(diǎn)點(diǎn)多移動(dòng)比較恒星年年的長(zhǎng)度恒星年恒星無(wú)明顯自行----365.2564日回歸年春分點(diǎn)每年西移50”<恒星年365.2422日近點(diǎn)年近日點(diǎn)每年?yáng)|移11”>恒星年365.2596日交點(diǎn)年黃白交點(diǎn)每年西移20°<恒星年346.6200日第25頁(yè)/共47頁(yè)天球黃道天赤道天北極天南極春分點(diǎn)秋分點(diǎn)夏至點(diǎn)冬至點(diǎn)春分點(diǎn)每年西移50.26″春分點(diǎn)西移和歲差現(xiàn)象解釋歲差——恒星年比回歸年長(zhǎng)北黃極KK′南黃極歲差現(xiàn)象：為我國(guó)漢代天文學(xué)家——?jiǎng)㈧ё钤绨l(fā)現(xiàn)第26頁(yè)/共47頁(yè)有關(guān)解釋（171,182,183）1.春分點(diǎn)西移：地軸進(jìn)動(dòng)的結(jié)果之一2.黃白交點(diǎn)西退：由于太陽(yáng)對(duì)月球的引力，兩個(gè)交點(diǎn)的連線沿黃道與月球運(yùn)行的相反方向向西移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為交點(diǎn)退行。交點(diǎn)每年移動(dòng)19°21’，約18.6年完成一周。這一現(xiàn)象對(duì)地球的章動(dòng)和潮汐起重要影響。3.近點(diǎn)年及長(zhǎng)期攝動(dòng)：近點(diǎn)年是地球公轉(zhuǎn)速度變化的周期，主要用于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的研究。天體在運(yùn)動(dòng)中，除受中心天體的引力作用外，還受到周圍其他天體介質(zhì)等諸多因素的作用，這些作用與中心天體的引力相比是很小的，因此稱為攝動(dòng)。章動(dòng)：（183）月球在白道上運(yùn)行，黃白交角平均為5°9’，月球經(jīng)常位于黃道的上面或者下面，這就使得歲差現(xiàn)象變得復(fù)雜，北天極在繞著黃北極轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不斷在其平均位置的上下做周期性的微小擺動(dòng)，振幅9”，這種微小擺動(dòng)稱為章動(dòng)，周期1806年。第27頁(yè)/共47頁(yè)3.地球公轉(zhuǎn)速度(1)平均角速度=360°/恒星年=59'08"/日(2)平均線速度=29.78km/s(3)速度的年變化日期位置角速度線速度一月初近日點(diǎn)61'10"/日30.0km/s七月初遠(yuǎn)日點(diǎn)57'10"/日29.3km/s第28頁(yè)/共47頁(yè)三、地球公轉(zhuǎn)的地理意義1、太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)K黃道K'地球S1S2S3E2E3M2E1M1（1）太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)——古人根據(jù)黃道上夜半中星（恒星）的周年變化確認(rèn)太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)。（2）地球公轉(zhuǎn)的位置、方向、速度、周期，都可以通過(guò)太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)反映出來(lái)。M3第29頁(yè)/共47頁(yè)春：獅子中天；太陽(yáng)—飛馬夏：天蝎中天；太陽(yáng)—獵戶秋：飛馬中天；太陽(yáng)—獅子冬：獵戶中天；太陽(yáng)—天蝎夜半中星隨季節(jié)的變化EastChinaNormalUniversity第30頁(yè)/共47頁(yè)第31頁(yè)/共47頁(yè)2、天文四季的變化1）太陽(yáng)回歸運(yùn)動(dòng)與四季形成1722）太陽(yáng)高度的周年變化3）晝夜長(zhǎng)短的周年變化4）四季的劃分太陽(yáng)回歸運(yùn)動(dòng)的天文成因:①黃赤交角的存在。②地軸指向相對(duì)不變。第32頁(yè)/共47頁(yè)2）太陽(yáng)高度角的周年變化（1）正午太陽(yáng)高度角(h)的表達(dá)式:N⊙hh=90o-（-⊙）…….半球適用h=90o-|-⊙

|……….全球適用注明①與⊙均為北正南負(fù)。②當(dāng)h>0表示太陽(yáng)在地平之上。③當(dāng)h<0表示太陽(yáng)在地平之下。（2）正午太陽(yáng)高度角(h)的緯度及季節(jié)變化：①無(wú)論任何季節(jié)，在=⊙處的h為最大值（90o）。②在半球范圍內(nèi)，任意兩地正午太陽(yáng)高度角之差等于這兩地的緯度差。hA=90o-（A-

⊙）hB=90o-（B-

⊙）兩式相減得：hA-hB=B-A第33頁(yè)/共47頁(yè)

③緯度越高正午太陽(yáng)高度角的年平均值

(h)越小h=90o-||h最大=90o-〔-（+23.5o）〕h最小=90o-〔-（-23.5o）〕∵h(yuǎn)最大+

h最小2∴h==2（90o-）2=90o-④在||≥23o26′的地方h的年變化為單峰型。⑤在南、北回歸線之間h的年變化為雙峰型。第34頁(yè)/共47頁(yè)夏至點(diǎn)PP'春分點(diǎn)冬至點(diǎn)3）晝夜長(zhǎng)短的周年變化秋分點(diǎn)（1）晝夜的現(xiàn)象①晨昏線——晝夜半球的分界線。②晝夜長(zhǎng)短——由晝弧、夜弧決定。晝弧：處于晝半球的緯線弧段。夜?。禾幱谝拱肭虻木暰€弧段。冬至(12月22日)在地球上在天球上晝?。禾?yáng)周日圈在地平上的弧段。夜?。禾?yáng)周日圈在地平下的弧段。PP′天赤道地平圈秋分(9月23日)春分(3月21日)夏至(6月22日)第35頁(yè)/共47頁(yè)（2）晝長(zhǎng)表達(dá)式（1）推導(dǎo)：如圖所示：A、C分別太陽(yáng)出沒(méi)點(diǎn)，太陽(yáng)在B點(diǎn)中天；BC為半晝弧。太陽(yáng)從B到C所用的時(shí)間（角）為：t在球面三角形CPZ中，據(jù)邊余弦定理得：CosCZ=cosPZcosPC+sinPZsinPCcost∵CZ=90°;PZ=90°-φ；PC=90°-δ⊙；∴0=sinφsinδ⊙

+cosφcosδ⊙costcost

=

=-

tgφtgδ⊙

PP′Z′ZNSACBQ′tφ

-sinφsinδ⊙

cosφcosδ⊙值域[-1,+1]

←定義域（0~180°）↑←值域(-∞,+∞)δ⊙第36頁(yè)/共47頁(yè)（2）晝長(zhǎng)表達(dá)式推導(dǎo)：cost

=-

tgφtgδ⊙

釋義（數(shù)學(xué)及地理意義）：當(dāng)：φ=0（赤道上），cost

=0，t=90°2t=180°→12h當(dāng):δ⊙=0（春秋分），cost

=0，t=90°2t=180°→12h當(dāng):φ與δ⊙

同號(hào)有：0≥cost≥-1（第二象限角）即：晝長(zhǎng)夜短。當(dāng):φ與δ⊙

異號(hào)有：1

≥cost≥0

（第一象限角）：即：晝短夜長(zhǎng)。當(dāng):-

tgφtgδ⊙≥1→極夜現(xiàn)象。當(dāng):-

tgφtgδ⊙≤-1→極晝現(xiàn)象。180°≥t≥90

°

360°≥2t≥180

°24h≥2t≥12h

90°≥t≥0

°

180°≥2t≥0

°12h≥2t≥0h釋義：太陽(yáng)直射點(diǎn)所在的半球。地球處于夏半年的半球。釋義：太陽(yáng)直射點(diǎn)不在的半球。地球處于冬半年的半球。第37頁(yè)/共47頁(yè)（3）晝長(zhǎng)的緯度變化和季節(jié)變化:夏半年(春分秋分)越北晝?cè)介L(zhǎng),越南晝?cè)蕉獭６肽?秋分春分)越南晝?cè)介L(zhǎng),越北晝?cè)蕉?。赤道終年晝夜平分。春秋二分全球晝夜平分，冬夏二至?xí)円归L(zhǎng)短達(dá)到極值。極晝極夜總是出現(xiàn)在=±（90°-|⊙|）的緯圈之內(nèi)。緯度越高晝長(zhǎng)年較差越大任意地點(diǎn)的晝長(zhǎng)年平均值均為:12h

:0°30°50°66.5°90°較差0h4h8h24h

半年夏至春秋分⊙冬至⊙第38頁(yè)/共47頁(yè)4）四季的劃分1、四季的性質(zhì)、含義與劃分①太陽(yáng)高度角的年變化②

晝夜長(zhǎng)短的年變化由太陽(yáng)直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)所致.2、影響四季變化的天文因素:天文四季——在半球范圍內(nèi)大氣上界獲得太陽(yáng)熱能的時(shí)間分配。第39頁(yè)/共47頁(yè)夏至(6月22日)冬至(12月22日)夏至點(diǎn)冬至點(diǎn)秋分點(diǎn)PP'春分點(diǎn)3、五帶的劃分及特征（1）五帶的性質(zhì)與含義①性質(zhì)：天文熱量帶②含義：大氣上界太陽(yáng)輻射的緯度分布（2）五帶的劃分與意義：熱帶北溫帶南溫帶北寒帶無(wú)極晝極夜北極圈有極晝極夜南極圈有直射陽(yáng)光北回歸線南回歸線無(wú)直射陽(yáng)光無(wú)直射陽(yáng)光有極晝極夜南寒帶天文熱量帶地面溫度帶氣候帶植被帶土壤帶第40頁(yè)/共47頁(yè)第四節(jié)變化中的地球運(yùn)動(dòng)一、自轉(zhuǎn)速率的變化177-178二、極移三、地軸進(jìn)動(dòng)四、極移和歲差的區(qū)別第41頁(yè)/共47頁(yè)P(yáng)N極地面地軸二、極移1、極移現(xiàn)象在地軸空間指向不變的前提下，地球表面相對(duì)地軸運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致地極位移的現(xiàn)象。2、極移規(guī)律范圍——擺動(dòng)幅度0.06″~0.25″（約15m直徑的圓）。方向——北極點(diǎn)逆時(shí)針移動(dòng)。周期——平均1.2年（410~440天）。非周期性漂移：向格陵蘭島每百萬(wàn)年漂移1°。3、極移成因周期性極移：由地球彈性振蕩與大氣洋流季節(jié)運(yùn)動(dòng)引起非周期性極移：與板塊運(yùn)動(dòng)有關(guān)。根本原因是——地球不是剛體。4、極移后果第42頁(yè)/共47頁(yè)4、極移后果導(dǎo)致地球坐標(biāo)系統(tǒng)發(fā)生微小的變化。導(dǎo)致地球赤道發(fā)生微小的變化。5、極移跟蹤

1960年IAG&IUGG將1900~1905年地極的平均位置定為固定平極,并以此作為極移跟蹤的平面坐標(biāo)原點(diǎn)