晨昏線的特點(diǎn)和與太陽直射點(diǎn)的關(guān)系例題解析

晨昏線的特點(diǎn)和與太陽直射點(diǎn)的關(guān)系例題解析

一、晨昏線的產(chǎn)生由于地球是一個(gè)不發(fā)光也不透明的球體，在陽光的照射下，面向太陽的半球是明亮的，被稱為晝半球，背向太陽的半個(gè)球是黑暗的，也就是夜半球。晝、夜半球的界線就稱為“晨昏線（也稱晨昏圈）”。在現(xiàn)實(shí)的地球表面，由于地球大氣的折射、散射等作用，晨昏線所在的地方其實(shí)是處在晝、夜的過渡地帶，如圖1為北京時(shí)間2004年12月14日20時(shí)52分時(shí)的地球晝夜示意圖。也就是說，晨昏線上的各個(gè)地方在時(shí)間上可能是早晨或黃昏這樣一個(gè)時(shí)間段，而不是一個(gè)截然區(qū)分的時(shí)間點(diǎn)，但為了便于我們研究，在圖中，我們將“晨昏線”畫成一條線，把晝夜的更替看成是一個(gè)截然區(qū)分的時(shí)間點(diǎn)。圖1晝夜示意圖二、晨昏線與地球從理論上講，晨昏線所在的平面把地球平分為兩個(gè)半球，在地表的晨昏線是一個(gè)大圓[大圓：球面被通過球心的平面所截成的圓，是球面所能截取的最大的圓。大圓的圓心就是球心。]，地球的球心就是晨昏線的圓心。但實(shí)際上，包圍地球的大氣有散射折光作用，使地平面以下34′的光線能折射到地面上來，這樣，當(dāng)清晨的太陽在地平面以下34′時(shí)，在地平面上就已經(jīng)看到了散射折射光；而在傍晚，太陽已經(jīng)落在地平面以下34′時(shí)，在地平面上還可以看到它。另外，在地球上看，由于太陽的體積巨大，太陽是一個(gè)圓面，而不是一個(gè)光點(diǎn)，它具有16′的視半徑，這樣使白天延長，所以，晝半球向四面八方擴(kuò)大50′（34′+16′），而夜半球都縮小50′，因此晝夜半球不一樣大，晨昏線也不是真正的大圓。經(jīng)過測(cè)算，在春分、秋分兩天，全球晝夜也不真正等分，白晝時(shí)間為12時(shí)8分鐘，黑夜時(shí)間為11時(shí)52分鐘。為簡便起見，我們?nèi)园殉炕杈€看成是一個(gè)大圓，把晝夜半球等分。但這一事實(shí)我們要了解，它能加深我們對(duì)理論與生活之間差別的理解。三、晨線和昏線晨昏線分為晨線和昏線兩部分。隨地球的自轉(zhuǎn)，由晝半球進(jìn)入夜半球的部分就是昏線，由夜半球進(jìn)入晝半球的部分就是晨線。對(duì)地表某個(gè)具體地點(diǎn)而言，它的地方時(shí)如果是早晨（日出），那么它就在晨線上，如果是黃昏（日落），它就在昏線上。理解這一點(diǎn)對(duì)我們判斷晨線和昏線至關(guān)重要。根據(jù)晨線和昏線的特點(diǎn)，其實(shí)根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)方向，我們就可以準(zhǔn)確地判斷出晨線和昏線。如圖2。由此我們也可以反推，即如果知道了晨線（3）此時(shí)，圖中各點(diǎn)有極晝現(xiàn)象的是。（4）B點(diǎn)的地方時(shí)是點(diǎn)，C點(diǎn)的地方時(shí)是點(diǎn)。（答案：C75°N90°WC1224）3.晨昏線在地表的移動(dòng)規(guī)律。由于晨昏線所在的平面始終與太陽（直射）光線垂直，因而在一天之中和一年之中，隨著太陽光線的變化，晨昏線在地表的移動(dòng)就有著相應(yīng)的變化規(guī)律。一天之中，由于地球自西向東自轉(zhuǎn)，就產(chǎn)生了地表各地太陽自東向西的周日視運(yùn)動(dòng)，也就是太陽的東升西落，與太陽光線垂直的晨昏線所在的平面也就隨之自東向西在地表移動(dòng)（如圖3）。圖3一天之中，地球的自轉(zhuǎn)與晨昏線在地表的移動(dòng)之間的關(guān)系一年之中，由于黃赤交角的存在，使得太陽直射點(diǎn)在南北回歸線之間移動(dòng)。若圖4中p為太陽直射點(diǎn)，O為球心，我們可以將PO看成是一條太陽（直射）光線，我們發(fā)現(xiàn)，隨著太陽直射點(diǎn)P在南北回歸線之間的移動(dòng)，太陽光線PO照射的方位不斷發(fā)生變化，與之垂直的晨昏線所在的平面也隨之發(fā)生有規(guī)律的移動(dòng)。NS為地軸所在的位置。我們可以得出以下兩個(gè)結(jié)論：①晨昏線所在的平面與地軸的夾角和太陽直射點(diǎn)的緯度[①地表某點(diǎn)的緯度等于這一點(diǎn)與地心的連線和赤道平面所成的角度。]在數(shù)值上相等，②同一時(shí)刻，太陽直射點(diǎn)所在的緯度數(shù)和與晨昏線相切的緯度數(shù)之和為90°（如例1中第2小題）。春、秋分日，太陽直射在赤道上（0°），晨昏線經(jīng)過極點(diǎn)（90°），兩者之和也為90°。圖4若從極地上空俯視（圖5），我們發(fā)現(xiàn)，隨著太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)，一年中，晨昏線的位置總是在極點(diǎn)到極圈之間的范圍內(nèi)作有規(guī)律的移動(dòng)。以北半球?yàn)槔捍悍秩眨炕杈€經(jīng)過極點(diǎn)，全球各地晝夜平分；從春分日到夏至日，晨昏線的位置由北極點(diǎn)移向北極圈，北極點(diǎn)周圍地區(qū)出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，且極晝的范圍在變大；夏至日，晨昏線與北極圈相切，北極圈及其以北地區(qū)都出現(xiàn)極晝現(xiàn)象，北半球極晝的范圍達(dá)到一年中的最大。夏至日到秋分日，晨昏線的位置由北極圈向極點(diǎn)移動(dòng)，北半球極晝的范圍在變??；秋分日，晨昏線經(jīng)過極點(diǎn)，全球晝夜平分；秋分日到冬至日，晨昏線的位置有極點(diǎn)移向北極圈，北極點(diǎn)周圍出現(xiàn)極夜現(xiàn)象，且極夜的范圍在擴(kuò)大；冬至日，晨昏線與北極圈相切，北極圈及其以北地區(qū)出現(xiàn)極夜現(xiàn)象，北半球極夜范圍達(dá)到一年中的最大；冬至日到次年春分日，晨昏線由北極圈向極點(diǎn)移動(dòng)，且極夜的范圍變小。圖5N為北極點(diǎn)，A、B為晨昏線和北極圈的切點(diǎn)五、晨昏線與經(jīng)緯線1.晨昏線和緯線的關(guān)系地球的自轉(zhuǎn)，使得地表各地產(chǎn)生晝夜現(xiàn)象，地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間若以太陽作為參照物來計(jì)算的話，是24小時(shí)，每一小時(shí)轉(zhuǎn)過15°，我們稱之為一個(gè)太陽日，它影響到我們的生活作息。地表各點(diǎn)也沿各自的緯線圈隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)，每一小時(shí)轉(zhuǎn)過的圓心角為15°。晨昏線如果和緯線圈相交，就把緯線圈分成兩部分，在晝半球的那部分，叫晝弧，在夜半球的那部分，叫夜弧，我們就可以根據(jù)晝弧和夜弧所對(duì)應(yīng)的圓心角來計(jì)算緯線上各地某一日的晝長和夜長。如，某地所在晝弧對(duì)應(yīng)的圓心角為270°，那么該地的晝長為18小時(shí)（x/24=270°/360°）。而晝弧中點(diǎn)處的地方時(shí)就應(yīng)該是12點(diǎn)，夜弧中點(diǎn)處的地方時(shí)是24點(diǎn)。具體的講，晨昏線和緯線有三種關(guān)系，相交、相切、相離。春分日和秋分日，晨昏線經(jīng)過極點(diǎn)，和其他緯線相交，且平分其他緯線，因而全球各地的晝夜長短相等，如圖6。除了春、秋分日，在任一天的任一時(shí)刻，上述三種關(guān)系我們都可以找到，如圖7A圖為北半球，冬至日，圖中晨昏線和北極圈相切，北極圈都為夜弧，所以出現(xiàn)極夜現(xiàn)象；北極圈以北的各緯線都和晨昏線相離，也都為夜弧，出現(xiàn)極夜；北極圈以南至赤道，晨昏線和緯線圈相交，將緯線圈分成晝弧和夜弧，但我們發(fā)現(xiàn)，隨著緯度的降低，晝弧所對(duì)應(yīng)的圓心角在變大，因此白晝?cè)谧冮L，黑夜在變短，但晝長都小于夜長。B圖為南半球，分析方法相類似。通過對(duì)圖7的分析還可得出這樣的結(jié)論：當(dāng)和晨昏線相切的緯線是極晝時(shí)，切點(diǎn)的地方時(shí)為0時(shí)，當(dāng)和晨昏線相切的緯線是極夜時(shí)，切點(diǎn)的地方時(shí)為12時(shí)。圖7冬至日從極點(diǎn)上空俯視所看到的晝夜示意圖在任一天，晨昏線都將赤道平分，也就是說，赤道上各地終年晝夜等長。由于終年晝夜等長，因此每天日出日落的時(shí)間就是不變的，都是6點(diǎn)日出，18點(diǎn)日落。在圖上，晨線和赤道的交點(diǎn)處的地方時(shí)就是6點(diǎn)，昏線和赤道交點(diǎn)處的地方時(shí)就是18點(diǎn)。2．晨昏線和經(jīng)線的關(guān)系春、秋分日，晨昏線經(jīng)過極點(diǎn)，在任一時(shí)刻，晨昏線都和一個(gè)經(jīng)線圈重合，因此，在這一天，各地日出日落的時(shí)間（地方時(shí)）都相等。如圖6。但由于觀察的角度不同，我們看到的晝夜示意圖會(huì)有各種變化，如圖2中A、圖6和圖8中甲，但我們只要抓住一個(gè)特征：晨昏線與經(jīng)線圈重合。圖8除了春、秋分日外，晨昏線和經(jīng)線相交，并成一定的角度，一條特殊的經(jīng)線是經(jīng)過晨昏線與赤道交點(diǎn)的經(jīng)線，根據(jù)前面的論述我們可以知道，它和晨昏線所成的角度和太陽直射點(diǎn)的緯度數(shù)相等。如圖8中，乙圖表示冬至日的晝夜?fàn)顩r，丙圖表示夏至日的晝夜?fàn)顩r。根據(jù)前述，這條經(jīng)線的地方時(shí)也可以分析出。另一條特殊的經(jīng)線是經(jīng)過晨昏線和緯線切點(diǎn)的經(jīng)線，如圖7中的NA經(jīng)線和SB經(jīng)線。經(jīng)線NA和SB構(gòu)成一個(gè)經(jīng)線圈，這個(gè)經(jīng)線圈和晨昏圈垂直。從圖中可以分析出，NA經(jīng)線經(jīng)過了其他晝弧的中點(diǎn)，因此它的地方時(shí)為12點(diǎn)，SB經(jīng)線經(jīng)過了其他夜弧的中點(diǎn)，因此它的地方時(shí)為24點(diǎn)，見例1中第4小題。分析晨昏線和經(jīng)緯線的關(guān)系，將更有利于我們精細(xì)地理解隨著太陽直射點(diǎn)的移動(dòng)，地表某地的晝夜長短的變化，可以幫助我們?cè)诿鎸?duì)各種晝夜示意圖時(shí)能準(zhǔn)確地判斷出圖所表示的