地球概论-第8节-四季和五带

夏至
小满 谷雨 春分 雨水
冬至
大寒
图 4-13 极昼（夜）区的季节变化
P104
此图表示南北两半球极昼（夜）区的季节性扩大和缩小。图中每个圆面分上下两半， 分别表示北极和南极地区。三个同心圆分别表示6634 ，6944和7828的三条纬线。
四、 昼夜长短的其他因素：
1、太阳视半径；
2、大气折光作用； 3、眼高差。
5、按正午太阳高度公式：H＝90°－φ ＋δ ，回答下列问题： ①式中的“90°－φ ”可理解为什么？ 答：上点的高度。 ②在何种条件下，正午太阳当顶？在何种条件下，正午太阳高 度为零？ 答： φ =δ ； |φ －δ |=90° ③6 月22 日，北极圈上的正午太阳高度多大？列式推算之。 答： H＝90°－φ ＋δ =90°－66°34′＋ 23°26′=46°52′， ④这时，南半球与之相应正午太阳高度的纬度是多少？ 答： φ =90°+δ －H=90°－23°26′－46°52′=19°42′ ⑤在30°N 地方，测得正午太阳高度H＝36°34＇，问：这 次观测是在何日进行的？ δ = H－90°+φ =36°34＇－90°+30°= －23°26′， 答：12月22日
根据以上三条，除了春秋分外，全球的昼（夜）长可分为： 极昼地带；极夜地带；昼长夜短地带；昼短夜长地带。
二分日，全球各纬度昼夜 等长，均为12小时。 北至日，北半球各地昼最 长，极昼地带最广 （北极 圈内皆为极昼）；南半球 各地昼最短，极夜地带最 广（南极圈内皆为极夜）。 南至日，南半球各地昼最 长，极昼地带最广 （南极 圈内皆为极昼）；北半球 各地昼最短，极夜地带最 广（北极圈内皆为极夜）。
太阳回归运动的根本原因，是地球公转的南北分量。1.2亿 千米；46°52´δ
图4--3 黄赤交角的确切含义是黄道（轨道） 面对于赤道面的倾斜。如以地球自转的方向为 向东，那么，地球在向东公转的同时，还有其 南北的分量，造成太阳直射点的南北移动。
图4--4地球公转的南北分量 造成地球和太阳的回归运动。
图4--1 回归线和极圈
∵∠1=∠2；∠1＋∠ε=90°；∠2＋∠3=90° ∴∠3（kp弧）=∠ε=23°26′ 按照球面三角形的余弦公式： cosa=cosb· cosc﹢sinb· sinc· cosA 查表可知：cos90°=0; sin90°=1 把上列数值代入余弦公式，即得 cos(90°-δ) =cosεcos90°×sinεsn90°×cos(90°－) 即sinδ=sinεsin
简言之：昼夜长短因纬度而不同，因季节而变化
昼夜等长条件：t = 90°,cost = 0, 若： 在赤道上 终年 昼夜等长。 在春秋二分时，全球昼夜等长回归线：太 阳回归运动的南北界线
昼长夜短条件：，同号（++；－－）（太阳直射半球） 昼短夜长条件：，异号（+－；－+）（非太阳直射半球）
图4--24日地距离与冬夏季节
图4--25季节的天文因素： 昼夜长短和正午太阳高度 的变化
太阳直射点的移动和四季的递变 太阳直射点在南北半球的移动：两半球冬夏 半年相互替代； 太阳直射点向北或向南移动，两半球的昼夜 长短和正午太阳高度角变化相互倒转；
太阳直射点向赤道移动，昼夜长短和的正午 太阳高度角趋向齐平，极昼和极夜地区缩小； 太阳直射点向回归线移动，则反之。
H = ( 90 + ) －
( 90 + )为赤道上不同季节的正午太阳高度，其他各地 随纬度递减，是对( 90 + )的纬度订正。
太阳高度变化：北回归线北，南回归线南，回归线间，二 至二分
三、 正午太阳高度的季节变化 P110
H = ( 90 － ) + ( 90 － )
二、 昼夜长短的纬度分布
1、赤道上（ =0°）全年昼夜等长； 2、太阳直射的半球，昼长夜短，高纬度 （ ≥90°－）（即≥66°34′） 地区有极昼，昼长达24小时； 3、非太阳直射的半球，昼短夜长，高纬度 （ ≥90°－）（即≥66°34′） 地区有极夜，夜长达24小时；
图4--10昼夜长短的四个纬度带
3、根据昼夜长短的纬度分布规律，按“五· 一”节的昼长，将下 列各地排列次序（从长到短）： 北京（40°N）、上海（31°N）、哈尔滨（45°N）、新 加坡（1°N）、雅加达（1°S）、墨尔本（37°S）和开普敦 （34°S）。 答：哈尔滨－北京－上海－新加坡－雅加达－开普敦－墨尔 本 4、根据昼夜长短的季节变化规律，把各月1日按北京的昼长排列 序次（从长到短）：1/1，1/2，……1/12。 答： 1/7，1/6，1/8，1/5，1/9，1/4，1/10，1/3，1/11，1/2， 1/12，1/1。（7、6、8、5、9、4、10、3、11、2、12、1月）
天文学上四季的划分
我国强调天文特征，以四立（立春、立夏、立秋、立冬）为四 季的起止，以二分二至为四仲； 西方侧重气候季节，以二分二至作为四季的起点。
要使四季划分反映地球的气候特征，必须采用气候本身的标准
气候学划分法
图4-26 四季的划分
五、 地球上的五带 五带的性质
P115
图4--22 正午太阳高度的季节变化 以北半球为例，线条表示不同纬度的正午太阳高度的季节变化。 这些垂直的线条互相平行，表示它们的变化幅度相同，都是 23°26′×2=46°52′。
图4--23 不同纬度的正午太阳高度的季节变化
四、地球上的四季 P112 （1）、半球性现象：昼夜长 短和正午太阳高度角是半球性 的，季节变化的主要因素； （2）全球性现象：日地距离 的变化（影响很小）； （3）首先是天文现象，然后 是气候现象。
北极 北极圈
（距北极23°26′） 66°34′N
北回归线
.
昼
赤道
夜
南回归线
.
66°34′S 距南极23°26′
南极圈
南极
天体的周日圈，就是 该天体所在的赤纬圈。 不同赤纬的天体，有不 同的出没时刻（与方位） 和中天高度。太阳赤纬 的变化，影响各地的昼 夜长短和正午太阳高度 的大小，二者都是季节 变化的主要因素。
半昼弧公式
地平圈分太阳周日圈（赤纬圈）为昼弧和夜弧两部分。 cost=-tg· tg （半昼弧公式）
（式中的和皆以北半球为正，南半球为负）此公式表明， 决定昼夜长短有两个因素： 当地地理纬度和当时的太阳赤纬（即太阳直射点纬度）。 前者是空间因素，即地理因素；后者是时间因素，即季节因素。
五带分论：
图4--28 热带、温带、和寒带的面积
复习与思考
1、什么时侯太阳赤经的变化最快？太阳赤纬呢？ 答：太阳南至日以及太阳北至日太阳赤经变化最快。春分 和秋分太阳赤纬变化最快。 2、按半昼弧公式：cost＝－tgφ · tgδ ，回答下列问题： ①公式中的t 指什么？ 答：日落时的太阳时角。 ②昼夜等长的条件是什么？（P101） 答： cost=0， t=90°，φ =0 或 δ =0， 赤道地区或太阳直射 赤道时。 ③昼长夜短和昼短夜长的条件是什么？ 答：昼长夜短：t>90°，? φ 、δ 同号，即在太阳直射半球； 昼短夜长：t<90°，? φ 、δ 异号，即在非太阳直射半球。 ④极昼和极夜的条件是什么？ t≧180°
1、季节带：具体的季节因地而异； 2、天文带：按有无直射阳光和有无极昼、极夜现象； 3、纬度带：不考虑海陆、大陆东西岸和地形的影响， 也不考虑具体气象条件。 总之，以纬度为唯一标准 （23°26´，66°34´）
图4--27 五带的划分
五带的划分： P116 南北回归线划分热带和 温带（有无90H） ； 南北极圈划分寒带和温 带（有无极昼极夜）。
2、昼夜交替
3、原因：自转、公转
思考
• 不自转不公转,晨昏圈空间位置不变,地球上 位置不变。 • 只自转不公转,晨昏圈空间位置不变,地球上 位置变,周期1恒星日。 • 只公转不自转,晨昏圈空间位置变,地球上位 置不变,周期1恒星年,反针转。 • 自转公转,晨昏圈空间位置变,地球上位置变, 晨昏圈反针转59′/天,周期1太阳日。
图4--18 太阳高度推算
4、夜半太阳“低度”
H= -(90 － )+ = +－90
式中的-(90 － )为下点的低度
5、白夜的纬度界限
-18＝＋23.5－90 ＝48.5
图4--20 正午太阳高度的因素： 当地纬度和太阳直射点纬度（非直射的半球为负）
二、 正午太阳高度的纬度分布 P109
图4--11 二分二至日的昼长的纬度分布
三、 昼夜长短的季节变化 P103 1、二分时，全球昼夜平分，均为12小时；2、二至时，昼夜长短极端； 3、各地（两个极圈除外）全年平均昼长相等，皆为12小时。4、例：南北半球比较， 同半球不同纬度比较
图4--12 昼夜长短的季节变化
大暑 处暑 秋分 霜降 小雪
为二分时的正午太阳高度，即全年的平均值；是对( 90 － )的季节订正。各自半球的夏半年取正值，冬半年为 负值。
图4—21 正午太阳高度的纬度分布 图中用两条线表示二分二至的正午太阳高度的纬度分布。 各地的正午太阳高度差，就是它们的的纬度差。因此，这 些线条都是呈45°坡度的直线。春秋二分，正午太阳高度 以赤道为中心，南北对称；冬夏二至，分别以南北回归线 为中心，南北对称。
3
2
1 M
sinδ=0.4sin
任何时候，太阳赤纬总是等于太阳直射点纬度。
图4--2 解球面三角形，由太阳黄经（λ） 求知太阳赤纬（δ）
太阳赤纬决定：昼夜长短和正午太阳高度
二十四节气按太阳黄经划分，其更重要的区别在于太阳赤纬的不同
二、 太阳回归运动与地球公转
P96
sinδ=0.4sin
根据太阳黄经求知所对应的太阳赤纬：
极昼(极夜)条件： = ；
=－( )
二、 昼夜长短的纬度分布 P101
1、全球分极昼，昼长夜短， 昼短夜长，极夜四个地带 （两分除外）。
2、 为正值，全球昼长向北 递增；为负值，向南递增。 3、 的绝对值愈大，极昼
（夜）地Байду номын сангаас愈大。
图4--9 解天文三角形 求半昼弧长；太阳位于 西方地平（日没）时其 时角（t）大小，等于当地 （ ）当时（ ）的半昼弧 （从日中到日没）。
第8节 四季和五带
一、 太阳回归运动和太阳赤纬的周年变化 1、形成四季和五带的根本原因是黄赤交角。 2、由于黄赤交角，使太阳周年运动表现为对于 天赤道的回归运动。 3、回归线：太阳回归运动的南北界线
4、回归年：太阳回归运动的周期
5、晨昏线（圈）：分纬线（圈）为昼弧和夜弧 二部分，昼弧和夜弧的弧长，决定该地昼长和 夜长：每15º 折合1小时。
任意时刻太阳高度的三角公式。
图4--17 太阳高度与辐射强度
3、正午太阳高度（H） （1）正午太阳时刻，t = 0 , cost = 1,消去周日变化因素，公式便简化为： sinH = sinsin + coscos 按复合角公式有： cos(－)＝coscos+sinsin 于是便有： sinH = cos(－ ) = sin[90－(－ )] H＝90－＋ （太阳高度公式 ） （式中以夏半年为正，冬半年为负） （2）、正午太阳高度因纬度而不同，因季节而变化； （3）、式中的(90－)可看作上点高度。 注意：①北半球H以南点为起点（南半球反之）； ②当 = 时，H = 90，只有南北回归线之间，才可 能达到90的太阳高度； ③南北回归线之间（不包括南北回归线），当 > 时，H > 90； ④极圈内冬半年，若 > 90－，H < 0。
地球从轨道的最北点到 最南点，约为轨道周长的一 半（4.7亿km），两点间的 直线距离约3亿km。（轨道 平均直径），其中有向南北 分量为： 3亿km×sin23°26′ =1.2亿km.
图4--5 地球轨道运动的南北分量
昼夜长短 一、 昼夜长短概说
P98
1、晨昏线：昼夜两半球之间的分界线。各 地昼夜长短，因晨昏圈随太阳直射点的移 动而发生变化
图4--15 各级晨昏蒙影的太阳“低度”标准
图4--16 北半球不同纬度冬夏二至的白昼、黑夜和曙光时数的近似分配
太阳高度 P107
一、 太阳高度概说
（一）任意时刻太阳高度（h） 1、包含三个因素： ⑴、太阳赤纬（周年变化因素）； ⑵、当地纬度（分布因素）； ⑶、当地太阳时角t （周日变化因素）。 2、由余弦公式可得： sinh = sinsin + coscoscost
34′
图4--14 大气折光有“抬升”天体的作用
五、 晨昏蒙影
P105 概念：
1、按晨光始和昏影终的太阳“低度”标准分三级： ⑴、民用：6；⑵、航海：12；⑶、天文：18。 2、纬度愈高，持续时间愈长 3、高纬度（高于48.5 即：66.5°－18°）夏至日，昏影未终，晨光已始，叫“白夜”