晨昏线的特点和与太阳直射点的关系例题解析

晨昏线的特点和与太阳直射点的关系例题解析

一、晨昏线的产生

由于地球是一个不发光也不透明的球体，在阳光的照射下，面向太阳的半球是明亮的，被称为昼半球，背向太阳的半个球是黑暗的，也就是夜半球。昼、夜半球的界线就称为“晨昏线（也称晨昏圈）”。在现实的地球表面，由于地球大气的折射、散射等作用，晨昏线所在的地方其实是处在昼、夜的过渡地带，如图1为北京时间2004年12月14日20时52分时的地球昼夜示意图。也就是说，晨昏线上的各个地方在时间上可能是早晨或黄昏这样一个时间段，而不是一个截然区分的时间点，但为了便于我们研究，在图中，我们将“晨昏线”画成一条线，把昼夜的更替看成是一个截然区分的时间点。

图1 昼夜示意图

二、晨昏线与地球

从理论上讲，晨昏线所在的平面把地球平分为两个半球，在地表的晨昏线是一个大圆[大圆：球面被通过球心的平面所截成的圆，是球面所能截取的最大的圆。大圆的圆心就是球心。]，地球的球心就是晨昏线的圆心。但实际上，包围地球的大气有散射折光作用，使地平面以下34′的光线能折射到地面上来，这样，当清晨的太阳在地平面以下34′时，在地平面上就已经看到了散射折射光；而在傍晚，太阳已经落在地平面以下34′时，在地平面上还可以看到它。另外，在地球上看，由于太阳的体积巨大，太阳是一个圆面，而不是一个光点，它具有16′的视半径，这样使白天延长，所以，昼半球向四面八方扩大50′（34′+16′），而夜半球都缩小50′，因此昼夜半球不一样大，晨昏线也不是真正的大圆。经过测算，在春分、秋分两天，全球昼夜也不真正等分，白昼时间为12时8分钟，黑夜时间为11时52分钟。为简便起见，我们仍把晨昏线看成是一个大圆，把昼夜半球等分。但这一事实我们要了解，它能加深我们对理论与生活之间差别的理解。

三、晨线和昏线

晨昏线分为晨线和昏线两部分。随地球的自转，由昼半球进入夜半球的部分就是昏线，由夜半球进入昼半球的部分就是晨线。对地表某个具体地点而言，它的地方时如果是早晨（日出），那么它就在晨线上，如果是黄昏（日落），它就在昏线上。理解这一点对我们判断晨线和昏线至关重要。根据晨线和昏线的特点，其实根据地球的自转方向，我们就可以准确地判断出晨线和昏线。如图2。由此我们也可以反推，即如果知道了晨线

或昏线，就可以推测出地球的自转方向。

图2A中的为晨线；B中的为昏线；C中的晨昏线上半部分为昏线，下半部分为晨线；D中的晨昏线上半部分为晨线，下半部分为昏线。

四、晨昏线与太阳直射点

[太阳直射点：在众多太阳平行光线中，必有一条太阳光线的延长线穿过地球球心，这条就是太阳直射光线，其与地表的交点就是太阳直射点。]

任一时刻，晨昏线（圈）与太阳直射点之间都存在着固

定的相互位置关系，即太阳直射点位于由晨昏线围成的昼半

球球面（地表）的中心点，也就是说，太阳直射点到晨昏线

上各地的球面距离都相等。

掌握这一特征，我们就可以从中分析出以下几条规律。

1.太阳光线和晨昏线所在的平面垂直。在这里一定要注意

平面两字，因为在实际的图上，由于观测的方位不同，我们

看到的可能不是晨昏线所在的平面而是晨昏线，因此它与太

阳光线之间可能就不是垂直的关系。如图2中的A、C、D图。

2.等太阳高度线（圈）。太阳直射点处的太阳高度[太阳高

度：太阳光线与当地地平面的夹角。太阳高度的最大值为90°。地方时12点时的太阳高度称为正午太阳高度。]为90°，但随着球面的变化，太阳高度也会随之发生变化，总体规律是：距离太阳直射点的球面距离相等的地方，太阳高度相等。即在某一时刻，太阳高度在太阳直射点处最大（90°），并由太阳直射点向四周呈半球（在投影图上呈以太阳直射点为圆心的同心圆）状递减，到晨昏线上，太阳高度减小为0°，这就是等太阳高度线。如例1中第1小题。

例1：右图为北京时间某日2点时的全球太阳高度等值线图，图中15°N纬线与BAC 垂直相交于A点，读图回答下列问题。

（1）对于图示情况，错误的说法是（）

A.中心点A点表示太阳直射点

B.最大圆圈为晨昏圈

C.B、C两地经度相同

D.图示半球为昼半球

（2）C地的纬度是，经度是。

（3）此时，图中各点有极昼现象的是。

（4）B点的地方时是点，C点的地方时是点。

（答案：C 75°N 90°W C 12 24）

3.晨昏线在地表的移动规律。由于晨昏线所在的平面始终与太阳（直射）光线垂直，因而在一天之中和一年之中，随着太阳光线的变化，晨昏线在地表的移动就有着相应的变化规律。

一天之中，由于地球自西向东自转，就产生了地表各地太阳自东向西的周日视运动，也就是太阳的东升西落，与太阳光线垂直的晨昏线所在的平面也就随之自东向西在地表移动（如图3）。

图3 一天之中，地球的自转与晨昏线在地表的移动之间的关系

一年之中，由于黄赤交角的存在，使得太阳直射点在南北回归线之间移动。若图4中p为太阳直射点，O为球心，我们可以将PO看成是一条太阳（直射）光线，我们发现，随着太阳直射点P在南北回归线之间的移动，太阳光线PO照射的方位不断发生变化，与之垂直的晨昏线所在的平面也随之发生有规律的移动。NS为地轴所在的位置。我们可以得出以下两个结论：①晨昏线所在的平面与地轴的夹角和太阳直射点的纬度[①地表某点的纬度等于这一点与地心的连线和赤道平面所成的角度。]在数值上相等，②同一时刻，太阳直射点所在的纬度数和与晨昏线相切的纬度数之和为90°（如例1中第2小题）。春、秋分日，太阳直射在赤道上（0°），晨昏线经过极点（90°），两者之和也为90°。

图4

若从极地上空俯视（图5），我们发现，随着太阳直射点的移动，一年中，晨昏线的位置总是在极点到极圈之间的范围内作有规律的移动。以北半球为例：春分日，晨昏线经过极点，全球各地昼夜平分；从春分日到夏至日，晨昏线的位置由北极点移向北极圈，北极点周围地区出现极昼现象，且极昼的范围在变大；夏至日，晨昏线与北极圈相切，北极圈及其以北地区都出现极昼现象，北半球极昼的范围达到一年中的最大。夏至日到秋分日，晨昏线的位置由北极圈向极点移动，北半球极昼的范围在变小；秋分日，晨昏线经过极点，全球昼夜平分；秋分日到冬至日，晨昏线的位置有极点移向北极圈，北极点周围出现极夜现象，且极夜的范围在扩大；冬至日，晨昏线与北极圈相切，北极圈及其以北地区出现极夜现象，北半球极夜范围达到一年中的最大；冬至日到次年春分日，晨昏线由北极圈向极点移动，且极夜的范围变小。

图5 N为北极点，A、B为晨昏线和北极圈的切点