地球运动的地理意义

地球运动的地理意义

第四章地球运动的地理意义

地球运动的地理意义分两个方面，首先，地球的自转轴倾斜于其公转的轨道面，它影响太阳辐射能在地面上的分布和变化，从而决定了地球上有四季的递变和五带的

区分；其次，地球自转和公转的周期，提供

了两个时间的自然单位——日和年，认识和

利用它们的周期性规律，人们创造了历日制

度和计时制度。

第八节四季和五带

401 太阳的回归运动

§401-1太阳回归运动和太阳赤纬的周年变化

地球上之所以有四季递变和五带区分，其根本原因在于黄赤交角，即黄道面对于赤

道面的倾斜；而其直接原因则是太阳相对于

天赤道的回归运动。

由于黄赤交角的存在，太阳在周年运动的同时，还表现为相对于天赤道的往返运

动。具体地说，天球上的太阳，半年在天赤

道以北，半年在天赤道以南。这是因为，黄

道的一半在天赤道以北，另一半在天赤道以南。太阳的这种运动，是其周年运动的另一个侧面，称为太阳回归运动。它在天球上所能到达的南、北界线，称为南、北回归线。回归运动的周期便是回归年。回归运动、回归线和回归年，是同一事物的三个不同的侧面。

太阳相对于天赤道的回归运动，也表现为太阳直射点对于地球赤道的往返运动：半年直射在北半球，半年直射在南半球；半年向北移动，半年向南移动。地球上的南北回归线的概念，也是相对于太阳回归运动而言的。

地球上昼、夜两半球的分界线叫晨昏圈。这是地球的一个大圆。随着太阳直射点的南北移动，晨昏圈便在南、北极两侧摆动，摆动的幅度也是23°26′。在这个纬度范围内，有极地区域特有的天文现象——极昼和极夜，故南、北纬66°34′的两条纬线，被称为南、北极圈。

太阳回归运动的主要表现，在于太阳赤纬的周年变化。在天文上，我国的二十四气

和西方的十二宫，是按太阳的黄经划分的；

然而，在地理意义上，它们之间更加重要的

区别，在于太阳赤纬的不同。前面说过，天

体的周日圈，就是该天体所在的赤纬圈。因

此，天体赤纬的变化，意味着它的周日圈的

改变。不同赤纬（或周日圈）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。

太阳的赤纬随其黄经而变化。不同的太阳黄经总是与一定的太阳赤纬相对应，其大

小可以解球面三角形方法计算。

sinδ=sinεsinλ=sin23°26′sinλ

sinδ＝0. 3977sinλ或sinδ＝0.4sinλ

§401-2太阳回归运动与地球公转

太阳的回归运动及其赤纬的周年变化，是太阳周年运动的一个侧面。太阳周年运动

本身，是地球公转的反映，因此，从根本上

说，太阳的回归运动，必须用地球的公转和

公转轨道来说明。

从每年的南至日到次年的北至日，地球从轨道上的最北点移到最南点，行程约为

470 000 000km（轨道周长的一半），两点间

的直线距离约300 000 000km（轨道平均直

径），其中有向南分量为300 000 000km×

sin23°26′＝120 000 000km。在这期间，

太阳在天球上相应地从黄道的南至点移到

北至点，其赤纬从-23°26′变为23°26′；

太阳直射点从地球上的南回归线移到北回

归线。

反之，从每年的北至日到南至日，地球经过相应的行程，从轨道的最南点移到最北

点。在此期间，太阳从黄道的北至点移到南

至点，赤纬由23°26′减为-23°26′；太

阳直射点由北回归线移至南回归线。

总之，太阳相对于天赤道的回归运动，是地球公转的南北分量造成的。

402昼夜长短

§402-1昼夜长短概说

在太阳照射下，地球被分为昼夜两个半球：向太阳的半球是昼半球，背太阳的半球是夜半球。昼夜两半球之间的分界线，被叫做晨昏线，是地球的一个大圆。晨昏圈经过的各地，正经历着一天中的清晨或黄昏。那里见到的太阳，正好位于东方或西方的地平上。

地球不仅在空间有昼夜半球之分，而且，由于地球的自转和公转，昼夜两半球在时间上不断地相互交替，使得各个地点时而位于昼半球，因而经历着白昼；时而位于夜半球，因而经历着黑夜。这叫做昼夜交替。昼夜交替的周期，就是通常所谓的1日，叫太阳日，它不同于恒星日。恒星日是单纯的地球自转的周期，而形成太阳日的，不仅是由于地球自转，还包括地球的公转，是二者的会合周期。

昼夜的长短，视晨昏圈分割纬线的情况而定。一般情形下，纬线被晨昏圈分割成两部分：位于昼半球的部分叫昼弧；位于夜半球的部分叫夜弧。昼弧和夜弧的弧长，决定该地的昼长和夜长：孤长15°，折合时间1

小时。

各地的昼夜长短，因晨昏圈随太阳直射点的移动而发生变化。

在天文学上，昼弧和夜弧的大小，是以解球面三角形的方法计算的。在天球上，昼弧和夜弧

表现为太阳周日圈被地平圈的分割：周日圈

位于地平圈以上的部分是昼弧；地平圈以下

的部分是夜弧。具体的计算方法是，求日没

时的太阳时角（t），即半昼弧长度；半昼弧

的二倍即为昼弧，昼弧的共轭量就是夜弧。

不论昼夜长短的纬度分布或其季节变化，是昼长夜短，还是昼短夜长，都有一个

半昼弧t是否＞90°的问题。

昼夜等长条件：t＝90°，则cost＝0，这便要求式中等号右侧的φ和δ，必须有

一个是零。

若φ＝0°，即在赤道上，不论太阳赤纬δ怎样因季节而变化，那里终年昼夜等

长。重复说明一下，赤道和晨昏圈都是地球

大圆，因而总是互相等分。这在图4-11的

天文三角形中，可以直观地看出：若φ＝

0°，则仰极高度为0°，P（天北极）位于