太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的繪制及計(jì)算

1、1太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的繪制及計(jì)算太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的繪制及計(jì)算洛陽(yáng)市第十九中學(xué)（471000）王安周本刊在2015年第17期發(fā)表《日出日落時(shí)間和方位的計(jì)算及太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖的制作方法》[1]，經(jīng)過仔細(xì)閱讀發(fā)現(xiàn)一些值得商榷的地方，比如日出太陽(yáng)方位計(jì)算公式、赤道上日出方位、太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡的繪制等。以地面觀測(cè)者為中心，太陽(yáng)“東升西落”，24小時(shí)繞地軸并隨天球旋轉(zhuǎn)一周，其在天球上運(yùn)行的軌跡稱為太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)(簡(jiǎn)稱太陽(yáng)周日圈)。借助天

2、球坐標(biāo)體系，對(duì)其構(gòu)成要素、特點(diǎn)和繪制方法進(jìn)行量化分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡路徑圖準(zhǔn)確繪制。一、太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡探究一、太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡探究地球儀地軸水平橫放，固定粉筆垂直放于地球儀表面，撥動(dòng)地球儀自轉(zhuǎn)一周，記錄留下痕跡；多次重復(fù)上述操作且更換粉筆顏色，觀察留下的筆跡。表明地球僅自轉(zhuǎn)，不同季節(jié)太陽(yáng)直射點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡均為平行于緯線圈的一系列圓圈，范圍介于南北回歸線之間（圖1）。圖1僅自轉(zhuǎn)太陽(yáng)直射點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡僅自轉(zhuǎn)太陽(yáng)直射點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖2太陽(yáng)周日視

3、運(yùn)動(dòng)在天球上的投影太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)在天球上的投影地心天球是以地球球心為中心，以無(wú)限大為半徑，內(nèi)表面分布著各種各樣天體的假想球體。為了研究方便，引入天球坐標(biāo)體系，地球的地軸無(wú)限延伸與天球交點(diǎn)，分別為北天極和南天極，地球的赤道平面無(wú)限伸延與天球交線，就是天赤道[2]。若以地面觀察者為中心，觀測(cè)者和太陽(yáng)連線無(wú)限延長(zhǎng)與天球的交點(diǎn)，若把一太陽(yáng)日內(nèi)這些交點(diǎn)用平滑曲線連接起來(lái)，就是太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的軌跡，其實(shí)質(zhì)上就是一天中太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)軌跡在天球上投影（

4、圖2）。二、太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)構(gòu)成要素二、太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)構(gòu)成要素為了準(zhǔn)確描繪太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)的軌跡，假設(shè)觀察點(diǎn)所在緯度為，太陽(yáng)直射點(diǎn)所在緯度為，天球半徑??為，在圖2基礎(chǔ)上繪制圖3a、3b、3c。圖3a表示北緯的地平圈上二分二至日太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡分布圖，R?圖3b為圖3a的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖，可以揭示不同季節(jié)太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)在天球中的位置，圖3c為太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡在地平圈上的立體圖，更加清晰表示不同季節(jié)太陽(yáng)在天球中的位置。根據(jù)圖3中信息，對(duì)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的構(gòu)成要素

5、及其特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。（1）平行：由圖3a可知，在天球坐標(biāo)系中，不同季節(jié)的太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)圈都平行于天赤道，因此，相對(duì)于同一地平圈而言，太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌道面都相互平行[3]；南回歸線赤道北回歸線粉筆粉筆圖3北緯北緯的地平圈上二分二至日太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡分布圖、結(jié)構(gòu)圖和立體圖的地平圈上二分二至日太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡分布圖、結(jié)構(gòu)圖和立體圖?NNSSEEPPOOHHCCDDGGAA夏至冬至二分WWC冬至夏至天赤道二分北天極南天極3圖5北半球20N、40N

6、、70N地平圈上二分二至日太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡平面圖2太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)隨緯度變化圖太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)隨緯度變化圖根據(jù)立體圖形中的點(diǎn)線面的關(guān)系，夏至日（=2326′N）和二分日（=0）時(shí)，北半球不同緯??度的傾角、高度、距離和日偏角等要素進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見下表3和表4。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合地平面上WE、NS方向、太陽(yáng)方位以及日偏角等要素，繪制立體圖6。圖6夏至、冬至和二分日北半球各地太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)軌跡立體圖五、小結(jié)五、小結(jié)太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)隨緯度和季節(jié)變化與地

7、球運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)[5]，它可呈現(xiàn)太陽(yáng)方位、晝夜長(zhǎng)短、太陽(yáng)高度等內(nèi)容。本文主要結(jié)論如下：（1）不同季節(jié)的太陽(yáng)周日圈均與天軸（地軸）相垂直，因此，相對(duì)于同一地平圈而言，太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌道面都相互平行，且軌道傾角為；90????o（2）太陽(yáng)周日圈被地平圈分為兩部分，地平圈之上為晝弧，之下為夜弧，若晝弧大于夜弧，則該地晝長(zhǎng)夜短。赤道地區(qū)，地面圈與太陽(yáng)周日圈始終垂直且平分，因此赤道上始終晝夜平分；（3）日出方位角計(jì)算公式為：，為當(dāng)?shù)鼐暥?，為赤緯。?/p>

8、分日，赤道arcsin(sincos)??????地區(qū)太陽(yáng)正東升起、正西落下，但并非永遠(yuǎn)東升西落。夏至日，赤道上日出太陽(yáng)方位為東偏北2326′，即日出東北、日落西北。主要參考文獻(xiàn)：主要參考文獻(xiàn)：[1]易承望.太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖的制作方法[J].地理教學(xué)2015(17):2526.[2]劉立昌.關(guān)于講授太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)的難點(diǎn)突破[J].中學(xué)教學(xué)參考2011(9):9293.[3]劉丹.太陽(yáng)周日視運(yùn)動(dòng)圖與日太陽(yáng)高度變化圖的判讀[J].中

9、學(xué)政史地2009(1):5659.[4]劉運(yùn)明.地理教學(xué)中關(guān)于日出日落方位的探討[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)2015(5):141.[5]趙國(guó)峰.從太陽(yáng)視運(yùn)動(dòng)入手正確認(rèn)識(shí)日出日落時(shí)的太陽(yáng)方位[J].地理教學(xué)2012(16):2629.表3夏至日北半球不同緯度的周日視運(yùn)動(dòng)構(gòu)成要素緯度傾角H正午H子夜距離日偏角0906634′―6634′0.397R2326′20N708634′―4634′0.423R2502′2326′N6634′90―43