极昼地区太阳运动分析

极昼区的太阳视运动特点

极昼区，即出现太阳终日（24小时）不落现象的地区。在同一个太阳日内，极昼区内不同纬度地点虽然都有极昼现象，但它们的太阳高度（角）日变化及其太阳周日视运动轨迹却迥然不同。对于极昼区内太阳视运动问题的阐释，教师感觉难讲，学生也大都不明，下面

分类图示例析如下，请参考。

一、南、北极点太阳周日视运动特点

每年春分（3月21日前后）至秋分（9月23日前后），阳光直射北半球，为北极点极昼期；秋分至次年春分，阳光直射南半球，则为南极点极昼期。由于南、北极点位于地球自转轴上，其角速度和线速度为0，因此，当其处于极昼期时，全天24小时太阳高度角为恒值（不变），并且其太阳高度的大小取决于阳光直射点的纬度。运用正午太阳高度的计算公式（h＝90°－（90°－直射点的纬度）），可推知h＝直射点所在的纬度数,即极点太阳高度角的大小恰好等于阳光直射点的纬度。例如，当阳光直射20°N时，北极点全天太阳高度角为20°；又如，当阳光直射15°S时，南极点太阳高度角终日为15°。由于阳光直射点以回归年为单位在南北回归线之间来回移动，所以南、北极点在其极昼期内的太阳高度变化范围为0°～23°26′。 当阳光某日直射南、北纬h°时，南、北极点太阳高度角的日变化曲线及其视运动轨迹，如图1、图2、图3所示。

图示说明：①在极点处观察到的太阳高度角终日不变，太阳视运动轨迹所确定的平面与地平面平行。②从北极点地平圈上来看，太阳视运动方向为逆时针方向（或从北极点上空看，太阳视运动呈顺时针方向）；从南极点地平圈上来看，太阳视运动方向为顺时针方向（或从南极点上空看，太阳视运动呈逆时针方向）。③北极点为地球最北端，其四面八方均为南方；南极点为地球最南端，其四面八方为北方。④阳光直射赤道时（二分日），南、北极点太阳高度终日为0°，该日太阳沿地平线移动，此现象不属极昼现象。

【例1】下图为某科考队员在某地观测到的太阳高度日变化示意图，这一天他观察到的太阳在天空呈逆时针方向运行。据此回答下面（1）—（2）题。

（1）该科考队员所处的纬度位置是（ ） A.68°S B.68°N C.90°S D.90°N

（2）假设图示太阳高度为该地一年中的最大值，则（ ） A.地球上的热带范围将变大 B.地球上温带范围将变小

C.地球上有极昼、极夜现象的范围将变小

D.濮阳（纬度约为36°N）正午太阳高度的年变化幅度将变大 【解析】 第（1）题，地球上太阳高度整日不变的只有极点。极昼期间，北极点观察到的太阳视运动方向为逆时针方向；南极点观察到的太阳视运动方向为顺时针方向。故第（1）题D项正确。第（2）题，北极点极昼期间，每日的太阳高度与阳光直射点的纬度数相等，其大小随直射点的南北移动而变化。若此日南极点的太阳高度（22°）为一年中的最大值，说明黄赤夹角变小，则南北回归线的度数由23°26′缩小为22°，南北极圈的度数由66°34′增大为68°，进而可知地球上的热带范围缩小，寒带（即有极昼、极夜现象的地区）缩小，而温带范围则变大，故第（2）题C项正确；据正午太阳高度的计算公式可推知，温带地区正午太阳高度的年变化幅度为黄赤夹角度数的2倍。黄赤夹角变小，濮阳正午太阳高度的年变化幅度也将变小。 【答案】 （1） D （2） C

二、极昼圈上太阳周日视运动特点

所谓极昼圈，就是指刚刚出现极昼现象的纬线圈，即出现极昼现象的最低纬度圈。极昼圈的大小随着阳光直射点的南北移动而张缩。以北半球为例，春分（3月21日前后）过后，阳光直射点由赤道逐渐向北移动，极昼圈则由北极点（90°N）逐渐向南扩展；到夏至时，阳光直射23°26′N，极昼圈扩大到年内最大值,此时极昼圈就是北极圈,即66°34′N。夏至过后，阳光直射点又由23°26′N向南移动，极昼圈则由北极圈向北逐渐缩小；到秋分时，极昼圈缩小至北极点，北半球极昼现象结束。在极昼圈张缩过程中，阳光直射点所在的纬度始终与极昼圈的纬度互余。显然，极昼圈的纬度年内变化范围为66°34′～90°。

极昼圈上，全天24小时内太阳高度最小值为0°，出现在当地时间0时（或24时），此时太阳视运动轨迹与地平圈相切；太阳高度最大值就是当地正午太阳高度，其大小为阳光直射点所在纬度数的2倍（根据正午太阳高度的计算公式即可推知）。显然，冬至或夏至时极昼圈上的正午太阳高度达到一年内的最大值，即46°52′。 当阳光某日直射南、北纬h°时，极昼圈（其纬度为南、北纬（90°－h°））上某地点太阳高度的日变化曲线及其视运动轨迹，如图4、图5、图6所示。

图示说明：①北半球极昼圈上，太阳日出（0时）、日落（24时）于正北方，并且人的视线越过北极点看到日出、日落；正午（地方时12时）太阳位于正南方。②南半球极昼圈上，太阳日出（0时）、日落（24时）于正南方，并且人的视线越过南极点看到日出、日落；正午（地方时12时）太阳位于正北方。③极昼圈上，无论是南半球还是北半球，太阳前半天在东半部分天空均表现为升起状态，后半天在西半部分天空均表现为日落状态。“注视北方，左西右东”的方位判定法则适用于极点外的任何地区。④极昼圈纬度度数与阳光直射点所在纬度度数互余。

【例2】 下图为我国一科考队员在A地点手绘的某日太阳运行轨迹图，箭头表示太阳运行方向。当太阳位于图中B点时，该科考队员手表显示16点（北京时间）。据此回答（1）—（2）题。

（1）观察地点的地理坐标可能是（ ） A.60°S，120°W B. 60°N，60°E C.70°S，120°W D. 70°N，60°E （2）该日，太阳升起的方向是（ ） A.地平正北方向 B. 地平东北方向 C.地平东南方向 D. 地平正东方向

【解析】第（1）题，根据太阳升落的运行方向可知，该地位于北半球，且B点时太阳位于正南方天空。图示太阳视运动轨迹正好与地平面相切可知，说明该地该日刚好发生了极昼现象，即A点位于极昼圈上。极昼圈上正午太阳高度等于直射点纬度的2倍，由正午太阳高度为40°，知此日太阳直射20°N，进而知此日极昼圈纬度为70°N（即90°－20°）。太阳位于B点时，为当地正午12点，而此时北京时间（120°E地方时）为16点，根据时间换算关系可得知该地经度为60°E。故第（1）题D对。第（2）题，北半球极昼圈上，太阳在子夜0时从地平的正北方向升起（人的视线越过北极点看到日出），又在第二天的子夜0时落于地平的正北。 【答案】 （1） D （2） A

三、极点与极昼圈之间地区的太阳周日视运动特点

在极点与极昼圈之间的极昼地带，全天24小时太阳高度角都大于0°，其中日最小太阳高度角与正午太阳高度角之和等于阳光直射点纬度数的2倍，并且日最小太阳高度角的度数等于该地纬度与极昼圈之间相隔的纬度数（由正午太阳高度的计算公式外延而得）。例如，当阳光直射20°N时，极昼圈为70°N， 80°N上的正午太阳高度为30°（据正午太阳高度的计算公式而得），其最小太阳高度角则为10°（即2×20°－30°＝10°），该度数也正好是70°N极昼圈与80°N的纬度差。

当阳光某日直射南、北纬h°时，极昼圈纬度为90°－h°，此时处于极点与极昼圈之间地带的某地点太阳高度日变化曲线以及太阳视运动状况如图7、图8、图9所示。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c1bo.html