太陽周日視運動軌跡的繪制及計算

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

2、球坐標體系，對其構(gòu)成要素、特點和繪制方法進行量化分析，實現(xiàn)了對其運動軌跡路徑圖準確繪制。一、太陽周日視運動軌跡探究一、太陽周日視運動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，撥動地球儀自轉(zhuǎn)一周，記錄留下痕跡；多次重復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)太陽直射點運動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)太陽直射點運動軌跡僅自轉(zhuǎn)太陽直射點運動軌跡圖2太陽周日視

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

4、圖2）。二、太陽周日視運動構(gòu)成要素二、太陽周日視運動構(gòu)成要素為了準確描繪太陽視運動的軌跡，假設觀察點所在緯度為，太陽直射點所在緯度為，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視運動軌跡分布圖，R?圖3b為圖3a的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖，可以揭示不同季節(jié)太陽視運動在天球中的位置，圖3c為太陽視運動軌跡在地平圈上的立體圖，更加清晰表示不同季節(jié)太陽在天球中的位置。根據(jù)圖3中信息，對太陽周日視運動的構(gòu)成要素

5、及其特點進行詳細分析。（1）平行：由圖3a可知，在天球坐標系中，不同季節(jié)的太陽周日視運動圈都平行于天赤道，因此，相對于同一地平圈而言，太陽周日視運動軌道面都相互平行[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視運動軌跡分布圖、結(jié)構(gòu)圖和立體圖的地平圈上二分二至日太陽視運動軌跡分布圖、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視運動軌跡平面圖2太陽周日視運動隨緯度變化圖太陽周日視運動隨緯度變化圖根據(jù)立體圖形中的點線面的關(guān)系，夏至日（=2326′N）和二分日（=0）時，北半球不同緯??度的傾角、高度、距離和日偏角等要素進行了計算，結(jié)果見下表3和表4。根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合地平面上WE、NS方向、太陽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視運動軌跡立體圖五、小結(jié)五、小結(jié)太陽周日視運動隨緯度和季節(jié)變化與地

7、球運動密切相關(guān)[5]，它可呈現(xiàn)太陽方位、晝夜長短、太陽高度等內(nèi)容。本文主要結(jié)論如下：（1）不同季節(jié)的太陽周日圈均與天軸（地軸）相垂直，因此，相對于同一地平圈而言，太陽周日視運動軌道面都相互平行，且軌道傾角為；90????o（2）太陽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，則該地晝長夜短。赤道地區(qū)，地面圈與太陽周日圈始終垂直且平分，因此赤道上始終晝夜平分；（3）日出方位角計算公式為：，為當?shù)鼐暥龋瑸槌嗑?。?/p>

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

9、學政史地2009(1):5659.[4]劉運明.地理教學中關(guān)于日出日落方位的探討[J].安慶師范學院學報2015(5):141.[5]趙國峰.從太陽視運動入手正確認識日出日落時的太陽方位[J].地理教學2012(16):2629.表3夏至日北半球不同緯度的周日視運動構(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