1.3太阳视运动

人们在地平圈上感觉到太阳是东升西落的，且有它的运动路线，我们把某一天中太阳在天球上的运动叫做太阳的视运动，如图4。可见，太阳视运动图是一种视觉效果，能揭示太阳在天球上的运动的相对方位的变化，再和教材某些知道点结合是一个常常被采用的命题点。

2.太阳视运动图的相关知识点

2.1日出和日落的方位

当太阳直射在δ°N时，非极昼（夜）区的太阳都是东偏北δ°角升起，西偏北δ°角落下。

当太阳直射在δ°S时，非极昼（夜）区的太阳都是东偏南δ°角升起，西偏南δ°角落下。

当太阳直射在赤道时，除两极点外，太阳都从正东方升起，正西方落下。

注：因北（南）极点的四周都是正南（北）方，所以每时每刻的太阳都在正南（北）方。

2.2正午时刻太阳在天球上的方位和高度

某日太阳直射纬线上的各地，该日正午时刻太阳位于天球的天顶。

某日太阳直射纬线以北的各地，该日正午时刻太阳位于天球的正南方。

某日太阳直射纬线以南的各地，该日正午时刻太阳位于天球的正北方。

正午太阳高度的计算：H = 90°－Δφ （Δφ表示纬度差）

2.3极夜区某一地的子夜(0：00)的太阳高度及在天球上的方位

子夜时刻的太阳高度h = φ当地－φ外围

注：φ当地表示当地的纬度，φ外围表示极昼区最低纬线的纬度，公式的证明较简单，此略。

方位：与正午时刻在天球上的方位相反

如：当太阳直射在22°N时，试计算85°N在0：00时的太阳高度角，并说出此时太阳在天球上的方位。

简析：当地纬度为85°N，外围纬线的纬度与太阳直射纬度互余，所以

h = 85°－（90°－22°）= 17°

方位为正北方（因正午时刻为正南方）

2.4上午和下午的任一时刻，太阳在天球上的方位

例1：当太阳直射在20°N时，请说明上午和下午的任一时刻太阳在天球上的方位。

先画出这时的太阳视运动示意图，如下图，

据前面所述可知日出点在东偏北20°角的A点，日落点在西偏北20°角的图中的B点，先计算昼长：

Cost =－tanδ×tan φ

δ表示太阳赤纬，φ表示地理纬度，t表示昼弧的一半。在计算时，按照习惯，δ和φ都以北半球为正号，南半球为负号。再算太阳运动的角速度。

但用这公式计算很麻烦，可采用估计的方法处理：

以二分日为对照，太阳运动的角速度为：

180°÷12h = 15°/时

而∠1 = 20°且20°÷15°/h = 1小时20 分钟

于是：日出到日出后1小时20分内（即A→D）,太阳位于东北方，D点的太阳在正东，之后到正午（即D→C）太阳位于东南方，正午（对应C点）在正南，之后一直到日落前1小时20分内（即C→F）太阳位于西南，F点的太阳在正西，之后的1小时20分内位于西北。

例2：当太阳直射在以下纬线时，画图说明此日直射纬线上某点的太阳在天球上的方位的变化情况。

（1）20°S （2）20°N （3）0°

答：作图如下：

从图中可以看出：

在图（1）中，当太阳直射在南半球时，太阳视运动平面由A、B和天顶三点决定，上午任意时刻太阳均位于天球的东南方下午任意时刻均位于天球的西南方（地物的影子朝向与此相反）。

同理：当太阳直射在北半球时，上午任意时刻太阳均位于天球的东北方，下午任意时刻均位于天球的西北方（图2）；当太阳直射在赤道时，上午任意时刻太阳均位于天球的正东方，下午任意时刻均位于天球的正西方（图3）。

3.画太阳视运动示意图的相关点

3.1非极昼（夜）区的地点有三个相关点

日出点、日落点和正午点

3.2极昼区的地点有二个相关点

子夜（0：00）和正午（12：00）

3.3画图步骤

第一步画底图，如图2或图3（极点都是同一方位）

第二步计算相关点的有关数据，并确定其方位

第三步描点并连线（抛物线或椭圆，实际上是大圆或大圆的一段弧线）

例当太阳直射在20°N时，画出下列纬度的太阳视运动示意图。

（1）20°N（图1）

（2）赤道 （图2）

（3）50°N（图3）

（4）70°N（图4）

（5）80°N （图5）

（6）90°N（图6）

简析：前面的3道小题要找三个相关点，后面的3道只找二个相关点。

如（2）小题的三个相关点如下：

日出点 在东偏北20°的A点

日落点 在西偏北20°的B点

正午点 在天球上正北方且H=90°－（20°－0°）=70°的图中的C点

再如第（5）题的二个相关点如下：

正午相关点 H=90°－（80°－20°）= 30°即∠2 = 30° 方位在天球的正南方

0：00相关点 h = 80°－（90°－20°）= 10°即∠1=10°方位在天球的正北方

注：前3个小题过三个相关点连成抛物线，而后3个小题是过二个相关点连成圆；北极点的四周都是正南方。

4.相关知识点

4.1极昼区的正午太阳高度（H）和子夜（0：00）太阳高度h与太阳直射纬度δ之间的数量关系（φ当地表示当地的纬度，φ外围表示极昼区最低纬线的纬度）

在前面的第（5）题图中

h = ∠1 =φ当地－φ外围

φ外围 = 90°－δ

H = ∠2 = 90°－Δφ

Δφ =φ当地－δ

所以：

H＋h = [90°－（φ当地－δ）]＋[φ当地－(90°－δ)]

故 δ = （H＋h）÷2

4.2极点在极昼期间，每天的太阳高度大小是个定值，且等于太阳直射纬度δ

从理论上讲，极点是所有经线的交点，所以没有地方时，因此也没有正午太阳高度这一概念，于是一天中，太阳高度是个定值。

如下图，

以北半球的夏至日为例，对北极点N来说，地平线NA和太阳光线NB的空间位置不随地球的自转而发生变化，所以一天的每时每刻的太阳高度都为h，且不难得出∠h = ∠1 =δ。

所以前面的第（6）题的图中，北极点该日的太阳视运动路线与地平圈平行，且h =δ = 20°（因四周都是正南方，所以子夜和正午时刻的太阳在天球上的方位都是正南方）。

5.太阳视运动的一般规律

1．同一纬度地区日出、日落方位的时间变化（加上日出、日落方位的偏角可根据公式）

变化呈现如下规律：二分日日出正东、日落正西；

从春分到夏至，偏北且偏角渐大；

从夏至到秋分，偏北且偏角渐小；

从秋分到冬至，偏南且偏角渐大；

从冬至到次年春分，偏南且偏角渐小。

2．同一日期日出、日落方位的纬度差异

在春分日和秋分日，全球各地（南北极点除外）太阳均从正东方升起，正西方落下；

在北半球夏半年（从春分日到秋分日），全球各地（极昼极夜地区除外）太阳均从东偏北方向升起，西偏北方向落下；

在北半球冬半年（从秋分日到次年春分日），全球各地（极昼极夜地区除外）太阳均从东偏南方向升起，西偏南方向落下。

同一日期，不同纬度地区日出、日落方位的偏角是不一样的，纬度越高，日出、日落方位的偏角就越大。

3．不同纬度地区日出、日落方位的时间变化

（1）赤道上：

当太阳直射赤道时日出正东、日落正西；

太阳直射北半球期间每天都日出东北、日落西北，且太阳直射点越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值，偏移角度为23°26′；

太阳直射南半球期间每天都日出东南、日落西南，且太阳直射点越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值，偏移角度为23°26′。

（2）北半球回归线以北至北极圈地区：

当太阳直射赤道时日出正东、日落正西；

太阳直射北半球期间每天都日出东北、日落西北，且太阳直射点越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值；

太阳直射南半球期间每天都日出东南、日落西南，而且太阳直射点越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日时日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值。

（3）北极圈上：

当太阳直射赤道时日出正东、日落正西；

太阳直射北半球期间每天都日出东北、日落西北，而且太阳直射点越靠北，日出、日落的方位越偏北，夏至日时出现极昼现象，日出、日落方位偏离正东、正西方向达到最大值，日出正北、日落正北；

太阳直射南半球期间每天都日出东南、日落西南，而且太阳直射点越靠南，日出、日落的方位越偏南，冬至日时出现极夜现象，没有日出、日落。

（4）北极点上：

当太阳直射赤道时太阳终日在地平圈上运动；

太阳直射北半球期间，北极点处于极昼，太阳终日与地平圈平行运动，太阳直射点越靠北，太阳运行的高度越高，日出正北、日落正北；

太阳直射南半球期间北极点处于极夜，没有日出、日落。

注意：实际上在一年中仅春秋分日各纬度地区日出、日落太阳方位是一样的。由于地球是一球体，因而除春秋分日外，不同纬度地区日出、日落方位与正东、正西方位的偏角是随纬度的升高而增加的。

4.正午太阳方位

北回归线以北地区，一年四季正午太阳都在正南；南回归线以南地区都在正北；南北回归线之间，在阳直射点以北的地区正午太阳在正南。反之在正北。如果北极发生极昼，正午太阳在正南（太阳直射北半球）；如果南极发生极昼，正午太阳在正北（太阳直射南半球）

读“某日太阳视运动图”（下图），当太阳位于A点时，北京时间为16时。回答下列问题：

该地地理坐标为（_____，_____）

解析：1.地理坐标先判读经度：当太阳位于A点时，北京时间为16时，当地地方时为12时.当地经度为60ºE。

2后判读纬度；已知当地正午太阳高度，但不知直射点纬度，不能通过正午太阳高度计算当地纬度，从题中可知的另外信息是：当地最小太阳高度是0º。这样已知条件有：最小太阳高度是0º，最大太阳高度是46º，且最大太阳高度出现在南方，直射点纬度不变，求当地地理纬度。

把这些条件表示在图中，见下图：

C代表直射点，AB表示当地所在的纬度，A表示最小太阳高度0 º 所在的位置，B表示最大太阳高度46º所在的位置。由前面所讲可知：

最小太阳高度0 º与直射点太阳高度90 º相差90 º，那么A与直射点的纬度距离也应该是90 º，则∠AOC=90º。

最大太阳高度46º与直射点太阳高度90º相差44º，那么B与直射点的纬度距离也应该是44º，则∠BOC=44º。

由上可知∠AOB=46º，那么∠NOB=23º，所以：AB所在纬度为67ºN，直射点所在纬度为23ºN。

因而得出最终结论：某地太阳高度（不是正午太阳高度）与直射点太阳高度（为90º）的差值等于某地与直射点所在大圆上的弧度距离。而正午太阳高度计算公式是限定了前提条件（正午太阳高度）后的一个简化公式。

答案：地理坐标（60ºE，67ºN）

下图为某地住宅建筑冬夏正午日照示意图。回答2～3题。

2．该地可能是( )

A．刚果盆地 B．撒哈拉沙漠南缘C．巴西高原 D．北美洲五大湖地区

3．仅考虑地球运动，图示窗户、屋檐搭配对室内光热的影响有( )

①利于夏季遮阳、冬季采光　②冬至到春分，正午室内的日照面积逐渐增大　

③春分到夏至，正午屋檐的遮阳作用逐渐增强　④利于减少室内能源消耗

A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④

解析：第2题，从题干“冬夏正午日照”以及图中信息可知，冬夏正午太阳高度差为46°52′，且冬夏正午时太阳均在南方天空，图示有文字南，北，所以该地位于北回归线以北地区。从上述分析可以排除刚果地、撒哈拉沙漠南缘、巴西高原，故 “北美洲五大湖地区”是正确答案。

第3题，从地球运动的角度看，从冬至到春分，正午太阳高度角越来越大，正午室内的日照面积逐渐减小，排除②，故C项正确。 答案：2.D 3.C

写在最后：

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END

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