圖解晝夜長短和正午太陽高度的周年變化

金衛東

由于黃赤交角的存在使得太陽直射點在南北回歸線及其之間做回歸運動，導致各地晝夜長短和正午太陽高度發生周年變化。而晝夜長短和正午太陽高度的周年變化是學習的難點，本文想通過圖解的辦法加以解決。

一、 觀察的角度不同，地軸的傾斜方向和節氣的位置不同

從圖1中箭頭A的角度看，得出圖1中地軸是東北——西南向傾斜，以及二分二至日的位置；從圖1中箭頭B的角度看，得出圖2中地軸是西北——東南向傾斜，二分二至日的位置與圖1中正好相反。這并不是說地軸是隨意傾斜的，地軸的空間指向和黃赤交角的大小一般看作是不變的，而圖1和圖2中的差異是觀察角度不同造成的。

在圖1中標注出了二分二至日的晝夜長短和正午太陽高度隨緯度的分布規律、南北半球的晝夜長短情況、極晝和極夜出現的范圍、晨昏線的位置關系、晨昏線所在平面與地軸的夾角、地球公轉方向、太陽直射點南北移動方向、最值出現的范圍、每個節氣太陽直射點的位置和時間等。圖中陰影部分為夜半球。

二、以北半球為例說明晝夜長短的周年變化（見圖3）

圖中“=”代表晝夜等長，“+”代表晝漸長，“-”代表晝漸短；“∧”夜漸長，“∨”代表夜漸短；“M”代表晝最長夜最短，“Q”代表晝最短夜最長。

由圖3可知：當太陽直射點位于北半球時，北半球晝長夜短；位于南半球時，北半球晝短夜長。當太陽直射點北移時，北半球晝漸長、夜漸短；當太陽直射點南移時，北半球晝漸短、夜漸長。南半球則相反。

三、 以北京（40°N）為例說明正午太陽高度的周年變化（見圖4）

圖中“A”代表正午太陽高度為年平均值（二分日的正午太陽高度），“+”代表正午太陽高度增高，“-”代表正午太陽高度降低；“max”代表一年中最高的正午太陽高度，“min”代表一年中最低的正午太陽高度。

由圖4可得：以北京（可代表北回歸線與北極圈之間的地區）為例，當太陽直射點北移時，正午太陽高度增高；當太陽直射點南移時，則正午太陽高度減低。其他地區同學可結合太陽直射點的位置和移動方向，效仿這種方法自行分析。