地理學(xué)科中的對稱性探討

張?jiān)虑?/p>

[摘要]地球這個(gè)球體具有高度的對稱性，具體表現(xiàn)在空間對稱、時(shí)間對稱和特殊對稱。利用其對稱性可巧解一些地理習(xí)題。

[關(guān)鍵詞]地理學(xué)科 地球 對稱

[中圖分類號] G633.55 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 16746058（2015）070120

地理學(xué)研究的主體是人地關(guān)系，可以說地理問題主要發(fā)生的區(qū)域都在我們?nèi)祟愘囈陨娴牡厍蛏希厍蜻@個(gè)球體具有高度的對稱性，利用它的基本特性可以巧解一些地理習(xí)題。筆者經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)不少的地理習(xí)題都可以用對稱的原理來解決，既快又準(zhǔn)確?，F(xiàn)將這方面所得整理成文，供大家共同研究和參考。

一、空間對稱

1.南北對稱。地球以赤道為對稱軸，基本上是南北對稱的，根據(jù)南北對稱，有一些地理習(xí)題是可以簡單地解決的。例如，南北半球同緯度的地方線速度是相同的，主要是因?yàn)樵谝粋€(gè)恒星日內(nèi)，同緯度質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡周長是相等的。另外，在不同半球但緯度相同的兩地，兩地的晝長是分別和對方的夜長相等的。又如，利用對稱性可以巧解太陽高度角的習(xí)題。太陽高度從太陽直射點(diǎn)向南北兩側(cè)遞減，根據(jù)對稱性可以知道，距離直射點(diǎn)弧度相等的點(diǎn)的太陽高度是相等的。另外也可以得到，從晨昏線開始向直射點(diǎn)方向，弧度和太陽高度是相等的，從90度即從直射點(diǎn)開始，弧度和太陽高度之和是90度。

2.東西對稱。地球是一個(gè)球體，自從有了經(jīng)緯度后，就有了地球上的一些事物的東西對稱性。例如，經(jīng)度即是從0度開始分別向東向西各180度，這就是一種對稱性的體現(xiàn)。我們可以根據(jù)對稱性來解決一些地理問題。例如，相隔180度的任意兩點(diǎn)的經(jīng)度數(shù)之和是180度，東西經(jīng)度名稱相反，其實(shí)這也是對稱性的一種體現(xiàn)形式。地方時(shí)的計(jì)算也可以用對稱性來巧解，太陽高度90度所在的經(jīng)線的地方時(shí)是12點(diǎn)，從這一點(diǎn)向東向西經(jīng)度相差相同的點(diǎn)的地方時(shí)差值是相同的，不過一個(gè)是上午，一個(gè)是下午。又如中緯度地區(qū)，從大陸東西兩岸到中部的自然帶是對稱的，主要是從森林到草原再到荒漠的對稱。例如，亞歐大陸的中緯度地區(qū)，從東岸或西岸到大陸中部，陸地自然帶呈現(xiàn)由溫帶落葉闊葉林帶、溫帶草原帶到溫帶荒漠帶的變化。

3.斜對稱。有的情況下，地理因素是很復(fù)雜的，標(biāo)準(zhǔn)的南北對稱和東西對稱并不多見，更多的是斜對稱。例如，大范圍的降水和風(fēng)力氣壓場的分布可能就是斜對稱。又如太陽高度的分布，是以直射點(diǎn)為中心向外遞減，可以畫出很多的等太陽高度角線，它上面不少點(diǎn)的太陽高度對稱是不規(guī)則的斜對稱。

二、時(shí)間對稱

有不少的地理事物有時(shí)間上的對稱，例如大洋巖石的年齡從大洋中脊向兩邊年齡越來越老。背斜和向斜的巖層分別以中心和槽部為軸線向兩邊形狀對稱，另外巖層的年齡也是對稱的。

三、特殊對稱

區(qū)位的空間對稱如城市功能區(qū)的劃分是一種特殊對稱。人文地理因素有不少分布是有規(guī)律的，從山麓到山頂，自然帶的分布具有對稱規(guī)律，而且布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候也是可以考慮到這種對稱性的。在山麓平原，地勢較平坦，土層深厚，土壤肥沃，一般布局種植業(yè)。緩坡布局經(jīng)濟(jì)林類，陡坡布局林業(yè)。找到了這種對稱性，學(xué)生在解題的時(shí)候就能根據(jù)對稱性規(guī)律很快找到解題規(guī)律，甚至可以舉一反三。又如，城市功能分區(qū)中也可能有一些對稱的規(guī)律，中心商務(wù)區(qū)（CBD）向外是住宅區(qū)，再向外是工業(yè)區(qū)，這也是一種對稱。再如，植物葉子的對稱和不對稱。有的植物葉子是對稱的，但是在特殊的環(huán)境中生長的植物葉子還有不對稱性，我們可以把不對稱性稱為對稱性的一種特例。向陽的地方葉子多一些，風(fēng)向作用可能形成旗形樹冠。

100多年前，德國科學(xué)家魏格納發(fā)現(xiàn)大西洋兩岸輪廓具有對稱性，假想非洲大陸和美洲大陸以前是連在一起的。通過調(diào)查研究，從古生物化石、地層構(gòu)造等方面找到了一些大西洋兩岸相同或相吻合的證據(jù)，提出了大陸漂移學(xué)說。我國著名地質(zhì)學(xué)家、中科院院士位夢華經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)北冰洋面積基本與南極洲面積相等，通過進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)如果把南極洲削平，放進(jìn)北冰洋里，則把北冰洋填滿。地球最高峰珠穆朗瑪峰高達(dá)8844.43米，扣除外力作用因素，應(yīng)與世界最深的海溝馬里亞納海溝深度相等。以上例子都是特殊對稱的體現(xiàn)。

實(shí)際上，還有很多地理事物成對稱分布。例如，中國地形，以秦嶺、昆侖山為對稱軸，山脈成對稱分布：北有賀蘭山，南有橫斷山脈；北有陰山，南有南嶺；北有阿爾泰山，南有喜馬拉雅山。美國墨西哥灣位于90°W，孟加拉灣位于90°E，美國有著名城市奧爾良，孟加拉國有大城市達(dá)卡，這兩個(gè)地區(qū)都是大型的油氣產(chǎn)區(qū)。以180°經(jīng)線為對稱軸，美國西海岸的一些城市與中國的城市大致成對稱分布。例如，“硅谷”舊金山與我國的青島，圣迭戈與上海。美國西部以新興工業(yè)為主，而我國東部是傳統(tǒng)工業(yè)基地，又有一些新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。中國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也具有對稱性，以長江沿岸滬寧杭經(jīng)濟(jì)區(qū)為對稱軸，北有環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)，南有珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)。

有關(guān)地理事物對稱性的例子不勝枚舉。地理要素的分布雖然有規(guī)律可言，但是也是很復(fù)雜的，地理學(xué)研究總結(jié)出來的地帶性規(guī)律和非地帶性規(guī)律就是很好的證明。因筆者水平和能力有限，本文難免有一些有待商榷的地方，希望能得到同行的指正。

（責(zé)任編輯 周侯辰）