把握地球運動規(guī)律 提升地理解題能力
——極晝極夜現(xiàn)象難點例析

甘肅 李佳瑞

“地球運動的地理意義”既是高考地理復習教學的一個重要考點，也是一個難點。許多同學在學習晝夜長短變化、正午太陽高度的計算、太陽視運動等內(nèi)容時，由于對地球的自轉和公轉規(guī)律認識不到位，空間思維能力不強，做題時感到無從下手，尤其是涉及有關極圈內(nèi)特殊的光照現(xiàn)象的問題，更是難上加難。為了讓學生突破這個瓶頸，游刃有余地解答此類題目，現(xiàn)做簡要歸納分析。

一、極晝與極夜起始緯度的計算

1.基本規(guī)律

(1)由于地球公轉時黃赤交角的存在和地軸的方向不變，南北極圈及其以內(nèi)每年會出現(xiàn)極晝極夜現(xiàn)象，緯度愈高，極晝極夜出現(xiàn)的天數(shù)愈多。且由于地球的公轉速度不均勻，北極點周圍極晝?yōu)?86天，極夜為179天；南極點周圍極晝?yōu)?79天，極夜為186天。

(2)由于極晝極夜現(xiàn)象只出現(xiàn)在地球上的南北極圈及其以內(nèi)，因此極晝與極夜范圍大小的變化也發(fā)生在南北極圈及其以內(nèi)，其變化規(guī)律如下圖：

(3)太陽直射點所在的半球，極點周圍出現(xiàn)極晝，另一半球的極點周圍出現(xiàn)極夜，而且出現(xiàn)極晝極夜的最低緯度南北對稱。如70°N以內(nèi)出現(xiàn)極晝時，70°S以內(nèi)為極夜；70°N 以內(nèi)出現(xiàn)極夜時，70°S以內(nèi)出現(xiàn)極晝。

(4)晨昏線與哪條緯線相切，該緯線圈與極點之間的范圍就會出現(xiàn)極晝極夜現(xiàn)象，計算公式為：

極晝(極夜)的起始緯度=90°-太陽直射點的緯度

2.典型例題

5月1日“勞動節(jié)”地球上出現(xiàn)極晝現(xiàn)象的最低緯度大致為

( )

A.80°N B.70°N C.75°N D.85°N

【解析】由于5月1日為春分日過后40天，太陽直射點大約每4天向北移動1°，所以5月1日太陽直射點約為10°N,根據(jù)極晝的起始緯度與太陽直射點所在的緯度互余可知，出現(xiàn)極晝的范圍為80°N以北，答案選A項。

二、子夜與正午太陽高度的計算

1.基本規(guī)律

(1)極圈內(nèi)只在極晝期內(nèi)才有太陽高度的日變化，在極晝的緯度范圍內(nèi)，不同緯度的太陽高度是不一樣的，緯度越高，正午太陽高度變化越小(由46°52′減小到23°26′)，極點為23°26′。

(2)極晝區(qū)一天最小(地方時午夜24:00)最大(地方時正午12:00)太陽高度之和為太陽直射點緯度的2倍。

(3)子夜太陽高度=當?shù)鼐暥?出現(xiàn)極晝的最低緯度=當?shù)氐牡乩砭暥?太陽直射點的緯度-90°。

2.典型例題

人們可用觀測日影的方法來測量所在地的緯度。如下圖所示，OL為當?shù)匾回Q立直桿，OP和OQ是某日不同時刻OL的日影。

圖中直桿所在地的緯度為

( )

A.80°S B.80°N C.75°S D.65°N

解法一：從圖可以看出，OP和OQ兩個日影朝向分別為正南和正北，且太陽高度角分別為25°、5°，說明兩個時刻分別為正午和子夜，此地正值極晝。該地正午日影朝南，說明該地在南半球，排除B、D兩項；該日的太陽直射點緯度為(25°+5°)/2=15°S；該地的地理緯度為90-(25°-5°)/2=80°S。

解法二：設該地的地理緯度為x，太陽直射點為y，25°和5°分別為該日最大和最小太陽高度角，根據(jù)正午太陽高度與最小太陽的計算公式可以得出：

綜上可知，答案選A項。

三、極晝極夜起始時間的計算

1.基本規(guī)律

(1)由于太陽光線和晨昏線所在的平面始終垂直，所以太陽直射點的移動的緯度數(shù)和極晝(極夜)范圍變化(擴大或縮小)的緯度數(shù)相同。太陽直射點大致每月移動8°，約4天移動1°，極晝(極夜)的范圍也每4天大致變化1°。

(2)極圈內(nèi)某一緯度極晝起始與結束的日期，北極圈以北大致以夏至日(6月22日)“對稱”，南極圈以南以冬至日(12月22日)“對稱”；極夜的起始與結束日期，北極圈以北以12月22日“對稱”，南極圈以南以6月22日“對稱”。

(3)若同一地點兩日期關于春分日(或秋分日)對稱，則該地點兩日期晝夜長短相反。如9月1日和10月15日是關于秋分日“對稱”的兩個日期，位于80°N的某地，9月1日的晝長等于10月15日的夜長，9月1日的夜長等于10月15日的晝長；若同一地點關于夏至日(或冬至日)對稱，則該地點兩日期晝夜長短相等，且兩日期正午太陽高度相等。如5月1日和8月13日是關于夏至日“對稱”的兩個日期，這兩天位于80°N的某地晝夜長短和正午太陽高度相同。這個“日期對稱”規(guī)律在全球各緯度都存在。

2.典型例題

(2016年天津卷)2011年7月17日，我國南極中山站(69°22′S，76°22′E)越冬科考隊的隊員們迎來了極夜后的第一次日出。據(jù)材料回答1，2題。

1.當中山站“第一次日出”時，若在天津觀測太陽，太陽位于觀測者的

( )

A.東北方向 B.東南方向

C.西北方向 D.西南方向

2.中山站極夜持續(xù)的時間是

( )

A.30天左右 B.50天左右

C.70天左右 D.90天

【解析】第1題，中山站位于南極圈內(nèi)，7月17日，當中山站極夜后出現(xiàn)“第一次日出時”該日晝長由前一天的0小時到大于0小時，即日出的地方時(76°22′E)為12時之前的較短時刻，此時天津約為15時太陽位于西南方向。故選D 項。

第2題，材料中指出，7月17日極夜結束，從6月22日前后(北半球夏至日是南極地區(qū)極夜的中間點)至7月17日，根據(jù)持續(xù)時間約為25天，根據(jù)對稱性原理，6月22日之前也有25天，即中山站極夜持續(xù)時間大致為50天。故選B 項。

【答案】1.D 2.B

四、極晝區(qū)太陽的視運動

1.基本規(guī)律

(1)極晝?nèi)ι咸柛叨鹊淖兓惶扉_始時(子夜)太陽高度為0°，之后逐漸增大，到正午時達到最大值，然后又逐漸變小。該日結束時太陽又位于地平線上，太陽高度又為0°，如下圖：

(2)在極點上，一天24小時，太陽始終位于天空某一高度，沒有變化，其高度等于太陽直射點的緯度數(shù)，如下圖：

(3)在極晝?nèi)εc極點之間，一天開始時，太陽高度等于該地與極晝?nèi)Φ木暥炔?∠1)，之后開始增大，正午時達到最大值(∠2)，正午過后逐漸變小，太陽仍位于地平線之上，并且高度與一天開始的時間相同，如下圖：

2.典型例題

我國第四個南極科學考察站——泰山站(73°51′S，76°58′E)于2014年2月8日正式建成開站。下圖示意某科考隊員當日拍攝的一天太陽運動軌跡合成圖。讀圖回答3，4題。

3.該日太陽位于圖示F位置時

( )

A.泰山(36°N,117°E)旭日東升

B.東京(36°N,141°E)夕陽西斜

C.紐約(41°N,74°W)烈日當空

D.開普敦(34°S,18°E)夜色深沉

4.次日泰山站

( )

A.日出正南 B.太陽高度變大

C.白晝變短 D.極晝即將開始

【解析】第3題，讀圖可知，太陽位于F點時太陽高度最大，為正午12時，此時我國泰山(36°N,117°E)地方時為15時，不是旭日東升；同樣計算，東京的地方時約為2月8日16時20分，接近夕陽西下；紐約的地方時大約是2月8日2時，不是烈日當空；開普敦為2月8日8時左右，也不是夜色深沉。故選B項。

第2題，2月8日太陽在南半球且向北移，泰山站太陽在東南升起，正午太陽高度逐漸變小；晝長于夜，且晝漸短，夜?jié)u長；此日，大約77°S以南地區(qū)處于極晝，且極晝范圍逐漸縮小，在泰山站極晝已經(jīng)消失。故選C項。

五、極晝范圍的日影變化

1.變化規(guī)律

(1)影子長短的變化

出現(xiàn)極晝的緯線圈范圍內(nèi)，子夜時(24時)太陽高度角最小，影子最長；正午時太陽高度最大日影最短；在極晝的極點上，由于太陽高度基本不變，影子長短也無明顯變化。

(2)日影方向的變化

在北半球的夏半年，北半球的極晝范圍內(nèi)(北極點除外)，子夜時太陽位于正北方，日影朝向正南。正午時太陽位于正南方，日影朝向正北。在一天內(nèi)，日影變化方向和太陽運動方向一致，成順時針方向。北極點上太陽一直位于正南方，日影總指向正南，因為北極點四面都是南。

在南半球的夏半年，南半球的極晝范圍內(nèi)(南極點除外)，子夜時太陽高度最小且位于正南方，影子朝正北。正午時，太陽位于正北方，日影朝向正南。在一天內(nèi)，日影變化方向與太陽運動方向一致，呈逆時針方向。南極點上太陽一直位于正北方，日影總指向正北，因為南極點的四面都是北。

2.典型例題

2020年7月1日14時(北京時間)，五星紅旗飄揚在挪威奧爾松的中國北極黃河站(78°55′N，11°56′E)，此時旗桿的影子朝向

( )

A.西北 B.東北 C.西南 D.東南

【解析】7月1日，太陽直射點位于北半球，北極黃河站為極晝期，北京時間14時，位于東一區(qū)的黃河站地方時為上午7時，太陽位于東南方，旗桿影子朝向西北。故選A 項。

總之，要解答涉及地球運動的地理意義的問題，應讓學生努力消化基礎知識，構建自身的地理知識系統(tǒng)，必須把地球運動相關的基本概念、基本原理落實在光照圖上，通過圖文轉換，圖圖轉換，達到鞏固地理知識，提高能力的目的。同時，適當練習，掌握基本題型，消化知識，培養(yǎng)分析解決問題的能力和答題技巧。而且做題的目的不僅在于數(shù)量的多少，關鍵要從一道題中悟出深刻的道理來。要積極總結探索相關規(guī)律，做到舉一反三，打開思維，訓練有素，以不變應萬變，才能取得良好的學習效果。