天文四季和天文五带的定量基础-哈尔滨学院本科毕业论文

哈尔滨学院本科毕业论文（设计）哈尔滨学院本科毕业论文（设计） 题目：题目：天文四季和天文五带的定量基础天文四季和天文五带的定量基础 院（系）院（系）理学院地理系理学院地理系 专专业业地理科学地理科学 年年级级地理地理 2009 级级 姓姓名名张健张健学号学号09013127 指导教师指导教师陈永生陈永生职称职称讲师讲师 2013 年年 6 月月 5 日日 承承诺诺书书 本人张健，哈尔滨学院理 学院 地理科学 专 业 091班学生，学号： 09013127。 本人郑重承诺：本人撰写的毕业论文天文四季和天文 五带的定量基础 ，是个人的研究成果，数据来源真实 可靠，无剽窃行为。 承诺人： 2013 年 6 月 5 日 毕业论文（设计）评语及成绩毕业论文（设计）评语及成绩 论文类型：理工类 评语： 指导教师（签字） 年月日 评语及评分 成绩：答辩委员会主席（签字） 年月日 院（系）学位评定委员会意见： 签字： 年月日 学校学位评定委员会意见： 签字： 年月日 I 目录 摘要1 ABSTRACT.2 前言3 第一章 天文四季和天文五带的概况4 1.1 昼长时空变化的定性描述4 1.1.1 昼长的时间变化4 1.1.2 昼长的空间变化5 1.2 辐射强度的时空变化的定性描述5 1.2.1 等太阳高度线5 1.2.2 正午太阳高度5 1.2.3 黄赤交角6 1.2.4 太阳视运动轨迹6 1.2.5 直射点的运动轨迹6 第二章 昼长的时空变化的定量基础8 2.1 昼长的时间变化的定量9 2.2 昼长的空间变化的定量10 2.3 小结:时空变化11 第三章 辐射强度的定量基础13 3.1 正午太阳高度的定量13 3.2 正午太阳高度的时空变化14 3.3 太阳视运动轨迹的定量15 3.3.1 特殊纬线上的太阳视运动15 3.3.2 基本规律19 第四章 远、近日点的影响20 4.1 远、近日点地球获得太阳辐射热量的差值20 第五章 小结22 参考文献24 后记25 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 1 摘摘 要要 生成目录后将“摘要”两字中加 1 全角空格，再将本说明删除。300-500 字 本文的目的是研究天文四季和天文五带的定量基础。本文的编写就是为了服务 人们的日常生活，使人们知道我们所经历的四季和五带；并了解四季和五带形成的 原因。昼夜长短时空变化和辐射强度的时空变化最终导致了太阳获得热量的时空变 化。时间变化就是指天文四季，空间变化就是指天文五带。地球的自转和地轴空间 指向不变 （地轴与公转平面夹角） 的公转导致太阳光线相对于纬线的来向年际变化； 同时球（体空间中心）对称和太阳光线又导致太阳光线垂直于晨昏线；二者形成了 晨昏线与纬线圈的相交情况时空变化。晨昏线与纬线圈的相交情况时空变化导致昼 弧与夜弧的相对关系时空变化，他们最终导致了昼夜长短时空变化。球（体空间中 心）对称和太阳光线相互平行也导致了太阳高度以直射点为中心呈同心圆状递减， 而太阳高度以直射点为中心呈同心圆状递减与太阳高度与太阳辐射强度呈正相关 又导致了辐射强度的空间分布即以直射点为中心呈同心圆状递减。地球的自转和地 轴空间指向不变（地轴与公转平面夹角）的公转也是太阳直射点运动的根本原因； 太阳射点运动分为西向运动（以太阳日为周期）和南北向回归运动（以回归年为周 期），它们二者就是太阳辐射强度的时（日、年）空变化的原因。辐射强度的空间 分布即以直射点为中心呈同心圆状递减和太阳辐射强度的时（日、年）空变化就形 成了辐射强度的时空变化。 关键词：天文四季，天文五带，辐射强度，远日点，近日点，定量 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 2 ABSTRACT The purpose of this article is the four seasons and astronomical research astronomy WuDai quantitative basis. The writing of this article is to service Peoples Daily life, make people know that we experienced four seasons and WuDai; And understand the causes of the formation of four seasons and WuDai. Spatial and temporal variation and spatial and temporal variations of radiation intensity length of day and night eventually led to the spatial and temporal variations of solar heat gain. Time change is refers to the astronomical four seasons, is refers to the astronomical WuDai space change. Earths rotation axis and space point to the revolution of the constant (the earths axis and the orbital plane Angle) relative to the sun light of parallel to the interannual change; At the same time the ball (body space center) symmetry and leading to the suns rays by the suns rays is perpendicular to the terminator; The fellowship with the pickfinding coil form the terminator situation temporal variation. Terminator and the intersection of the pickfinding coil of space-time changes in arc of night and day, arc and the relative relationship between time and space changes, and they eventually led to the length of time and space changes in day and night. Ball (body space center) symmetry and the suns rays parallel to each other has also led to the altitude of the sun point-blank points centered in concentric rings, and the sun point-blank points centered in concentric circles shape decrease with the altitude of the sun was positively related to the intensity of solar radiation have led to the spatial distribution of the radiation intensity is in direct point as the center is concentric rings. Earths rotation axis and space point to the revolution of the constant (the earths axis and the orbital plane Angle) is the root cause of the sun point movement; The sun shot point movement is divided into west movement (period) on a solar day and north and south to return to sports () for tropical year period, they both are the solar radiation intensity (day/year) empty change reason. Radiation intensity spatial distribution that is centered on direct point in concentric circles of decline and solar radiation intensity (day/year) when the air changes will form the spatial and temporal variations of radiation intensity. Key words: Astronomical four seasons, astronomical WuDai, radiation intensity, aphelion, the perihelion, quantitative 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 3 前前 言言 生成目录后将“前言”两字中加 1 全角空格，再将本说明删除。500-1000 字 昼夜长短时空变化和辐射强度的时空变化最终导致了太阳获得热量的时空变 化。时间变化就是指天文四季，空间变化就是指天文五带。 四季：由于黄赤交角的存在和太阳的回归运动，造成地球上各地昼夜长短和正 午太阳高度的变化，一年分成春夏秋冬四季。但是，严格的说，只有中纬度地带才 是四季分明的。因此，对全球来说，不如笼统地说是季节变化更确切些。概括地说， 季节变化有如下两方面性质： 季节变化是半球性现象。 南北半球没有同时来临的同一季节， 而总是彼此相反。 这是因为影响季节变化的两个因素昼夜长短和正午太阳高度是半球性质的。这 两个因素影响地球所得太阳热量在南北半球之间的分配。太阳直射的半球，昼长夜 短，正午太阳高度较大，太阳热量集中，是夏季。非太阳直射的半球是冬季。除了 半球性因素外，季节变化也有它的全球性因素，这就是日地距离的变化。这个因素 决定全球获得太阳辐射的总量。单就日地距离来讲，地球离太阳较近的半年，接受 的热量较多，是全球的夏半年。反之是冬半年。两种性质迥异的因素，产生两种不 同的季节：半球性季节和全球性季节。比较起来，后者的影响十分微小。 季节变化首先是天文现象，然后是气候现象。这里所说的是作为天文现象的季 节变化。即季节变化具有天文含义。地球所获得的太阳热量在南北半球之间的时间 分配决定于太阳直射的纬度，而太阳直射纬度的年际变化是地球自转和公转共同作 用的结果。 五带：五带是季节地带。地球上到处都有季节。但是，具体的季节因地而异。 地球上没有全球统一的夏季和冬季，也就没有统一的季节变化。如果把全球按季节 变化的不同，分成五个地带，使每一个地带在季节变化方面具有一定的特点，这就 是这里所说的五带。五带是天文地带。季节变化主要有两个方面：天文方面和气候 方面。 前者就是昼夜长短和正午太阳高度的季节变化； 后者主要是气温高低的变化。 这里所说的五带，完全根据它们的天文特点，即是天文地带。天文地带的划分，有 两个具体标准，即太阳直射和极昼极夜现象。总之天文地带强调太阳的光照情况。 五带是纬度地带。昼夜长短和正午太阳高的分布和变化，都因纬度而不同。因此， 按照昼夜长短和正午太阳高度划分五带，结果一定是按纬度划分的。这种划分不考 虑海陆影响，也不考虑大陆东岸和西岸，高山和平原的差异，甚至也不考虑实际气 温的高低，雨量的多寡以及盛行风向的差异。 总之，五带的划分的表现是以纬度为唯一标准的，即以正午太阳高度和昼夜长 短为标准。 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 4 第一章第一章 天文四季和天文五带的概况天文四季和天文五带的概况 1.1 昼长时空变化的定性描述昼长时空变化的定性描述 一地经过昼弧的时间即为昼长，经过夜弧的时间即为夜长。昼弧的长度除以其 线速度即可得该地昼长。但线速度与该地的纬度相关，用角速度求较为方便，昼弧 的度数（其所对圆心角的度数）除以 15 度即可得昼长。 昼夜长短变化的原因：黄赤交角的存在，导致地球斜着身子绕太阳转，在侧视 图上，如果以地球为参照物，地球的公转导致太阳光线的来向不断发生变化，时而 从东北方向照来（夏半年），时而从东南方向照来（冬半年），时而从正东方向照 来（二分日）。 晨昏圈与太阳光线垂直，随着太阳光的来向不断发生变化，晨昏圈也以地轴为 对称中心左右（东西）摆动，晨昏圈与纬线圈的相交情况也不断发生变化。一地昼 弧与夜弧的长度关系也相应变化。 图 1-1 晨昏线图 1.1.1 昼长的时间变化 分布规律： 夏至日，晨昏圈左偏最大，北半球昼最长夜最短，南半球反之； 冬至日，晨昏圈右偏最大，北半球昼最短夜最长，南半球反之； 二分日，晨昏圈与某一经线圈重合，全球昼夜等长。 赤道与晨昏圈都是大圆，两大圆相交必互相平分，赤道全年昼夜等长。 一般的，晨昏线向左偏（从冬至至次年夏至），北半球昼变长，夜变短，南半 球反之； 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 5 晨昏线右偏（从夏至至冬至），北半球昼变短，夜变长，南半球反之。 1.1.2 昼长的空间变化 分布规律： 赤道全年昼夜长短无变化；纬度越高，全年昼夜长短变化幅度越大，至极圈， 有极昼极夜现象。 1.2 辐射强度的时空变化的定性描述辐射强度的时空变化的定性描述 1.2.1 等太阳高度线 等太阳高度线属于等值线的一种。把太阳高度相等的各点连接成线叫做等太阳 高度线。 图 1-2 等太阳高度线图 1.2.2 正午太阳高度 从太阳直射点地（此处为 90）所在纬度向南北递减，减少的度数等于当地地 理纬度与直射点纬度之差（一南纬、一北纬地区的差，为其数值之和）。 一般规律：由于太阳直射点在南北回归线之间移动，所以： 1.在回归线之间的地区，一年之中有两次太阳直射的机会，此时正午太阳高度 最大，为 90。太阳直射南北回归线时出现极小值。其中除赤道两个极小值都是最 小值外，其它地区以太阳直射另一半球回归线时最小。 2.在回归线之上地区，一年有一次太阳直射的机会，分别是夏至和冬至。 3.在回归线之外的地区，可含南北回归线，在太阳直射本半球回归线时最大， 直射另一半球回归线时最小。 N S 0 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 6 例如，哈尔滨约在北纬 45，在北半球夏至，太阳直射北回归线，此时这里的 正午太阳高度最大，约为 68；在冬至，太阳直射南回归线，此时这里的正午太阳 高度最小，约为 21。 因为地球的公转致使一年内太阳在地球的直射点在南北回归线之间往复一次。 以北半球北回归线穿过的地区为例：一年中当太阳直射北回归线时，正值我国北方 的夏至节气，正午太阳在头顶正上方，即太阳高度角为 90，为一年中最大值；当 太阳光直射南回归线时，正值我国北方的冬至节气，此时的太阳高度角为 43，为 一年之中最小值。由于地球自转，产生了太阳的视运动现象（东升西落），即太阳 高度的日变化。 由于地球公转，使太阳直射点南北移动，从而产生了正午太阳高度的纬度变化 和季节变化现象。 1.2.3 黄赤交角 黄赤交角的存在：因为每天正午的太阳高度角最大.黄赤交角使太阳直射点南 北移动,随季节的变化而改变,楼上所说的都是在指太阳直射点的不同,太阳直射点 的正午太阳高度最大,但毕竟只有一处而已! 正午是一天中太阳最高的时刻。 这个 最高的高度随季节变化。冬至的时候北半球最低，正午的太阳能从向南的窗户射进 大半间屋子，夏至的时候只照进窗台一点点。 这个最高的高度还和你所在的纬度 有关。如果你在北回归线上，北纬 23.5 度，夏至时分正午的太阳在头顶上，它的 高度是 90 度；再往北，随纬度升高，正午时分太阳的高度越低。 1.2.4 太阳视运动轨迹 所谓太阳视运动，即由于地球的自转运动，使得地球上的人总是觉得太阳每天 都是东升西落 事实上， 这当然不是由于太阳围绕地球运动了， 而是一种 “视运动”， 也可以说是一种相对运动地球自转方向是自西向东，所以看起来太阳就是东升西 落了 从遥远的恒星背景上看，太阳像是在假想的天球上运动，而这条轨迹就称 为黄道，所经过的十三个星座就是黄道十三星座（占星学的十二星座是另一码事）。 1.2.5 直射点的运动轨迹 一年之中太阳在地球表面运动的轨迹是一个螺旋曲线，其运动是南北方向和西 向的合成， 南北方向的运动使直射点在南北回归线之间往复运动， 周期是一回归年； 西向运动的周期大致可以看成是一太阳日。 由于直射点的南北运动与西向运动相比要小得多，那么在一天当中可以近似的 认为直射点运动的轨迹是某一纬线圈，运动速度与该纬线圈上一点的自转线速度和 角速度速度相等，方向相反。 具体的：设太阳直射点的南北向运动速度为 V1，西向运动速度为 V2，则 V1=(23.5 。)/1278。/月； V2=1667coskm/h 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 7 图 1-3 直射点运动轨迹平面图 图 1-4 直射点运动轨迹立体图 0 23.5N 23.5 S 3 月 21 日 6 月 22 日9 月 23 日 12 月 22 日 3 月 21 日 A B C D A 东半球 A B C 西半球 C B A 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 8 第二章第二章 昼长的时空变化的定量基础昼长的时空变化的定量基础 （以太阳直射北半球时的未发生极昼现象的北半球某地为例）设此时太阳直射 点纬度为（023.5），待求地 A 的地理纬度为0（90- ），地球半径为 R，K 为地心。 图 2-1太阳直射北半球立体图图 2-2 太阳直射北半球平面图 如图，晨昏圈与 A 所在纬线圈相交于 C、B、E 三点，O 为 A 所在纬线圈的圆心， 显然，弧 CAE 即为夜弧，BOC 为弧 CAE 所对圆心角的一半。 在圆 O 中，cosBOC=BO/CO；- CO=Rcos；- 在 RTBOK 中，BKO=；KO=Rsin； 又有 BO/KO=tanBKO=tan 即 BO=R tansin，与同时代入式得： cosBOC= tantan 即夜弧 CAE 所对圆心角为 2arccos(tantan). 、的正切函数都是增函数，反余弦函数是减函数，夜弧 CAE 所对圆心角是 、的减函数。 显然，一地的昼夜长短与且只与该地地理纬度（空间因素）和此时直射点纬度 （时间/季节因素）相关，为二者的单调非线性函数。同时，即便假设太阳直射点 的纬度南北匀速运动，一年之中，昼夜长短也不是时间的线性函数。 A K O D C E B A D O C E B 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 9 2.1 昼长的时间变化的定量昼长的时间变化的定量 由上面公式：夜弧 CAE 所对圆心角为 2arccos(tantan)；得出 昼长公式为 242arccos(tantan)/15 由公式得出：当为某一定值时，昼长随着时间的变化而变化。 北半球昼长最长时是夏至日，昼最短是冬至日。一年之中的昼长变化就是从最长到最短以函数 242arccos(tantan)/15变化。 下图是依据 242arccos(tantan)/15，计算得出北半球主要地理纬度的昼长随时间变化图： 图 2-3赤道昼长时间变化图图 2-440N 昼长时间变化图 图 2-5北极圈昼长时间变化图图 2-6 北回归线昼长时间变化图 6 月 22 日12 月 22 日9 月 23 日 日期 12 昼长时间/h 3 月 21 日 赤道昼长的时间变化 昼长时间/h 6 月 22 日12 月 22 日 12 日期 Max Min b 3 月 21 日9 月 23 日3 月 21 日 40N 昼长的时间变化 12 24 0 9 月 23 日 日期 12 月 22 日 3 月 21 日 昼长时间/h 3 月 21 日 6 月 22 日 北极圈昼长的时间变化 昼长时间/h 日期 Min Max 3 月 21 日 6 月 22 日 12 月 22 日 12 0 9 月 23 日 3 月 21 日 北回归线昼长的时间变化 y y O 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 10 图 2-7 北极点昼长时间变化图图 2-8 20N 昼长时间变化图 分布规律： 夏至日，晨昏圈左偏最大，北半球昼最长夜最短，南半球反之； 冬至日，晨昏圈右偏最大，北半球昼最短夜最长，南半球反之； 二分日，晨昏圈与某一经线圈重合，全球昼夜等长。 赤道与晨昏圈都是大圆，两大圆相交必互相平分，赤道全年昼夜等长。 一般的，晨昏线向左偏（从冬至至次年夏至），北半球昼变长，夜变短，南半 球反之； 晨昏线右偏（从夏至至冬至），北半球昼变短，夜变长，南半球反之。 2.2 昼长的空间变化的定量昼长的空间变化的定量 由上面公式：夜弧 CAE 所对圆心角为 2arccos(tantan)；得出 昼长公式为 242arccos(tantan)/15 由公式得出：当为某一定值时，昼长随着时间的变化而变化。 北半球昼长最长时是夏至日，昼最短是冬至日。一年之中的昼长变化就是从最长到最短以函数 242arccos(tantan)/15变化。 下图是依据 242arccos(tantan)/15，计算得出北半球主要地理纬度的昼长随纬度变化图： 图 2-9 昼长随纬度变化图 0 18 6 12 24 20N 昼长的时间变化 3 月 21 日 12 月 22 日6 月 22 日 9 月 23 日 3 月 21 日 昼长时间/h 日期 昼长时间/h 日期 北极点昼长的时间变化 0 18 6 12 24 3 月 21 日 12 月 22 日6 月 22 日 9 月 23 日 3 月 21 日 24 时 18 时 12 时 6 时 0 时 昼 南极66.5S23.5S赤道23.5N66.5N北 极 A A B B CC 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 11 y 图 2-10 昼长随纬度变化图 A.夏至日，B.冬至日，C.二分日，D.北半球为夏半年的某日，（夏至日除外）， E. 北半球为冬半年的某日，（冬至日除外），F.二分日。 分布规律： 赤道全年昼夜长短无变化；纬度越高，全年昼夜长短变化幅度越大，至极圈， 有极昼极夜现象。 2.3 小结小结:时空变化时空变化 由上面公式：夜弧 CAE 所对圆心角为 2arccos(tantan)；得出 昼长公式为 242arccos(tantan)/15 由公式可以看出：、都不是定值，而昼长是由、共同控制的；因此， 我们可以知道昼长是由季节（时间）和纬度（空间）共同控制的。昼长随着季节（时 间）和纬度（空间）变化而变化。 24 时 18 时 12时 6 时 0 时 昼 南极66.5S23.5 赤道23.5N66.5N 北 极 D D E E F F 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 12 下表是依据 242arccos(tantan)/15计算得出北半球主要纬度的的昼 最长和最短时间表： 表 1-1 北半球主要纬度的的昼最长和最短时间表 春分日昼长夏至日昼长秋分日昼长冬至日昼长 0N12 时12 时12 时12 时 5N12 时12 时 17 分12 时11 时 43 分 10N12 时12 时 35 分12 时11 时 25 分 15N12 时12 时 53 分12 时11 时 7 分 20N12 时13 时 13 分12 时10 时 47 分 25N12 时13 时 34 分12 时10 时 26 分 30N12 时13 时 56 分12 时10 时 4 分 35N12 时14 时 22 分12 时9 时 38 分 40N12 时14 时 51 分12 时9 时 9 分 45N12 时15 时 26 分12 时8 时 34 分 50N12 时16 时 9 分12 时7 时 51 分 55N12 时17 时 7 分12 时6 时 53 分 60N12 时18 时 30 分12 时5 时 30 分 65N12 时21 时 9 分12 时2 时 51 分 66.5N12 时24 时 0 分12 时0 时 0 分 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 13 第三章第三章 辐射强度的定量基础辐射强度的定量基础 3.1 正午太阳高度的定量正午太阳高度的定量 我们已经知道，地球绕太阳公转，由于地轴的倾斜，地轴与轨道平面始终保持 着大概 66.5的夹角，这样，才引起太阳直射点在南北纬 23.5之间往返运动， 并决定了太阳可能直射的范围：春，秋分日，太阳直射赤道即直射点的纬度为 0；冬至日，太阳直射南回归线即直射点的纬度为 23.5S；夏至日，太阳直 射北回归线即直射点的纬度为 23.5N。如果某地的纬度已经知道，根据下面 的公式就可以计算出此地的正午太阳高度角。 图 3-1 冬至日全球的昼长和正午太阳高度角图 H=90-| 纬差|（纬差是指某地的地理纬度与当日直射点所在纬度之间的差值） 例如：A 地的纬度为 40N，求 A 地夏至日的正午太阳高度。 夏至日太阳直射的纬度为 2326N，与 A 地的纬度差=40-2326=1634，那 么 H=90-1634=7326。 如果求 A 地冬至日的正午太阳高度。冬至日太阳直射的纬度为 2326S，与 A 地的纬度差=40+2326=6326，那么 H=90-6326=2634。 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 14 计算公式: H=90- *为太阳直射点的纬度,为所求纬度(北纬取正值,南纬取负值) 3.2 正午太阳高度的时空变化正午太阳高度的时空变化 正午太阳高度角的变化，还得从直射点的运动说起，直射点本身就是特殊的正 午太阳高度。全球范围内，正午太阳高度以直射点为中心，向南北两侧递减。一地 正午太阳高度是直射点纬度以及当地纬度的线性函数。因为直射点纬度是时间范畴 的概念，当地地理纬度是空间范畴概念，所以一地正午太阳高度角是一个时空兼备 的概念。这个函数可以表述成：一地正午太阳高度等于 90 度与该地和直射点两半 径的夹角差。或者可以表述成：一地正午太阳高度角等于该点正午时半径与晨昏圈 夹角。 正午太阳高度角的时间变化和纬度有关，可以从以下角度进行讨论。 1.一地（纬度为）一年中最大正午太阳高度与最小太阳高度的关系； 热带地区：HmaxHmin=+黄赤交角；温带地区：HmaxHmin=黄赤交角的二倍 2. 一地（纬度为）夏至日正午太阳高度与冬至日正午太阳高度的关系； 热带地区：H夏H冬=2；温带地区：H夏H冬=黄赤交角的二倍 3.极昼地区正午太阳高度与午夜太阳高度的关系； H正午+H午夜=直射点纬度的二倍 4.发生极昼的极点太阳高度的日变化为零，大小等于直射点纬度。 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 15 3.3 太阳视运动轨迹的定量太阳视运动轨迹的定量 3.3.1 特殊纬线上的太阳视运动 南北极点 图 3-2 南北极点太阳视运动全球图图 3-3 南北极点太阳视运动半球图 图 3-4 南北极点太阳视运动图 北极点:天顶与天北极(N)重合。夏至日时，太阳整日不落，在天空做逆时针方 向运动(仰视)，其地平高度为 23. 5，如图 3-4 南北极点太阳视运动图所示。南 极点:可把图 3-3 南北极点太阳视运动半球图下图倒转过来，便得到图 3-4 下图(天 顶与南天极重合)。冬至日时，太阳在天空做顺时针方向运动(仰视)，其他情况与 北极点相同。二分日时，情况比较特殊，对北极点来讲，太阳在地平线上(地平圈) 沿顺时针方向转一周，地平高度为 0;南极点除方向为逆时针外，其他情况相同。 （2）赤道上 地平圈 二分日 夏至日 冬至日 天顶 天北极（N） 天底 天南极（S） N S S N 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 16 图 3-5 赤道太阳视运动全球图图 3-6 赤道太阳视运动半球图 把图 3-2 中的地平圈转动 90后得到图 3-5，然后扶正地平圈，便得到图 3-6。 从图 3-6 可以看出，赤道上，太阳直升直落，春秋分日出正东，日落正西。夏至日 （北半球）从东偏北 23.5日出，在西偏北 23.5日落;冬至日从东偏南 23.5日 出，在西偏南 23.5日落。日出偏角等于太阳直射点的地理纬度（只适合赤道）。 （3）南北回归线上 如果将图 3-5 中的地平圈逆时针转动 23.5， 便得到北回归线上的太阳视运动 图(图 3-7)，然后根据前面的原理扶正地平圈，得到图 3-8。从图可以看出:春秋分 日，太阳东升西落(正东、正西);夏至日，太阳东北升，西北落;冬至日，东南升， 西南落。 图 3-7 北回归线太阳视运动全球图 N S 夏至日 二分日 冬至 日 天顶 地平圈 NS 天顶 E W 地平圈 夏至日 冬至日 二分日 天顶 夏至 日 二分日 冬至日 地平圈 N S 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 17 图 3-8 北回归线太阳视运动半球图 图 3-9 南回归线太阳视运动全球图 图 3-10 南回归线太阳视运动半球图 E W 二分日 夏至日 冬至日 N S 地平圈 天顶 天顶 夏至日 二分日 冬至日 地平面 N S NS 天顶 地平圈 E W 夏至日 二分日 冬至日 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 18 用相同方法，将图 3-5 中地平圈顺时针转动 23. 5，便得到南回归线上的太 阳视运动图(图 3-9)，扶正地平圈得到图 3-10。春秋分日，太阳东升西落(正东、 正西);夏至日，东北升，西北落;冬至日，东南升，西南落。 （4）南北极圈上(或极昼出现的最低纬度) 将图 3-2 的地平圈顺时针转动 23.5，然后扶正地平圈，便得到北极圈上太阳 视运动图(图 3-11)。从图中可以看出，夏至日，太阳子夜时从正北(地平线)升起， 正北落下，出现极昼现象，正午太阳高度为 47;二分日，太阳从正东升起，正西 落下，正午太阳高度为 23. 5;冬至日，太阳在地平线以下，为极夜。同理，南极 圈上冬至日时太阳升落情况同北极圈上相反，其他情况同北极圈相同，如图 3-12。 极昼出现的最低纬度与太阳直射点所在的纬度是互为余角的关系，其日出日落情况 与南北极圈上二至日时的情况基本相同，只是正午太阳高度会随太阳直谢点纬度的 变化而发生相应的变化。 图 3-11 北极圈太阳视运动全球图 图 3-12 南极圈太阳视运动全球图 冬至日 天顶 N S 夏至日 地平圈 二分日 天顶 夏至日 二分日 冬至日 E W N S 地平圈 W E 天顶 冬至日 二分日 夏至日 地平圈 S N W E S N 天顶 冬至日 二分日 夏至日 S N 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 19 3.3.2 基本规律 （1）二分日时，除极点外，全球任何地点太阳均为正东升起，正西落下，昼 弧等于夜弧，昼夜等长。 （2） 春分日一夏至日或夏至日一秋分日， 北半球(极昼地区除外):太阳东北升， 西北落，昼弧大于夜弧，昼长夜短;南半球(极夜地区除外):太阳同为东北升，西北 落，但昼弧短于夜弧，昼短夜长。 （3）秋分日一冬至日或冬至日一秋分日，北半球(极夜地区除外):太阳东南 升，西南落，昼弧短于夜弧，昼短夜长;南半球(极昼地区除外)，太阳东南升，西 南落，昼弧大于夜弧，昼长夜短。 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 20 第四章第四章 远、近日点的影响远、近日点的影响 4.1 远、近日点地球获得太阳辐射热量的差值远、近日点地球获得太阳辐射热量的差值 把太阳抽象为一个向其周围空间均匀辐射热量的质点，以它为中心，不同半径 做球面，太阳的热量就均匀的分布在这个球面上。很显然，太阳周围物体接受其热 量的多少取决于该物体占据这个球面（球心为太阳，半径为该物体与太阳的距离） 表面积的多少，注意，是表面积而不是距离，即太阳到达地球表面的辐射能量与日 地间距离的平方成反比。 远近日点时地球正对太阳的面积不变，距离比为 1.471/1.521=0.96712，可得 远近日点时球面面积比为 0.93533，那么获得热量的差值就是 6.467。 如果忽略大气削弱路径差异，冬至日和夏至日太阳辐射热量南北半球分布受直 射、斜射的影响 图 4-1 太阳直射北回归线图 C B A D H H E 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 21 图 4-2 远近日点图 太阳辐射热量的南北半球分布见上图，南北半球获得的热量正比于其在正对太 阳光方向上的投影面积的大小，赤道 BHC 在正对着太阳光线平面的投影为 BHC， 如图所示，为一半椭圆，该椭圆半长轴为地球半径 R，半短轴为地球半径与黄赤交 角正弦值的积，即EH=Rsin 。即 S椭圆=R 2 sin 夏至日北半球分得的太阳热量面积相当于半正圆 ACB 面积与半椭圆 CHB 面积 之和，（R 2 sin+R2）/2=0.699R2，相当于总面积的 70。 综合上述计算结果，一年之中，因直射和斜射，太阳热量在南北半球的分布在 3070之间变动，远大于远近日点对太阳热量的影响。 A CB E H 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 22 第五章第五章 小结小结 以上就是我研究的天文四季和天文五带。共分为以下几个部分：1.天文四季和 天文五带的概况；2.昼长的时空变化定量基础；3.辐射强度的定量基础；4.远、近 日点的影响。本文的目的是研究天文四季和天文五带的定量基础。本文的编写就是 为了服务人们的日常生活，使人们知道我们所经历的四季和五带；并了解四季和五 带形成的原因。总的概括见下： 哈尔滨学院本科毕业论文(设计) 23 自转 地轴空间指向不变 （地轴与公转平面夹 角）的公转 太阳光线相对于纬线的来向年际 球（体空间中心）对 太阳光线相互平行 太阳光线垂直于晨昏线 晨昏线与纬线圈 的相交情况时空