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生相互交替,使得每一个地点有时位于昼半球,因而经历着白昼,有时位于夜半球,因而经
历着黑夜.这种周期性的白昼和黑夜的相互交替,就是昼夜交替,它们的周期是一日.
在一年中,昼夜有规律地发生长短的变化.这种变化同晨昏圈的位置随太阳直射点的移
动而变化有关.在通常情形下,纬线总是被晨昏线分割成昼弧和夜弧两部分.昼夜弧的弧长,
分别决定一地的昼长和夜长,弧长15°合1h.
当太阳直射点落在赤道上时,晨昏线通过两极与经圈重合,等分所有的纬线.这时全球
各地昼夜等长.太阳直射点离开赤道时,晨昏圈相应地偏离南北两极.这时,它不再等分纬
线(赤道例外),各地的昼夜长短随之发生差异.太阳直射的那个半球,昼弧长于夜弧,则
昼长夜短;非太阳直射的那个半球则相反,昼短夜长.昼长,夜长,分别随纬度的增加而增
大;在两极附近相应的范围内,发生长达24小时的极昼和极夜.
天文学上,求昼夜长短通常用解天文三角形的方法,来计算半昼弧的长度.半昼弧的二
倍即为昼弧.其共轭量便为领先弧.而昼弧的一半,即为日没时太阳的时角.半昼弧(日没
时太阳时角)的大小,主要决定于两个因素,即当地的地理纬度(θ)和当时的太阳赤纬(δ).
半昼弧t和θ,δ有如下的数量关系:θδtgtgt×-=cos.式中的δ和θ都带正,负号, chinageog/com
习惯以北半球为正,南半球为负.
上式表示昼夜长短因纬度和季节而异,如δ为定值,在同一季节,则昼夜长短因纬度θ
而不同;如θ为定值,在同一纬度,昼夜长短因季节而不同.
是昼长夜短,还是昼短夜长 视半昼弧(t)是否大于90°而定,由上式可知,它取决于
δ,θ是否同号 如果δ,θ同号,则cost≤0,t>90°,2t>180°,即在太阳直射的半球,
昼长夜短.若δ,θ异号,则cost>0,t<90°,2tθ时,(其它纬度地带没有这种情
形),正午太阳高度H可以超过90°;这意味着,此刻太阳已越过天顶,如以北点为起点,其
高度应为)90(180δθ+- - =H;(3)在南北极圈内,当δ为负值,且δ>(90°-θ)时正
午太阳高度H 可以小于零.它表示,那里的正午太阳位于地平以下,是极夜地带.
这一公式还可以这样理解:90°-θ即上点高度,+δ后就是正午太阳高度.或假定太阳
总是直射在赤道,即δ=0°,那么,赤道上正午太阳高度最大(90°),由此向南北两极递减为
零;各纬度的正午太阳高度,都等于当地的余纬θ- =90H,考虑到太阳回归运动,太阳直 chinageog
半球的正午太阳高度,应加上δ的变化值;非太阳直射半球的正午太阳高度,则减去δ的
变化值.
同一日期,太阳赤纬δ可看作是一个常量,正午太阳高度因纬度而不同.具体说:太阳
直射的纬度,正午太阳高度最大,H=90°,由此向南北纬度递减.两地的正午太阳高度差,
就是它们之间的纬度差.
由公式δθ+- =90H知,δ为定值时,则有()θδ-+ =90H.
如果正午太阳高度为(90°+δ)是赤道上的,则θ是对于(90°+δ)的纬度的订正.
正午太阳高度的纬度分布,因季节而变化.在不同季节,括号内的δ应取不同的值.如
以二分二至为例:(1)升降二分,δ=0,则各纬度的正午太阳高度为θ- =90H,(2)在北
至日(北半球):6223 +=δ则有θ- +=622390H ,南半球则有θ- - =622390H,(3)
在南至日(北半球)θ- - =622390H,南半球θ- + =622390H.
正午太阳高度也因季节而变化.正午太阳高度的季节变化本身因纬度而不同.
(1)赤道上,.,6223900 ± ==Hθ
(2)回归线上,6223 ±=θ.)(则6223622390 ± - =H
(3)在极圈: 62236223 ± =H chinageog/com
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(4)在极点:.62239090 ± - =H
南北半球纬度相等的两地,正午太阳高度的变化幅度相同,而极值出现的时间相反.
§4.3.4 地球上的四季(the four seasons on the earth)
季节变化是半球性现象—南北两半球没有同进来临的季节;而总是相反.因为影响季节
变化的两个主因素昼夜长短和正午太阳高度是半球性的.此外,除半球因素昼夜长短和正午
太阳高度外,亦有全球性因素,日地之距等因素.这些影响因素和前者比较起来是十分次要
的.
季节变化首先是天文现象,然后是气候现象.太阳直射点的南北移动,造成热量分布的
南北差异,南北季节差异因此形成.
季节变化,从全球上考虑首先是冬,夏半年的相互交替.它的决定性因子是太阳赤纬的
变化,太阳直射点的南北移动,太阳直射点在南北半球之间的移动.从升分点(经北至)到
降分,太阳直射在北半球.这期间有如下的天文现象:北半球昼长夜短;北回归线以北地带,
正午太阳高度大于全年平均值;北极地区有极昼.是它的夏半年,南半球与此相反,是它的
冬半年.从降分(经南至)到次年的升分,太阳直射点由北半球到南半球,在这期间,北半
球昼短夜长,北回归线以北地带,正午太阳高度小于全年平均值.北极地带有极夜,北半球 www.chinageog.com
由夏半年转为冬半年,南半球则由冬半年转为夏半年.随着太阳直射点的南北半球移动,冬
夏半年相互代替.
四季的具体划分法,我国和西方不同.我国划分方法强调四季的天文特征:夏季是一年
中白昼最长,正午太阳高度(H)最大的季节,冬季是一年中白昼最短和正午太阳高度(H)
最小的季节,春秋二季,昼夜均匀,且正午太阳高度接近全年的平均值,是冬夏两季的过渡
季节.
这样,以四立为各季的起点,以二分二至为各季的终点(表8).
8 四季的起点和终点
Table 8 Starting and end points of four seasons
春季 以立春起点 春分中点 立夏终点
夏季 以立夏起点 夏至中点 立秋终点
秋季 以立秋起点 秋分中点 立冬终点
冬季 以立冬起点 冬至中点 立春终点
这样的四季,具有明显的天文意义,但与实际的气候情况不符.例如:立春,立秋是春,
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秋二季的开始,在气候上仍是隆冬和炎夏;夏至和冬至是夏季和冬季的中点,可是它们并非
一年中最热和最冷的时候……
西方的划分方法是较多地注重于气候季节,它把二分二至看作各季的起点.这样的四季
比我国的天文四季各推迟一个或半个月.
我国的24气,比四季的划分要细致得多,并且兼有天文季节和气候季节的特点.它的 chinageog.com
"二分二至"和"四立"等8气,表达的是天文季节;而它的清明,谷雨,小满,芒种,小
暑,大暑,寒露,霜降,小雪,大雪,小寒,大寒等气,则明显地表示气候和农事季节.其
中的大暑和大寒分别表示一年中最热和最冷的季节;大暑是夏至后第二气,即夏至后一个月
(七月下旬),大体与传统的"三伏"中的"中伏"相当;大寒是冬至后的第二气,即冬至
后一个月(一月下旬),同传统的"三九"相近.故民谚有"冷在三九,热在中伏".天文季
节和气候季节,区别明显,结合紧密.
无论是我国的四季,还是西方的四季,都是按天文方法划分的,因而都不可能全面地考
虑气候的特点.按天文上的定义,一年分成大致相等的四个季节,同一季节,在不同的纬度,
会有不同始终.
要使四季仅反映地面上的气候条件,必须采用气候本身的标准来划分四季.如气候学上
通常以候平均温度(每五日的平均气温)为标准,候温高于22℃的时期为夏季,低于10℃
为冬季,介于二者之间的为春,秋季.这样,各地的四季,都有共同的温度标准,但同一地
点,四季必然长短不齐;不同地点同一季节并非同时始终.而且,并非到处都有四季.
§4.3.5 地球上的五带(the five belts on the earth) www_chinageog_com
地球上由于昼夜长短和正午太阳高度的不同,不仅在时间上有四季的变化,而且在空间
上有五带的区分.五带是热带,南北温带和南北寒带的总称.概括地说,它具有如下的性质:
(一)五带是按全球各地季节变化的不同而划分的,每一地带在季节变化方面具有一定的特
点,故五带是季节地带.(二)季节变化主要表现在天文方面和气候方面.前者是昼夜长短
和正午太阳高度的季节变化,后者主要是气温的变化.这里所指的五带,完全是根据它们的
天文季节而划分的,强调太阳辐射的因素(日照时间和辐射强度),因此,五带又是天文地
带.(三)昼夜长短和正午太阳高度的分布和变化,都只因纬度而不同.因此,按天文季节
划分的五带,就是纬度带.它不考虑海陆和地形的差异,也不考虑其它气候因素的影响.
总之,五带的划分以纬度为唯一标准.每一个地带有一定的纬度范围,它们之间界线,
都是特定的纬线.
五带的划分有两个具体的标准:一是有没有90°的正午太阳高度(直射阳光);二是有没
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有24小时的昼长(极昼)和夜长(极夜),这两者都决定于纬度.划分有无直射阳光的纬度
界线是南,北回归线,即南北纬23°26'的纬线,它们是热带和温带的天文界线.在这二条纬 chinageog.com
线之间的地带,每年有2次太阳直射.划分有无极昼和极夜的纬度界线是南北极圈,它们是
寒带和温带的天文界线.从南北极圈到各自的极点,夏季有极昼,冬季有极夜.
利用南,北回归线和南,北极圈这四条天文界线,全球便分成五个纬度带:热带,南,
北寒带和南,北温带.热带就是唯一的有直射阳光的地带.南,北寒带是二个有极昼和极夜
的纬度带;南,北温带是既无直射阳光,又无极昼和极夜的地带,它们是热带和南,北寒带
之间的两个过渡带.南,北温带和南,北寒带具有共同的天文特征.但是,出现这种特征的
季节正好相反;当北温带昼长夜短,北寒带出现极昼的时候,南温带则是昼短夜长,南寒带
出现极夜;反之亦是如此.
§4.4 时间与历法
天文学为我们提供了三个时间的自然单位—年,月,日.这里的年是指回归年(365.2422
日),是季节变化的周期;月是指朔望月(29.5306日),是月相盈亏的周期;日是指太阳日,
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