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第四章地球运动的地理意义本讲稿第一页，共一百一十一页第四章第四章 地球运动的地理意义地球运动的地理意义 地球运动的地理意义主要有两方面。首先，地球自转和公转决定太阳能在地球上的纬度分布和季节变化，从而在地球上形成了四季和五带；其次，地球的自转和公转都是周期性的现象，认识和利用它们的周期性规律，人类创造了历法和时间。第一节第一节 四季和五带四季和五带 地球上之所以会形成四季和五带，其根本原因是由于黄赤交角的存在，其直接原因是由于太阳的回归运动。因此，在没有说明四季和五带之前，首先介绍太阳的回归运动。本讲稿第二页，共一百一十一页一、太阳的回归运动一、太阳的回归运动 太阳回归运动和太阳赤纬的周年变化太阳回归运动和太阳赤纬的周年变化 1 1、太阳回归运动概说、太阳回归运动概说（1 1）太阳回归运动太阳回归运动太阳相对于天赤道南北的往返运动太阳相对于天赤道南北的往返运动 由于黄赤交角的存在，太阳在沿黄道作周年运动的同时，还表现为相对于天赤由于黄赤交角的存在，太阳在沿黄道作周年运动的同时，还表现为相对于天赤道南北的往返运动。这是因为黄道和天赤道在天球上相交，并且相互等分，黄道的一道南北的往返运动。这是因为黄道和天赤道在天球上相交，并且相互等分，黄道的一半在天赤道以北，一半在天赤道以南。这样太阳在沿黄道作周年运动时，半年在天赤半在天赤道以北，一半在天赤道以南。这样太阳在沿黄道作周年运动时，半年在天赤道以北，半年在天赤道以南，半年向北运行，半年向南运行，太阳这种相对于天赤道道以北，半年在天赤道以南，半年向北运行，半年向南运行，太阳这种相对于天赤道南北的往返运动，称为太阳的回归运动。南北的往返运动，称为太阳的回归运动。（2 2）太阳回归运动所达到的南北界线太阳回归运动所达到的南北界线南北回归线南北回归线 即天球上即天球上23262326的两条赤纬圈。的两条赤纬圈。（3 3）太阳回归运动的周期太阳回归运动的周期回归年回归年 地球上回归线和回归年的概念都来自于太阳回归运动，三者是同一事物的地球上回归线和回归年的概念都来自于太阳回归运动，三者是同一事物的不同侧面。不同侧面。本讲稿第三页，共一百一十一页2 2、太阳回归运动定量地表现为太阳赤纬的周年变化、太阳回归运动定量地表现为太阳赤纬的周年变化（任何时候太阳赤纬总是等于太阳直射点的纬度）（任何时候太阳赤纬总是等于太阳直射点的纬度）太阳赤纬的周年变化太阳赤纬的周年变化 太阳是地球上的热量源泉，太阳在天球上处于什么位置，对地球上的热量分布是至关重要的。在天文上，太阳的位置多用它的黄经表示（太阳的黄纬总是等于0），我国的24气和西方的12宫，都是按太阳的黄经划分的，都表示太阳的黄经位置。但是，从地理意义上来说太阳的赤纬是更加重要的。太阳的回归运动引起太阳赤纬的周年变化，而太阳赤纬随着太阳黄经的变化而变化。因此，我们根据太阳的黄经可以推算出太阳的赤纬。如图41所示。本讲稿第四页，共一百一十一页图图41 太阳黄太阳黄经经和赤和赤纬纬本讲稿第五页，共一百一十一页 天赤道、黄道和太阳所在赤经圈，构成一个直角天赤道、黄道和太阳所在赤经圈，构成一个直角球面三角形，其中的直角就是天赤道与赤经圈的交角。球面三角形，其中的直角就是天赤道与赤经圈的交角。根据球面三角形的正弦定律：球面三角形的正弦定律根据球面三角形的正弦定律：球面三角形的正弦定律是说明球面三角形的各内角的正弦与所对边正弦之间是说明球面三角形的各内角的正弦与所对边正弦之间关系的关系的 即即sina/sinAsina/sinAsinb/sinBsinb/sinBsinc/sinCsinc/sinC 其中其中a a、b b、c c表示三角形的三条边，表示三角形的三条边，A A、B B、C C表示表示三个内角。根据正弦定律可得：三个内角。根据正弦定律可得：sin2326/sinsin2326/sinsin90/sinsin90/sin 据此可得出根据太阳黄经求知所对应的太阳赤据此可得出根据太阳黄经求知所对应的太阳赤纬公式：纬公式：sinsin0.4sin0.4sin（sinsinsin2326sinsin2326sin）本讲稿第六页，共一百一十一页3 3、太阳直射点的回归移动、太阳直射点的回归移动 太阳直射点太阳直射点 太阳直射点就是太阳中心与地球中心连线同地球表太阳直射点就是太阳中心与地球中心连线同地球表面的交点，也叫日下点，在这一点上太阳高度总是等于面的交点，也叫日下点，在这一点上太阳高度总是等于9090，也就是说在太阳直射点上，太阳总位于天顶的。，也就是说在太阳直射点上，太阳总位于天顶的。太阳赤纬总是等于直射点的纬度（画图说明）太阳赤纬总是等于直射点的纬度（画图说明）直射点的回归移动直射点的回归移动 由于太阳赤纬总是等于当时直射点的纬度，因此太阳由于太阳赤纬总是等于当时直射点的纬度，因此太阳回归运动在地球上表现为太阳直射点相对于地球赤道南北回归运动在地球上表现为太阳直射点相对于地球赤道南北的往返运动，这就是太阳直射点的回归移动。太阳直射点的往返运动，这就是太阳直射点的回归移动。太阳直射点半年在北半球移动，半年在南半球移动；半年向北移动，半年在北半球移动，半年在南半球移动；半年向北移动，半年向南移动。地球上的回归线和回归年的概念，就是对半年向南移动。地球上的回归线和回归年的概念，就是对于太阳直射点的回归移动而言的。于太阳直射点的回归移动而言的。本讲稿第七页，共一百一十一页（二）太阳回归运动与地球公转（二）太阳回归运动与地球公转太阳周年运动是地球公转的反映，所以太阳相对于天赤道的回归运动，从根本上说必须用地球公转和公转轨道来说明。人们通常把地轴同轨道平面的关系比喻为地球“斜着身体”绕地球公转。在这样做的时候，人们把轨道平面（黄道面）当作水平的，而把地轴和赤道面看成是倾斜的。其实，黄赤交角的真正涵义是黄道面相对于赤道面的倾角，在这里，倾斜的是黄道面，而赤道面看成是水平的。把赤道面看成是水平的，黄道面看成倾斜的，有利于用地球公转和公转轨道来说明太阳的回归运动。每年的夏至日，地球位于轨道上的最南点，这时从地球上看去，太阳位于黄道上的最北点（夏至点），因而直射在地球的北回归线；反之，在每年的冬至日，地球位于轨道上的最北点，这时太阳位于黄道上的最南点（冬至点），因而太阳直射在地球的南回归线上。在每年的春分日和秋分日，地球位于轨道南北两端的中点，这时太阳位于黄道上的秋分点和春分点，因而直射在地球的赤道上。因此，太阳回归运动的根本原因，是地球公转的南北分量造成的。本讲稿第八页，共一百一十一页 这是我们讲的第一个问题这是我们讲的第一个问题太阳的回太阳的回归运动，太阳回归运动定量的表现为太阳赤纬归运动，太阳回归运动定量的表现为太阳赤纬的周年变化，在地球上则表现为太阳直射点回的周年变化，在地球上则表现为太阳直射点回归移动。从而引起各地昼夜长短和正午太阳高归移动。从而引起各地昼夜长短和正午太阳高度发生变化。昼夜长短决定了日照时间的长短，度发生变化。昼夜长短决定了日照时间的长短，正午太阳高度决定了太阳辐射强度的大小。因正午太阳高度决定了太阳辐射强度的大小。因此，昼夜长短和正午太阳高度决定了太阳辐射此，昼夜长短和正午太阳高度决定了太阳辐射能在地球上的纬度分布和季节变化，从而形成能在地球上的纬度分布和季节变化，从而形成了地球的四季和五带。所以昼夜长短和正午太了地球的四季和五带。所以昼夜长短和正午太阳高度对地球上四季和五带的形成是至关重要阳高度对地球上四季和五带的形成是至关重要的。的。本讲稿第九页，共一百一十一页二、昼夜长短二、昼夜长短（一）昼夜长短概说（一）昼夜长短概说1 1、昼夜半球和晨昏线、昼夜半球和晨昏线 在太阳光的照射下，地球被分成昼夜两半球，昼夜两半球在太阳光的照射下，地球被分成昼夜两半球，昼夜两半球的分界线叫做晨昏线（圈），它是地面上的大圆。晨昏线所经的分界线叫做晨昏线（圈），它是地面上的大圆。晨昏线所经过的地点正经历着一天当中的早晨和黄昏。随着太阳直射点的过的地点正经历着一天当中的早晨和黄昏。随着太阳直射点的南北移动，晨昏圈便在南北两极之间摆动。摆动幅度为南北移动，晨昏圈便在南北两极之间摆动。摆动幅度为23262326，在这个范围内，有极昼、极夜现象，南北纬，在这个范围内，有极昼、极夜现象，南北纬66346634被称为南被称为南北极圈。北极圈。2 2、昼夜及其交替、昼夜及其交替 地球在空间上有昼夜半球之分，在时间上有昼夜之别。地球上同地球在空间上有昼夜半球之分，在时间上有昼夜之别。地球上同一地点白昼和黑夜是不断交替的。昼夜交替的原因，既有地球自转的一地点白昼和黑夜是不断交替的。昼夜交替的原因，既有地球自转的因素，也与地球公转有关。如果地球既不自转也不公转的话，或者说因素，也与地球公转有关。如果地球既不自转也不公转的话，或者说像月球那样，是同步自转的话，那么地球上的昼夜半球的空间位置将像月球那样，是同步自转的话，那么地球上的昼夜半球的空间位置将不会发生变化，在这种情况下，在地球上只有昼夜半球之分，而每个不会发生变化，在这种情况下，在地球上只有昼夜半球之分，而每个地点却没有白昼和黑夜的变化。但是，实际上地球既有自转，也有公地点却没有白昼和黑夜的变化。但是，实际上地球既有自转，也有公转，而自转和公转周期也不同步。因此，地球上每个地点就会出现昼转，而自转和公转周期也不同步。因此，地球上每个地点就会出现昼夜交替的现象，昼夜交替的周期是一个太阳日。夜交替的现象，昼夜交替的周期是一个太阳日。本讲稿第十页，共一百一十一页3 3、昼夜长短、昼夜长短一个地方的昼夜长短取决于昼弧和夜弧的大小。一个地方的昼夜长短取决于昼弧和夜弧的大小。（1 1）昼弧和夜弧）昼弧和夜弧 地球上的纬线一般地都被晨昏线分成两地球上的纬线一般地都被晨昏线分成两部分（两个弧段），位于昼半球的部分叫昼弧，部分（两个弧段），位于昼半球的部分叫昼弧，夜半球的部分叫夜弧。或者说地平圈将太阳周夜半球的部分叫夜弧。或者说地平圈将太阳周日圈（赤纬圈）分为昼弧和夜弧两部分。昼弧日圈（赤纬圈）分为昼弧和夜弧两部分。昼弧和夜弧的长度决定了一地的昼长和夜长（按和夜弧的长度决定了一地的昼长和夜长（按1515折合折合1 1小时）。（请同学们看小时）。（请同学们看P99-100P99-100图图4 46 6、7 7、8 8三幅图）三幅图）（2 2）昼夜长短计算（半昼弧公式）昼夜长短计算（半昼弧公式）本讲稿第十一页，共一百一十一页 昼弧和夜弧的大小，在天文学上是用解球面三角形昼弧和夜弧的大小，在天文学上是用解球面三角形的方法计算的，计算中的关键一步是求日落时的太阳时的方法计算的，计算中的关键一步是求日落时的太阳时角。太阳位于上中天时，就是一天中的正午，这时太阳角。太阳位于上中天时，就是一天中的正午，这时太阳时角为时角为00，日落时的太阳时角，就是太阳位于西方地，日落时的太阳时角，就是太阳位于西方地平线上的时角，这就是半昼弧的度数，半昼弧所对应平线上的时角，这就是半昼弧的度数，半昼弧所对应的时间是半昼长。因此，知道了半昼弧，就可以计算的时间是半昼长。因此，知道了半昼弧，就可以计算出该地的昼夜长短。这里关键是半昼弧如何求？，也出该地的昼夜长短。这里关键是半昼弧如何求？，也就是日落时的太阳时角如何求？就是日落时的太阳时角如何求？半昼弧的大小取决于两个因素：一是当地的地理纬半昼弧的大小取决于两个因素：一是当地的地理纬度度；二是当时的太阳赤纬；二是当时的太阳赤纬（即太阳直射点纬度）。（即太阳直射点纬度）。前者是空间因素，即地点因素；后者是时间因素，即季节前者是空间因素，即地点因素；后者是时间因素，即季节因素。半昼弧因素。半昼弧t t同地理纬度同地理纬度和太阳赤纬和太阳赤纬之间有如下关系：之间有如下关系：costcost-tgtg-tgtg（半昼弧公式）（半昼弧公式）该公式的推导如下：如图该公式的推导如下：如图4 42 2所示。所示。本讲稿第十二页，共一百一十一页图图4 42 2 半昼弧半昼弧 本讲稿第十三页，共一百一十一页 半昼弧公式的推导是利用球面三角形的边的余弦定理半昼弧公式的推导是利用球面三角形的边的余弦定理进行的，该定理是说明球面三角形的两边和夹角同第三边进行的，该定理是说明球面三角形的两边和夹角同第三边关系的，即关系的，即CosaCosacosbcosccosbcoscsinbsinccosAsinbsinccosA。用文字表。用文字表述即为：球面三角形任何一边的余弦，等于其他两边余弦述即为：球面三角形任何一边的余弦，等于其他两边余弦的乘积，加上这两边正弦及其夹角的余弦的连乘积。球面的乘积，加上这两边正弦及其夹角的余弦的连乘积。球面三角形的三个顶点分别是天北极三角形的三个顶点分别是天北极P P、天顶、天顶Z Z和太阳和太阳S S，故称，故称PZSPZS三角形。三角形。PSZPSZ中，中，PZ=90PZ=90，PS=90PS=90，ZS=90ZS=90 CosZScosPZcosPS+sinPZsinPScost Cos90=cos(90Cos90=cos(90)cos(90)cos(90)sin(90-)sin(90sin(90-)sin(90)cost)cost 0=sinsin 0=sinsincoscoscostcoscoscost cost=cost=sinsin/coscos=sinsin/coscos=tgtgtgtg（半昼弧公式）（半昼弧公式）(式中式中t t为半昼弧，即日落时的太阳时角；为半昼弧，即日落时的太阳时角；为地理纬为地理纬度；度；为太阳赤纬，即太阳直射点的地理纬度。为太阳赤纬，即太阳直射点的地理纬度。、皆皆以北半球为正、南半球为负。以北半球为正、南半球为负。)本讲稿第十四页，共一百一十一页（3 3）讨论半昼弧公式：）讨论半昼弧公式：costcosttgtgtgtg 该公式的物理意义：该公式的物理意义：简言之，昼夜长短因纬度而不同，因季节而变化。昼夜等长条件：昼夜等长条件：t90（2t180，昼长12小时），cost=0，这就要求等号右侧的和，至少有一个为是零。若0，即在赤道上，终年昼夜等长赤道上，终年昼夜等长。0，即在春秋春秋二分时，全球各地昼夜等长。二分时，全球各地昼夜等长。昼长夜短条件：昼长夜短条件：t90（2t180，昼长12小时），cost0，和同号，即在太阳直射半球上昼长夜短。在太阳直射半球上昼长夜短。昼短夜长条件：昼短夜长条件：t90（2t180，昼长0，tgtg时，H 90。例如，20N，夏至日H是9326，这表明当时当地的正午太阳不在天顶以南，而在天顶以北；4)南北极圈内冬半年，若 90，H 0，出现负值。例如，北极在冬至日的H是2326。这意味着当时正午太阳位于地平以下2326。本讲稿第三十三页，共一百一十一页3 3、夜半太阳低度、夜半太阳低度 H H(90(90)=90 90 式中的式中的-(90-(90)为下点的低度。为下点的低度。4 4、白夜的纬度界限、白夜的纬度界限 -18-1823.523.590 90 48.548.5。（二）正午太阳高度的纬度分布（二）正午太阳高度的纬度分布 H H因纬度不同，因季节而变化。在同一日期，太阳赤纬因纬度不同，因季节而变化。在同一日期，太阳赤纬可以看可以看作常数，因而作常数，因而H H因纬度而不同。具体地说，太阳直射的纬度，因纬度而不同。具体地说，太阳直射的纬度，H H最大最大等于等于9090，从这里开始，从这里开始，H H向南北两方同时降低，纬度相差多少度，向南北两方同时降低，纬度相差多少度，H H就相差多少度。就相差多少度。在说明在说明H H的纬度分布时，的纬度分布时，H H的公式可改写成如下形式：的公式可改写成如下形式：H H(90(90)式中式中(90(90)可理解为赤道上不同季节的正午太阳高度，其可理解为赤道上不同季节的正午太阳高度，其他各地随纬度递减，他各地随纬度递减，是对是对(90(90)的纬度订正。即是说任何的纬度订正。即是说任何纬度的纬度的H H都等于赤道上的都等于赤道上的H H减去纬度值。减去纬度值。本讲稿第三十四页，共一百一十一页 正午太阳高度正午太阳高度H H的纬度分布本身，又因季节而变化，的纬度分布本身，又因季节而变化，在不同季节，括号内的在不同季节，括号内的应取不同的值，如以二分二至为应取不同的值，如以二分二至为例：例：1 1、春秋二分：太阳直射赤道，、春秋二分：太阳直射赤道，00，各纬度，各纬度H H90 90,赤道最高，赤道最高，H H9090，由此向南北两方降低，两极最低，由此向南北两方降低，两极最低H H00。2 2、夏至日：太阳直射北回归线。对北半球来说，、夏至日：太阳直射北回归线。对北半球来说，23262326，各纬度各纬度H H（909023262326）1132611326；对南半；对南半球来说，球来说，23262326，各纬度，各纬度H H（902326902326）66346634。北回归线。北回归线H H最大，最大，H H9090，由此向南，由此向南北两方降低，南北两极为北两方降低，南北两极为23262326。3 3、冬至日：太阳直射南回归线。对北半球来说，、冬至日：太阳直射南回归线。对北半球来说，23262326，各纬度，各纬度H H（909023262326）66346634；对南半球来说，；对南半球来说，23262326，各纬度，各纬度H H（909023262326）1132611326；南回归线；南回归线H H最大，最大，H H9090，由此向南北两方降低，南北两极为，由此向南北两方降低，南北两极为23262326。本讲稿第三十五页，共一百一十一页（三）正午太阳高度的季节变化（三）正午太阳高度的季节变化 在同一地点，地理纬度在同一地点，地理纬度为一常数。因为一常数。因此，此，H H因季节而变化。为了便于说明因季节而变化。为了便于说明H H的季节的季节变化，变化，H H的公式可改写成如下形式：的公式可改写成如下形式：H H(90(90)式中式中(90(90)可理解为春秋二分的正可理解为春秋二分的正午太阳高度，即全年的平均值；午太阳高度，即全年的平均值；是对是对（9090）的季节订正。）的季节订正。在太阳直射半在太阳直射半球上（夏半年）取正值，非太阳直射半球球上（夏半年）取正值，非太阳直射半球（冬半年）取负值。（冬半年）取负值。正午太阳高度的季节变化本身，又因纬正午太阳高度的季节变化本身，又因纬度而不同，因为在不同的纬度，括号内度而不同，因为在不同的纬度，括号内应应取不同值。例如：取不同值。例如：本讲稿第三十六页，共一百一十一页1 1、在赤道上：、在赤道上：00，H H902326902326，即赤道上H变化于113261132666346634之间。2 2、在南北回归线：、在南北回归线：2326，H（902326）2326，那里H变化于904308之间。3 3、在南北极圈：、在南北极圈：6634，H（906634）2326，那里H变化于46520之间。4 4、在南北两极：、在南北两极：90，H（9090）2326，那里H变化于23262326之间。本讲稿第三十七页，共一百一十一页注意：南北两半球纬度相等的两个地方，H的变化幅度也相等，但极值出现时间相反。例如，50NS的地方，50，H（9050）2326402326，其变幅都是63261634之间，但极值出现时间相反。最后应说明一下，前面讲了，H在北半球规定以南点为起点，南半球以北点为起点，这样会导致H的计算结果出现大于90的情况，这不符合气象学要求。有必要把大于90的H转换成90以内的角，其方法是180H。本讲稿第三十八页，共一百一十一页四、地球上的四季四、地球上的四季（一）季节变化的性质（一）季节变化的性质 因黄赤交角的存在和太阳回归运动，使昼夜长短和正午太阳高度发生季节变化和纬度差异。由于它们的季节变化，一年内分为春夏秋冬四季，严格地说，只有中纬度地带才是四季分明的，对整个地球来说，不如笼统地说季节变化更为确切一些。季节变化有如下两方面性质。1 1、季节变化是半球性现象、季节变化是半球性现象 大家知道南北半球没有同时来临的季节，而总是相反。这是因为影响季节变化的两个主要因素：昼夜长短和正午太阳高度是半球性的。在太阳直射半球上，昼长夜短，正午太阳高度偏大；非太阳直射半球上，则昼短夜长，正午太阳高度偏小。而且在任何时候太阳只能直射某一个半球。影响季节变化的因素有：本讲稿第三十九页，共一百一十一页 （1 1）半球性因素（昼夜长短和正午太阳高度）半球性因素（昼夜长短和正午太阳高度）决定地球决定地球所得的太阳热能在南北半球的分配。南北半球各自所得所得的太阳热能在南北半球的分配。南北半球各自所得的太阳热能，从占全球总量的百分数来看，变化于的太阳热能，从占全球总量的百分数来看，变化于70%70%30%30%之间，即约成之间，即约成100100：4343，其差值为，其差值为5757。（2 2）全球性因素（日地距离的变化）全球性因素（日地距离的变化）影响全球所得影响全球所得的太阳热能总量。日地距离变化于的太阳热能总量。日地距离变化于1.5211.5211.4711.471亿亿KMKM之间之间,二者约成二者约成100:96.7100:96.7。我们知道，太阳辐射强度与距离平方。我们知道，太阳辐射强度与距离平方成反比。因此，全球所得的太阳热能总量的极大值与极小值成反比。因此，全球所得的太阳热能总量的极大值与极小值之比为之比为1002:96.721002:96.72，即约成，即约成100100：93.5,93.5,其差值为其差值为6.56.5。比较半球性因素和全球性因素，很显然半球性因素是季比较半球性因素和全球性因素，很显然半球性因素是季节变化的主要因素，所以季节变化是半球性现象。每年一月节变化的主要因素，所以季节变化是半球性现象。每年一月初地球经过近日点，地球获得的热量较多，然而此时北半球初地球经过近日点，地球获得的热量较多，然而此时北半球正处于寒冷的冬季，这也反映出全球性因素不是主要的。正处于寒冷的冬季，这也反映出全球性因素不是主要的。本讲稿第四十页，共一百一十一页 2 2、季节变化首先是天文现象，然后是气候现象。、季节变化首先是天文现象，然后是气候现象。这里所说的季节是天文季节，而不是气候季节。这里所说的季节是天文季节，而不是气候季节。太阳直射在哪个半球上，该半球昼长夜短，正午太阳太阳直射在哪个半球上，该半球昼长夜短，正午太阳高度偏大，太阳热能的分配侧重于该半球，以至该半高度偏大，太阳热能的分配侧重于该半球，以至该半球是夏季，另一半球为冬季。球是夏季，另一半球为冬季。图图46 季节的天文因素：昼夜长短和正午太阳高度的变化季节的天文因素：昼夜长短和正午太阳高度的变化本讲稿第四十一页，共一百一十一页（二）太阳直射点的移动和四季的递变（二）太阳直射点的移动和四季的递变1 1、太阳直射点在南北半球之间的移动：造成南北两半球冬、太阳直射点在南北半球之间的移动：造成南北两半球冬夏半年的相互替代。夏半年的相互替代。从春分至秋分：太阳直射北半球，是北半球的从春分至秋分：太阳直射北半球，是北半球的夏半年，南半球的冬半年。在此期间，北半球昼长夏半年，南半球的冬半年。在此期间，北半球昼长夜短，北极地区有极昼，北回归线以北地带夜短，北极地区有极昼，北回归线以北地带H H大于全大于全年平均值。南半球相反。年平均值。南半球相反。从秋分至次年春分：太阳直射南半球，是北半球的从秋分至次年春分：太阳直射南半球，是北半球的冬半年，南半球的夏半年。在此期间，北半球昼短夜长，冬半年，南半球的夏半年。在此期间，北半球昼短夜长，北极地区有极夜，北回归线以北地带北极地区有极夜，北回归线以北地带H H小于全年平均值。小于全年平均值。南半球相反。南半球相反。以后太阳直射点又移到北半球，南北半球的冬以后太阳直射点又移到北半球，南北半球的冬夏半年又相互更替。夏半年又相互更替。本讲稿第四十二页，共一百一十一页2 2、太阳直射点向北或向南移动。、太阳直射点向北或向南移动。导致南北两半球昼夜长短和正午太阳高导致南北两半球昼夜长短和正午太阳高度变化的相互倒转。度变化的相互倒转。从冬至到次年夏至：太阳直射点始终向从冬至到次年夏至：太阳直射点始终向北移动。在此期间，北半球的白昼变长，极北移动。在此期间，北半球的白昼变长，极夜地带缩小，北回归线以北地区，夜地带缩小，北回归线以北地区，H H持续增持续增大。南半球反之。大。南半球反之。从夏至到冬至：太阳直射点始终向南移从夏至到冬至：太阳直射点始终向南移动。在此期间，北半球的白昼变短，极昼地动。在此期间，北半球的白昼变短，极昼地带缩小，北回归线以北地区，带缩小，北回归线以北地区，H H持续减小。持续减小。南半球反之。南半球反之。以后太阳直射点又转向北移动，南北半以后太阳直射点又转向北移动，南北半球昼夜长短和正午太阳高度的变化相互倒转。球昼夜长短和正午太阳高度的变化相互倒转。本讲稿第四十三页，共一百一十一页3 3、太阳直射点向回归线和赤道的移动：、太阳直射点向回归线和赤道的移动：导致昼夜长短和正午太阳高度趋近全导致昼夜长短和正午太阳高度趋近全年极值或平均值。年极值或平均值。从春分到夏至或从秋分到冬至。太阳从春分到夏至或从秋分到冬至。太阳直射点向回归线方向移动。在此期间，无论直射点向回归线方向移动。在此期间，无论南北半球，昼夜长短和正午太阳高度都趋向南北半球，昼夜长短和正午太阳高度都趋向全年的极大值或极小值。全年的极大值或极小值。从冬至到次年春分或从夏至到秋分。从冬至到次年春分或从夏至到秋分。太阳直射点向赤道方向移动。在此期间，无太阳直射点向赤道方向移动。在此期间，无论南北半球，昼夜长短和正午太阳高度都趋论南北半球，昼夜长短和正午太阳高度都趋近全年的平均值（昼长趋近近全年的平均值（昼长趋近1212小时，小时，H H趋近趋近当地余纬当地余纬9090）。）。本讲稿第四十四页，共一百一十一页（三）四季划分（三）四季划分1 1、天文学上四季的划分、天文学上四季的划分 四季划分强调四季的天文特征：夏季四季划分强调四季的天文特征：夏季是一年中白昼最长，正午太阳高度最大是一年中白昼最长，正午太阳高度最大的季节；冬季的季节；冬季是一年中白昼最短和正午是一年中白昼最短和正午太阳高度最小的季节；春秋二季太阳高度最小的季节；春秋二季昼夜均昼夜均匀，正午太阳高度也趋近平均值，是冬夏二匀，正午太阳高度也趋近平均值，是冬夏二季的过渡季节。季的过渡季节。（1 1）我国强调天文特征，以）我国强调天文特征，以2424气中四立（立气中四立（立春、立夏、立秋、立冬）为四季的起止，以春、立夏、立秋、立冬）为四季的起止，以二分二至为四仲；二分二至为四仲；本讲稿第四十五页，共一百一十一页春季春季:立春（立春（2.52.5）春分（春分（3.213.21）立夏（立夏（5.55.5）夏季夏季:立夏（立夏（5.55.5）夏至（夏至（6.226.22）立秋（立秋（8.88.8）秋季秋季:立秋（立秋（8.88.8）秋分（秋分（9.239.23）立冬（立冬（11.811.8）冬季冬季:立冬（立冬（11.811.8）冬至（冬至（12.2212.22）立春（立春（2.52.5）(2)(2)西方侧重气候特征，以二分二至作为四季的起点。西方侧重气候特征，以二分二至作为四季的起点。春分春分 春季春季 夏至夏至 夏季夏季 秋分秋分 秋季秋季 冬至冬至 冬季冬季 春春分分2 2、气候学上的四季划分、气候学上的四季划分 气候学上是以候温为依据划分的，候温是每连续五日的气候学上是以候温为依据划分的，候温是每连续五日的平均气温。候温高于平均气温。候温高于2222的持续时期为夏季：低于的持续时期为夏季：低于1010的持的持续时期为冬季；介于两者之间的是春秋二季。续时期为冬季；介于两者之间的是春秋二季。3 3、统计学的四季、统计学的四季 春季春季3 3、4 4、5 5月，夏季月，夏季6 6、7 7、8 8月，秋季月，秋季9 9、1010、1111月，月，冬季冬季1212、1 1、2 2月。月。本讲稿第四十六页，共一百一十一页图图4-6 4-6 四季的划分四季的划分本讲稿第四十七页，共一百一十一页五、地球上的五带五、地球上的五带 五带指热带、南北温带和南北寒带。五带指热带、南北温带和南北寒带。（一）五带的性质（一）五带的性质 五带是季节地带：五带是按各地季节变化的不同划分的，五带是季节地带：五带是按各地季节变化的不同划分的，每一地带在季节变化方面都有一定特点。每一地带在季节变化方面都有一定特点。五带是天文地带：季节变化有两方面，即天文方面和气候方五带是天文地带：季节变化有两方面，即天文方面和气候方面。天文方面就是昼夜长短和正午太阳高度的季节变化；气候方面。天文方面就是昼夜长短和正午太阳高度的季节变化；气候方面主要是气温的变化。这里的五带完全是根据天文季节来划分的，面主要是气温的变化。这里的五带完全是根据天文季节来划分的，强调太阳辐射的天文因素。强调太阳辐射的天文因素。五带是纬度地带：五带划分不考虑海陆、大陆东西岸和地形五带是纬度地带：五带划分不考虑海陆、大陆东西岸和地形的影响，也不考虑具体气象条件，而以纬度为唯一标准。的影响，也不考虑具体气象条件，而以纬度为唯一标准。（二）五带的划分：（二）五带的划分：本讲稿第四十八页，共一百一十一页本讲稿第四十九页，共一百一十一页 五带划分有两个具体标准：一是有无五带划分有两个具体标准：一是有无直射阳光（有无直射阳光（有无9090H H）；二是有无极昼极）；二是有无极昼极夜现象。这两者都决定于纬度。夜现象。这两者都决定于纬度。划分有无直射阳光的纬度界线，就是划分有无直射阳光的纬度界线，就是南北回归线，它是热带和南北温带的天文界南北回归线，它是热带和南北温带的天文界线，在南北回归线之间地带，每年有两次太线，在南北回归线之间地带，每年有两次太阳直射。阳直射。划分有无极昼极夜现象的纬度界线，划分有无极昼极夜现象的纬度界线，就是南北极圈，它是寒带和温带的天文界线。就是南北极圈，它是寒带和温带的天文界线。有了南北回归线和南北极圈，全球就分成热有了南北回归线和南北极圈，全球就分成热带、南北温带和南北寒带五带。带、南北温带和南北寒带五带。本讲稿第五十页，共一百一十一页（三）五带分论（三）五带分论热带热带:宽度宽度：232622326246524652，面积占全球，面积占全球39.8%39.8%特征：（特征：（1 1）正午太阳高度很大（）正午太阳高度很大（909043084308）,太阳太阳辐射最强。辐射最强。（2 2）昼夜长短变化幅度很小。）昼夜长短变化幅度很小。南北寒带：是两个圆形的高纬度地带，半径南北寒带：是两个圆形的高纬度地带，半径23262326，面积占全，面积占全球球8.3%;8.3%;特征：（特征：（1 1）H H终年很小，甚至为负值；终年很小，甚至为负值；（2 2）夏有极昼，冬有极夜。）夏有极昼，冬有极夜。南北温带：是面积和宽度最广的纬度带，宽度各为南北温带：是面积和宽度最广的纬度带，宽度各为43084308，面，面积占全球积占全球51.9%51.9%。特征：（特征：（1 1）H H的极大值和极小值都是一年一度的；的极大值和极小值都是一年一度的；（2 2）昼夜长短变化幅度随纬度增高而显著增大。昼夜长短变化幅度随纬度增高而显著增大。本讲稿第五十一页，共一百一十一页第二节第二节 历法历法一、历法概说一、历法概说（一）有关历法的基本概念（一）有关历法的基本概念 天文学为人类提供了三个时间的自然单位，这就是年、天文学为人类提供了三个时间的自然单位，这就是年、月、日。这里的年是回归年，月是朔望月，日是平太阳日。月、日。这里的年是回归年，月是朔望月，日是平太阳日。回归年（回归年（365.2422365.2422日）日）地球上季节变化周期；地球上季节变化周期；朔望月（朔望月（29.530629.5306日）日）月相变化周期；月相变化周期；平太阳日（平太阳日（2424时）时）昼夜交替的平均周期。昼夜交替的平均周期。历法历法就是协调三种时间单位的方法，也就是就是协调三种时间单位的方法，也就是安排年月日的方法，如何安排年月日，让人们用起安排年月日的方法，如何安排年月日，让人们用起来方便。规定每年应有几个月，各月应有多少日。来方便。规定每年应有几个月，各月应有多少日。本讲稿第五十二页，共一百一十一页 在上述三个时间单位中，日是最基本的在上述三个时间单位中，日是最基本的时间单位，不能被分割。因此，历法上为了时间单位，不能被分割。因此，历法上为了保持日的完整性，它的年不同于回归年，它保持日的完整性，它的年不同于回归年，它的月也不同于朔望月。的月也不同于朔望月。历年历年历法中所使用的年的长度；历法中所使用的年的长度；历月历月历法中所使用的月的长度。历法中所使用的月的长度。历年和历月都是日的整数倍，都不带小历年和历月都是日的整数倍，都不带小数。数。（二）历法起源（二）历法起源本讲稿第五十三页，共一百一十一页图图4 48 8 郑州南郊古观象台郑州南郊古观象台本讲稿第五十四页，共一百一十一页 历法首先是为农业生产服务的，在没有精确测定回归历法首先是为农业生产服务的，在没有精确测定回归年长度之前，要想制定科学的历法是不可能的。因此，古年长度之前，要想制定科学的历法是不可能的。因此，古人不得不采用人不得不采用“观象授时观象授时”的办法来预告农时季节。这里的办法来预告农时季节。这里的的“时时”就是季节，就是季节，“授时授时”就是确定季节，就是确定季节，“观象授时观象授时”就是观测自然现象来判断农时季节。就是观测自然现象来判断农时季节。最原始的观象授时是地象授时。地象授时最原始的观象授时是地象授时。地象授时即观察地即观察地面物象来判定季节，比如，春天听布谷鸟叫了，就是插秧面物象来判定季节，比如，春天听布谷鸟叫了，就是插秧季节，秋天看见野菊花开了，就该种麦子了。然而，草木季节，秋天看见野菊花开了，就该种麦子了。然而，草木鸟兽的季节性活动，受各种因素的影响，并没有准确的时鸟兽的季节性活动，受各种因素的影响，并没有准确的时间。后来地象授时由天象授时所取代。间。后来地象授时由天象授时所取代。天象授时天象授时就是观察星空现象来判断农时季节，方法就是观察星空现象来判断农时季节，方法有：斗柄授时、中星授时、晷影授时。有：斗柄授时、中星授时、晷影授时。本讲稿第五十五页，共一百一十一页1 1、斗柄授时、斗柄授时 就是根据就是根据“北斗七星北斗七星”的斗柄三星在初昏时所指方向判的斗柄三星在初昏时所指方向判定季节。汉代定季节。汉代鶡冠子鶡冠子一书中明确记载了斗柄授时的法一书中明确记载了斗柄授时的法则：则：斗柄东指，天下皆春；斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏；斗柄南指，天下皆夏；斗柄西指，天下皆秋；斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。斗柄北指，天下皆冬。2 2、中星授时、中星授时 中国古人根据初昏时中天星宿来判定春夏秋冬四季。中国古人根据初昏时中天星宿来判定春夏秋冬四季。诗经诗经中记载：中记载：“七月流火，九月授衣七月流火，九月授衣”。“火火”是指天蝎座是指天蝎座星星大火星（心宿二）。意思是如果黄昏时大火星已过上中大火星（心宿二）。意思是如果黄昏时大火星已过上中天，标志着新秋到来。天，标志着新秋到来。书经书经中说得更明白：中说得更明白：本讲稿第五十六页，共一百一十一页图图4 49 9 中星授时中星授时本讲稿第五十七页，共一百一十一页 日中星鸟，以殷仲春；日中星鸟，以殷仲春；日永星火，以正仲夏；日永星火，以正仲夏；宵中星虚，以殷仲秋；宵中星虚，以殷仲秋；日短星昴，以正仲冬。日短星昴，以正仲冬。“日中日中”指昼长适中，指昼长适中，“霄中霄中”指夜长适中，指夜长适中，“日永日永”和和“日日短短”指白昼最长和最短，指白昼最长和最短，“鸟、火、虚、昴鸟、火、虚、昴”指各个季节黄昏时位于指各个季节黄昏时位于上中天的星宿。意思：昼夜等长和鸟星昏中是仲春到来标志，白昼最长上中天的星宿。意思：昼夜等长和鸟星昏中是仲春到来标志，白昼最长和大火昏中是仲夏到期来标志，其余类推和大火昏中是仲夏到期来标志，其余类推.3 3、晷