逍遥学能 2014-07-16 14:03
昼夜交替、昼夜长短的变化和太阳高度的变化等是由地球运动产生的地理现象，是高中地理中最为抽象、也最难以理解的内容，并且多年以来在高考试卷中频繁的以各种面目出现，且占有较高比例的分值。这些地理现象和晨昏线之间都存在着密切的联系，如果我们能够很好的掌握晨昏线的特点、理解晨昏线与这些地理现象之间的关系，那么我们就能在教学中、在解决昼夜示意图等这一类问题时，因抓住“一线”而获得“生机”。
一、晨昏线的产生
由于地球是一个不发光也不透明的球体，在阳光的照射下，面向太阳的半球是明亮的，被称为昼半球，背向太阳的半个球是黑暗的，也就是夜半球。昼、夜半球的界线就称为“晨昏线（也称晨昏圈）”。在现实的地球表面，由于地球大气的折射、散射等作用，晨昏线所在的地方其实是处在昼、夜的过渡地带，如图1为北京时间2004年12月14日20时52分时的地球昼夜示意图。也就是说，晨昏线上的各个地方在时间上可能是早晨或黄昏这样一个时间段，而不是一个截然区分的时间点，但为了便于我们研究，在图中，我们将“晨昏线”画成一条线，把昼夜的更替看成是一个截然区分的时间点。
图1 昼夜示意图
来源：Amiglobe2002软件模拟
二、晨昏线与地球
从理论上讲，晨昏线所在的平面把地球平分为两个半球，在地表的晨昏线是一个大圆[大圆：球面被通过球心的平面所截成的圆，是球面所能截取的最大的圆。大圆的圆心就是球心。]，地球的球心就是晨昏线的圆心。但实际上，包围地球的大气有散射折光作用，使地平面以下34′的光线能折射到地面上来，这样，当清晨太阳在地平面以下34′时，在地平面上就已经看到了散射折射光；而在傍晚，太阳已经落在地平面以下34′时，在地平面上还可以看到它。另外，在地球上看，由于太阳的巨大，太阳是一个圆面，而不是一个光点，它具有16′的视半径，这样使白天延长，所以，昼半球向四面八方扩大50′（34′+16′），而夜半球都缩小50′，因此昼夜半球不一样大，晨昏线也不是真正的大圆。经过测算，在春分、秋分两天，全球昼夜也不真正等分，白昼时间为12时8分钟，黑夜时间为11时52分钟。为简便起见，我们仍把晨昏线看成是一个大圆，把昼夜半球等分。但这一事实我们要了解，它能加深我们对理论与生活之间差别的理解。
三、晨线和昏线
晨昏线分为晨线和昏线两部分。随地球的自转，由昼半球进入夜半球的部分就是昏线，由夜半球进入昼半球的部分就是晨线。对地表某个具体地点而言，它的地方时如果是早晨（日出），那么它就在晨线上，如果是黄昏（日落），它就在昏线上。理解这一点对我们判断晨线和昏线至关重要。根据晨线和昏线的特点，其实根据地球的自转方向，我们就可以准确地判断出晨线和昏线。如图2。由此我们也可以反推，即如果知道了晨线或昏线，就可以推测出地球的自转方向。
图2 A图中的为晨线；B图中的为昏线；C图中的晨昏线上半部分为昏线，下半部分为晨线；D图中的晨昏线上半部分为晨线，下半部分为昏线。
四、晨昏线与太阳直射点
[太阳直射点：在众多太阳平行光线中，必有一条太阳光线的延长线穿过地球球心，这条就是太阳直射光线，其与地表的交点就是太阳直射点。]
任一时刻，晨昏线（圈）与太阳直射点之间都存在着固定的相互位置关系，即太阳直射点位于由晨昏线围成的昼半球球面（地表）的中心点，也就是说，太阳直射点到晨昏线上各地的球面距离都相等。
掌握这一特征，我们就可以从中分析出以下几点规律。
1.太阳光线和晨昏线所在的平面垂直。在这里一定要注意平面两字，因为在实际的图上，由于观测的方位不同，我们往往看到的可能不是晨昏线所在的平面而是晨昏线，因此它与太阳光线之间可能就不是垂直的关系。如图2中的A、C、D图。
2.等太阳高度线（圈）。太阳直射点处的太阳高度[太阳高度：太阳光线与当地地平面的夹角。太阳高度的最大值为90°。地方时12点时的太阳高度称为正午太阳高度。]为90°，但随着球面的变化，太阳高度也会随之发生变化，总体规律是：距离太阳直射点的球面距离相等的地方，太阳高度相等。即在某一时刻，太阳高度在太阳直射点处最大（90°），并由太阳直射点向四周呈半球（在投影图上呈以太阳直射点为圆心的同心圆）状递减，到晨昏线上，太阳高度减小为0°，这就是等太阳高度线。如例1中第1小题。
例1：右图为北京时间某日2点时的全球太阳高度等值线图，图中15°N纬线与BAC垂直相交于A点，读图回答下列问题：
（1）对于图示情况，错误的说法是（ ）
A.中心点A点表示太阳直射点
B.最大圆圈为晨昏圈
C.B、C两地经度相同
D.图示半球为昼半球
（2）C地的纬度是 ，经度是 。
（3）此时，图中各点有极昼现象的是 。
（4）B点的地方时是 点，C点的地方时是 点。（答案：C 75°N 90°W C 12 24）
3.晨昏线在地表的移动规律。由于晨昏线所在的平面始终与太阳（直射）光线垂直，因而在一天之中和一年之中，随着太阳光线的变化，晨昏线在地表的移动就有着相应的变化规律。
一天之中，由于地球自西向东自转，就产生了地表各地太阳自东向西的周日视运动，也就是太阳的东升西落，与太阳光线垂直的晨昏线所在的平面也就随之自东向西在地表移动（如图3）。
图3 一天之中，地球的自转与晨昏线在地表的移动之间的关系图
一年之中，由于黄赤交角的存在，使得太阳直射点在南北回归线之间移动。若图4中p为太阳直射点，o为球心，我们可以将po看成是一条太阳（直射）光线，我们发现，随着太阳直射点p在南北回归线之间的移动，太阳光线po照射的方位不断发生变化，与之垂直的晨昏线所在的平面也随之发生有规律的移动。NS为地轴所在的位置。我们可以得出以下两个结论：①晨昏线所在的平面与地轴的夹角和太阳直射点的纬度[①地表某点的纬度等于这一点与地心的连线和赤道平面所成的角度。]在数值上相等，②同一时刻，太阳直射点所在的纬度数和与晨昏线相切的纬度数之和为90°（如例1中第2小题）。春、秋分日，太阳直射在赤道上（0°），晨昏线经过极点（90°），两者之和也为90°。
图4 NS为太阳直射点在P时晨昏线
所在的平面，A1B1、A2B2分别为太阳直
射点在P1、P2时晨昏线所在的平面
若从极地上空俯视（图5），我们发现，随着太阳直射点的移动，一年中，晨昏线的位置总是在极点到极圈之间的范围内作有规律的移动。以北半球为例：春分日，晨昏线经过极点，全球各地昼夜平分；从春分日到夏至日，晨昏线的位置由北极点移向北极圈，北极点周围地区出现极昼现象，且极昼的范围在变大；夏至日，晨昏线与北极圈相切，北极圈及其以北地区都出现极昼现象，北半球极昼的范围达到一年中的最大。夏至日到秋分日，晨昏线的位置由北极圈向极点移动，北半球极昼的范围在变小；秋分日，晨昏线经过极点，全球昼夜平分；秋分日到冬至日，晨昏线的位置有极点移向北极圈，北极点周围出现极夜现象，且极夜的范围在扩大；冬至日，晨昏线与北极圈相切，北极圈及其以北地区出现极夜现象，北半球极夜范围达到一年中的最大；冬至日到次年春分日，晨昏线由北极圈向极点移动，且极夜的范围变小。
图5 N为北极点，A、B为晨昏线和北极圈的切点
五、晨昏线与经纬线
1.晨昏线和纬线的关系。
地球的自转，使得地表各地产生昼夜现象，地球自转一周的时间若以太阳作为参照物来计算的话，是24小时，每一小时转过15°，我们称之为一个太阳日，它影响到我们的生活作息。地表各点也沿各自的纬线圈随地球转动，每一小时转过的圆心角为15°。晨昏线如果和纬线圈相交，就把纬线圈分成两部分，在昼半球的那部分，叫昼弧，在夜半球的那部分，叫夜弧，我们就可以根据昼弧和夜弧所对应的圆心角来计算纬线上各地某一日的昼长和夜长。如，某地所在昼弧对应的圆心角为270°，那么该地的昼长为18小时（x/24=270°/360°）。而昼弧中点处的地方时就应该是12点，夜弧中点处的地方时是24点。
具体的讲，晨昏线和纬线有三种关系，相交、相切、相离。春分日和秋分日，晨昏线经过极点，和其他纬线相交，且平分其他纬线，因而全球各地的昼夜长短相等，如图6。除了春、秋分日，在任一天的任一时刻，上述三种关系我们都可以找到，如图7。A图为北半球，冬至日，图中晨昏线和北极圈相切，北极圈都为夜弧，所以出现极夜现象；北极圈以北的各纬线都和晨昏线相离，也都为夜弧，出现极夜；北极圈以南至赤道，晨昏线和纬线圈相交，将纬线圈分成昼弧和夜弧，但我们发现，随着纬度的降低，昼弧所对应的圆心角在变大，因此白昼在变长，黑夜在变短，但昼长都小于夜长。B图为南半球，分析方法相类似。通过对图7的分析还可得出这样的结论：当和晨昏线相切的纬线是极昼时，切点的地方时为0时，当和晨昏线相切的纬线是极夜时，切点的地方时为12时。
图7 冬至日从极点上空俯视所看到的昼夜示意图
在任一天，晨昏线都将赤道平分，也就是说，赤道上各地终年昼夜等长。由于终年昼夜等长，因此每天日出日落的时间就是不变的，都是6点日出，18点日落。在图上，晨线和赤道的交点处的地方时就是6点，昏线和赤道交点处的地方时就是18点。
2．晨昏线和经线的关系：春、秋分日，晨昏线经过极点，在任一时刻，晨昏线都和一个经线圈重合，因此，在这一天，各地日出日落的时间（地方时）都相等。如图6。但由于观察的角度不同，我们看到的昼夜示意图会有各种变化，如图2中A、图6和图8中甲，但我们只要抓住一个特征：晨昏线与经线圈重合。
图8
除了春、秋分日外，晨昏线和经线相交，并成一定的角度，一条特殊的经线是经过晨昏线与赤道交点的经线，根据前面的论述我们可以知道，它和晨昏线所成的角度和太阳直射点的纬度数相等。如图8中，乙图表示冬至日的昼夜状况，丙图表示夏至日的昼夜状况。根据前述，这条经线的地方时也可以分析出。另一条特殊的经线是经过晨昏线和纬线切点的经线，如图7中的NA经线和SB经线。经线NA和SB构成一个经线圈，这个经线圈和晨昏圈垂直。从图中可以分析出，NA经线经过了其他昼弧的中点，因此它的地方时为12点，SB经线经过了其他夜弧的中点，因此它的地方时为24点，见例1中第4小题。
分析晨昏线和经纬线的关系，将更有利于我们精细地理解随着太阳直射点的移动，地表某地的昼夜长短的变化，可以帮助我们在面对各种昼夜示意图时能准确地判断出图所表示的日期，以及图中经线的地方时。
由于地球是一个球体，因此我们在理解晨昏线的特点时必须有一个立体的视角，在我们的头脑中必须要有一个空间上的球体，这就要求学生平时要多去把玩地球仪，观察地球仪，也要求教师在讲解这一内容时，要多借助地球仪来演示，多利用更形象的多媒体课件来演示，只有这样，我们才能对理论上的晨昏线和生活中的晨昏线有更深切的体会。