浅谈黄赤交角及地理意义
[摘要]在高中地理第一册第一章《地球的运动》中讲到了黄赤交角，对于黄赤交角所产生的地理意义，学生往往死记硬背。本文想通过具体细致地讲解，让学生对黄赤交角所产生的地理意义有更深入地理解，同时在教学中培养学生大胆想象的思维品质。
[关键字]黄赤交角、太阳高度角、昼夜长短
地球是太阳系中一颗普通的行星，也是一颗特殊的行星。普通表现在具有太阳系中行星的共同特征，特殊表现在地球上有生命存在。而地球的自转运动和公转运动产生的黄赤交角意义重大, 黄赤交角的存在使地球上有其他行星所不具备的自然现象和变化规律。同时也使地球更具生机活力和神秘感。
一．黄赤交角的产生
地球的运动是一个复杂的运动。地球一边绕地轴自转，自转的中心平面即赤道；一边又绕太阳公转，公转的轨道面即黄道。地球的自转轴与其公转的轨道面成66°34′的倾斜，这个角度的存在使人们形象地比喻为地球“斜着身体”绕太阳公转，而不是直着身子转动。地球的自转同公转之间的这种关系，天文学和地理学上通常用角度(23°26′) ——赤道面与轨道面的交角来表示，而在地心天球上，则表现为黄道与天赤道的交角, 并被称为黄赤交角。我们发现大自然无愧为优秀的“设计师”，就这么轻微一斜，黄赤交角就产生了具有重要的天文和地理意义。（见下图黄赤交角的形成图）
二．黄赤交角产生的地理意义
1. 黄赤交角产生了太阳的回归运动
黄赤交角的存在，使太阳直射点到达的最北界线是23°26′N ，即北回归线; ；最南界线到23°26′S ，即南回归线，也就是太阳直射点在23°26′S ～23°26′N 作周年往返移动。一年往返一次，称为太阳的回归运动。（见下图太阳回归运动简图）
由于太阳的回归运动，使南北回归线及之间的地方有直射现象，其他地方无直射现象。这样地表获得热量就会随时间和空间发生变化。这样的变化用正午太阳高度和昼夜长短的时间和空间变化来体现，在此基础上形成了四季和五带。
2. 太阳高度角的变化规律
太阳高度角即太阳相对地平面的倾角。对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，在球面上表现为太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角，简称高度角。
在平常生活中，我们不难发现，日出时分太阳升出地平线，所在地的经线过晨线，太阳高度角由零开始变大，到正午12点的时候太阳高度角为一天中的最大；然后太阳高度角开始变小，一直到日落，所在地的经线过昏线，高度角变为零。这就是太阳高度角的周日变化。那么，对于一个地方高度角的周年变化又是如何的呢，我们可以研究正午时刻的太阳高度角的计算公式（见下图）。图中φ是代表当地地理纬度，δ是代表太阳直射点地理纬度，左图为φ和δ是同一半球，由图可以得出高度角H=90°（-φ-δ）；右图α和β是不同半球，由图可以得出H=90°-（φ+δ）。小结太阳高度角计算公式，H=90°-│δ(+/-δ) │，(+/-)是所求地理纬度与太阳直射是否在同一半球：如果在同一半球就是-；在南北两个半球就是+。
公式表明：不管是不同半球或同一半球，某日正午太阳高度的的大小取决于某地与太阳直射点的地球经线大圆的弧度距离。离太阳直射点的距离越近，太阳高度角就越大；反之，太阳高度角就越小。例如：对于北回归线以北的舟山地区（约29.5°）来说，当太阳直射在北回归线（6月22日）的时候，舟山离直射点最近，正午高度角最大为84度；当太阳直射在南回归线（12月22日）的时候，舟山离直射点最远，正午高度角最小为47度。这样，高度角的年变化就是37度。
我们从上得知了，太阳高度角的日变化和年变化。那么对于其他时刻的太阳高度角又是怎样呢？其实在地球上的任何一点，我们可以与直射点和球心建立一个大圆，地球上的那一点与直射点也有一个通过大圆的弧度距离。所以，我们对 任何时刻的太阳高度角的大小可以用等太阳高度线来表示。见下图，以太阳直射在23°26′北纬0°经线为例，图示23°26′北纬0°经线的地方，太阳高度角达到了最大为90°，所在经线为地方时12点。其它地方高度角逐渐减小，到最外面的大圆就是晨昏线即0°。这好比是一个手电筒，中心点照得最强，周围均匀逐渐减弱。可见等太阳高度角能完整地用图解释某个时刻（每隔经度15°差1小时）昼半球各地的太阳高度角，不仅仅限于正午时分。
3. 昼夜长短的变化
我们可以用图来说明昼夜长短的变化。下图分别是太阳直射在北回归线、南回归线和赤道时的全球昼夜长短变化图。
我们可以依图小结为:当太阳直射在北半球时，北半球各地昼大于夜，南半球各地夜大于昼，全球越往北昼越长。北极圈及以北，出现极昼现象；南极圈及以南，出现极夜现象。当太阳直射点在南半球时，南半球各地昼大于夜，北半球各地夜大于昼，全球越往南昼越长。当太阳直射在赤道时，全球昼夜平分。而且南北半球昼夜现象对称分布。
4. 四季的产生及五带的产生
季节的变化:由于地球上各地的季节变化主要取决于正午太阳高度和昼夜长短的年际变化。黄赤交角变化, 引起正午太阳高度和昼夜长短的年际变化，也引起了四季更替。夏季就是太阳高度角最大，昼最长的季节，天文意义上的季节开始就是四个节气:即春分、夏至、秋分、冬至。但是，天文四季与各地的气候又用差异，因此就有了气候四季，气候四季更贴近各地的气候变化。
五带的产生：由于黄赤交角的存在，太阳的直射点在南北回归线之间来回移动，在南北回归线之间，太阳一年有2次直射；在南北回归线上，太阳只有一次直射。这些地带，太阳辐射能较大，划分为热带。在北极圈以北和南极圈以南，会出现极昼极夜现象，所获得的太阳辐射能较小，为地球上的寒带，即北寒带和南寒带。在回归线和极圈之间，即没直射，也没极昼极夜，为地球上的北温带和南温带。
学生只有在真正理解知识的基础上，才能以繁化简，触类旁通。
三．如果没有黄赤交角
如果没有了黄赤交角，即地球自转平面和公转平面在天球上是重合的，那么地球会有哪些改变呢？
1． 太阳高度角的改变 因为太阳永远直射在赤道上，那么也就没了回归
运动。对于一地来说，就没有正午太阳高度角的周年变化，正午太阳高度角永远是90度减去某地与赤道的纬度差。太阳高度角的周日变化，每日也是一样的，从零到最大值，再从最大值到零，周日变化的差值永远不变。
2． 五带的变化 太阳永远直射在赤道上，五带的划分就没有依据，热量
的分布将发生改变，进一步影响农业生产。寒冷的范围加大，如现在中国的粮食生产主要在东北平原和华北平原因为热量不足将不再生产小麦，引起人口向中低纬度迁移，当这种迁移蔓延时，将会导致土地资源的争夺甚至战争。
3． 季节变化 由于没有了季节变化，许多地方都会少了天然的杀虫剂----
冬季的寒冷，引起虫害加重。赤道附近，因为连续高温，强烈的对流暴雨，引起病菌滋生，虫害加重。
4． 气候的改变 由于没有了黄赤交角，地球上气候类型及分布范围将会
发生非常大的改变，热带草原气候和地中海式气候由于缺乏气压带风带的季节移动而消失。季风气候的分布也将因冬夏季节的消失而改变，中高纬度地区，中高纬度地区一年中形成陆地吹向海洋的“冬季风”， 中低纬度地区一年中形成陆地吹向海洋的“夏季风”，引起中高纬度的干旱和中低纬度的洪涝，从而影响农业生产。
以上的探究虽然有些离奇，但是我们也是有依据的，因为在太阳系形成以来，黄赤交角一直在微妙地变化。通过探究，也能让学生深入体会到黄赤交角所产生的地理意义重大。而且，也能让学生在探究中把地球看成是一个有机的整体，认识了热量与气候、气候与农业、农业与人口分布的有机联系。从而培养学生用联系发展的观点看问题，也开拓了学生的思维能力。
林汉珍 2015．05
浅谈黄赤交角及地理意义
[摘要]在高中地理第一册第一章《地球的运动》中讲到了黄赤交角，对于黄赤交角所产生的地理意义，学生往往死记硬背。本文想通过具体细致地讲解，让学生对黄赤交角所产生的地理意义有更深入地理解，同时在教学中培养学生大胆想象的思维品质。
[关键字]黄赤交角、太阳高度角、昼夜长短
地球是太阳系中一颗普通的行星，也是一颗特殊的行星。普通表现在具有太阳系中行星的共同特征，特殊表现在地球上有生命存在。而地球的自转运动和公转运动产生的黄赤交角意义重大, 黄赤交角的存在使地球上有其他行星所不具备的自然现象和变化规律。同时也使地球更具生机活力和神秘感。
一．黄赤交角的产生
地球的运动是一个复杂的运动。地球一边绕地轴自转，自转的中心平面即赤道；一边又绕太阳公转，公转的轨道面即黄道。地球的自转轴与其公转的轨道面成66°34′的倾斜，这个角度的存在使人们形象地比喻为地球“斜着身体”绕太阳公转，而不是直着身子转动。地球的自转同公转之间的这种关系，天文学和地理学上通常用角度(23°26′) ——赤道面与轨道面的交角来表示，而在地心天球上，则表现为黄道与天赤道的交角, 并被称为黄赤交角。我们发现大自然无愧为优秀的“设计师”，就这么轻微一斜，黄赤交角就产生了具有重要的天文和地理意义。（见下图黄赤交角的形成图）
二．黄赤交角产生的地理意义
1. 黄赤交角产生了太阳的回归运动
黄赤交角的存在，使太阳直射点到达的最北界线是23°26′N ，即北回归线; ；最南界线到23°26′S ，即南回归线，也就是太阳直射点在23°26′S ～23°26′N 作周年往返移动。一年往返一次，称为太阳的回归运动。（见下图太阳回归运动简图）
由于太阳的回归运动，使南北回归线及之间的地方有直射现象，其他地方无直射现象。这样地表获得热量就会随时间和空间发生变化。这样的变化用正午太阳高度和昼夜长短的时间和空间变化来体现，在此基础上形成了四季和五带。
2. 太阳高度角的变化规律
太阳高度角即太阳相对地平面的倾角。对于地球上的某个地点，太阳高度是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，在球面上表现为太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角，简称高度角。
在平常生活中，我们不难发现，日出时分太阳升出地平线，所在地的经线过晨线，太阳高度角由零开始变大，到正午12点的时候太阳高度角为一天中的最大；然后太阳高度角开始变小，一直到日落，所在地的经线过昏线，高度角变为零。这就是太阳高度角的周日变化。那么，对于一个地方高度角的周年变化又是如何的呢，我们可以研究正午时刻的太阳高度角的计算公式（见下图）。图中φ是代表当地地理纬度，δ是代表太阳直射点地理纬度，左图为φ和δ是同一半球，由图可以得出高度角H=90°（-φ-δ）；右图α和β是不同半球，由图可以得出H=90°-（φ+δ）。小结太阳高度角计算公式，H=90°-│δ(+/-δ) │，(+/-)是所求地理纬度与太阳直射是否在同一半球：如果在同一半球就是-；在南北两个半球就是+。
公式表明：不管是不同半球或同一半球，某日正午太阳高度的的大小取决于某地与太阳直射点的地球经线大圆的弧度距离。离太阳直射点的距离越近，太阳高度角就越大；反之，太阳高度角就越小。例如：对于北回归线以北的舟山地区（约29.5°）来说，当太阳直射在北回归线（6月22日）的时候，舟山离直射点最近，正午高度角最大为84度；当太阳直射在南回归线（12月22日）的时候，舟山离直射点最远，正午高度角最小为47度。这样，高度角的年变化就是37度。
我们从上得知了，太阳高度角的日变化和年变化。那么对于其他时刻的太阳高度角又是怎样呢？其实在地球上的任何一点，我们可以与直射点和球心建立一个大圆，地球上的那一点与直射点也有一个通过大圆的弧度距离。所以，我们对 任何时刻的太阳高度角的大小可以用等太阳高度线来表示。见下图，以太阳直射在23°26′北纬0°经线为例，图示23°26′北纬0°经线的地方，太阳高度角达到了最大为90°，所在经线为地方时12点。其它地方高度角逐渐减小，到最外面的大圆就是晨昏线即0°。这好比是一个手电筒，中心点照得最强，周围均匀逐渐减弱。可见等太阳高度角能完整地用图解释某个时刻（每隔经度15°差1小时）昼半球各地的太阳高度角，不仅仅限于正午时分。
3. 昼夜长短的变化
我们可以用图来说明昼夜长短的变化。下图分别是太阳直射在北回归线、南回归线和赤道时的全球昼夜长短变化图。
我们可以依图小结为:当太阳直射在北半球时，北半球各地昼大于夜，南半球各地夜大于昼，全球越往北昼越长。北极圈及以北，出现极昼现象；南极圈及以南，出现极夜现象。当太阳直射点在南半球时，南半球各地昼大于夜，北半球各地夜大于昼，全球越往南昼越长。当太阳直射在赤道时，全球昼夜平分。而且南北半球昼夜现象对称分布。
4. 四季的产生及五带的产生
季节的变化:由于地球上各地的季节变化主要取决于正午太阳高度和昼夜长短的年际变化。黄赤交角变化, 引起正午太阳高度和昼夜长短的年际变化，也引起了四季更替。夏季就是太阳高度角最大，昼最长的季节，天文意义上的季节开始就是四个节气:即春分、夏至、秋分、冬至。但是，天文四季与各地的气候又用差异，因此就有了气候四季，气候四季更贴近各地的气候变化。
五带的产生：由于黄赤交角的存在，太阳的直射点在南北回归线之间来回移动，在南北回归线之间，太阳一年有2次直射；在南北回归线上，太阳只有一次直射。这些地带，太阳辐射能较大，划分为热带。在北极圈以北和南极圈以南，会出现极昼极夜现象，所获得的太阳辐射能较小，为地球上的寒带，即北寒带和南寒带。在回归线和极圈之间，即没直射，也没极昼极夜，为地球上的北温带和南温带。
学生只有在真正理解知识的基础上，才能以繁化简，触类旁通。
三．如果没有黄赤交角
如果没有了黄赤交角，即地球自转平面和公转平面在天球上是重合的，那么地球会有哪些改变呢？
1． 太阳高度角的改变 因为太阳永远直射在赤道上，那么也就没了回归
运动。对于一地来说，就没有正午太阳高度角的周年变化，正午太阳高度角永远是90度减去某地与赤道的纬度差。太阳高度角的周日变化，每日也是一样的，从零到最大值，再从最大值到零，周日变化的差值永远不变。
2． 五带的变化 太阳永远直射在赤道上，五带的划分就没有依据，热量
的分布将发生改变，进一步影响农业生产。寒冷的范围加大，如现在中国的粮食生产主要在东北平原和华北平原因为热量不足将不再生产小麦，引起人口向中低纬度迁移，当这种迁移蔓延时，将会导致土地资源的争夺甚至战争。
3． 季节变化 由于没有了季节变化，许多地方都会少了天然的杀虫剂----
冬季的寒冷，引起虫害加重。赤道附近，因为连续高温，强烈的对流暴雨，引起病菌滋生，虫害加重。
4． 气候的改变 由于没有了黄赤交角，地球上气候类型及分布范围将会
发生非常大的改变，热带草原气候和地中海式气候由于缺乏气压带风带的季节移动而消失。季风气候的分布也将因冬夏季节的消失而改变，中高纬度地区，中高纬度地区一年中形成陆地吹向海洋的“冬季风”， 中低纬度地区一年中形成陆地吹向海洋的“夏季风”，引起中高纬度的干旱和中低纬度的洪涝，从而影响农业生产。
以上的探究虽然有些离奇，但是我们也是有依据的，因为在太阳系形成以来，黄赤交角一直在微妙地变化。通过探究，也能让学生深入体会到黄赤交角所产生的地理意义重大。而且，也能让学生在探究中把地球看成是一个有机的整体，认识了热量与气候、气候与农业、农业与人口分布的有机联系。从而培养学生用联系发展的观点看问题，也开拓了学生的思维能力。
林汉珍 2015．05