黃赤交角

黃赤交角

黃赤交角是地球公轉軌道面(黃道面)與赤道面(天赤道面)的交角,也稱為黃赤大距。目前地球的黃赤交角為約為23°26'。黃赤交角並非不變的,它一直有微小的變化,但由于變化較小,所以短時間可以忽略不計。

  • 中文名稱
    黃赤交角
  • 外文名稱
    Obliquity of the ecliptic

定義

地球公轉的軌道面(黃道面)和地球赤道面的夾角是黃赤交角。黃赤交角存在緩慢的變化,這是由于春分點位置的變化產生的。黃赤交角變化的範圍在22°00′得到24°30′,變化的周期約為4.1×10^4年。上次黃赤交角最小值約距今2.8萬年。近期計算黃赤交角的公式為:

黃赤交角=23°27′8.26″-0.4684″t其中t是1900年起算的儒略年數。目前黃赤交角正以每世紀約為46.84″的速度減少。2013年1月0日12正時(2013.0)的黃赤交角為23°26′15.3308″

概念

地球的自轉軸(地軸)與其公轉的軌道面成66°34′的傾斜。地球的自轉同它公轉之間的這種關系,天文學地理學上通常用它的餘角(23.26°),即赤道面與軌道面的交角來表示;而在地心天球上,則表現為黃道與天赤道的交角,並被稱為黃赤交角,又稱"黃赤大距"。黃道與天赤道的兩個交點,叫牡羊宮(牡羊座)第一點和天秤宮(天秤座)第一點,在北半球分別稱為春分點和秋分點,合稱二分點。黃道上距天赤道最遠的兩點,叫巨蟹宮(巨蟹座)第一點和摩羯宮(摩羯座)第一點,即北半球的夏至點和冬至點,合稱二至點。二至點距天赤道23.44°,稱黃赤大距,是黃角交角在地心天球上的表現。

天球赤道面與黃道面的交角23度半天球赤道面與黃道面的交角23度半

黃赤交角在天球上也表現為南北天極對于南北黃極的偏離。天軸垂直于赤道面,黃軸垂直于黃道面,既然黃赤交角是23.44°,那麽,天極對于黃極的偏離,必然也是23.44°。

意義

黃赤交角的存在,具有重要的天文和地理意義。前已述及,黃赤交角地軸進動的成因之一;它還是視太陽日長度周年變化的主要原因。黃赤交角是地球上四季變化和五帶區分的根本原因。

地球自轉產生的赤道面與地球公轉產生的黃道面之間的夾角為黃赤交角。由于地球公轉時斜著身子,地軸與黃道面的夾角(66°34′)基本不變,地軸的空間指向(指向北極星附近)基本不變,故黃赤交角(目前23°26′)也基本不變。

黃赤交角的存在,使太陽直射點到達的最北界線是23°26′N,即北回歸線;最南界線到23°26′S,即南回歸線,也就是太陽直射點在 23°26′S~23°26′N作周年往返移動。因此地表獲得熱量隨時間和空間發生變化。這樣的變化用晝夜長短和正午太陽高度的時間和空間變化來。假設黃赤交角變大,那麽太陽的直射點的位置也會相應變動,直射點會超過現在的最北及最南界限(23°26′),導致熱帶變大。極線(66°34′)就會擴大,因此地表獲得熱量隨時間和空間發生變化。從而使寒帶範圍增大。既然極地範圍的增大,那麽極晝的範圍也會相應增大。

⒉在地球上某個特定地點,根據太陽的具體位置所確定的時刻,稱為"地方時"。不同經度的地方時是不一樣的。

而區時是以每15°經度間隔劃分為一個時區,以每個時區中央經線的地方平太陽時為本時區的區時,比如北京與天津在地理位置上相距很近,但地方時是不一樣的,北京的時間要比天津的晚。但為了方便兩地都會統一採用東八時區的區時即我們所說的台北時間。

⒊地球上每15°經度範圍作為一個時區(即太陽1個小時內走過的經度)。這樣,整個地球的表面就被劃分為24個時區。各時區的"中央經線"規定為0°(即"本初子午線")、東西經15°、東西經30°、東西經45°……直到180°經線,在每條中央經線東西兩側各 7.5°範圍內的所有地點,一律使用該中央經線的地方時作為標準時刻。"區時系統"在很大程度上解決了各地時刻的混亂現象,使得世界上隻有24種不同時刻存在,而且由于相鄰時區間的時差恰好為1個小時,這樣使不同時區間的時刻換算變得極為簡單。因為時區的劃分使每個時區之間隻相差一小時,所以時區差就等于時差了。

⒋算出中央經線的作用很多,就拿時間來說,算出中央經線就可以推算出所在時區。

地理意義

影響地球運動

黃赤交角的大小決定了太陽直射點回歸運動的範圍,即南北回歸線的緯度,也決定了地球上五帶的範圍。若黃赤交角變大,則熱帶和寒帶的範圍變大,溫帶的範圍縮小。

黃赤交角的大小決定著各地晝夜長短的比例。以夏至日的北半球為例,當黃赤交角變大時,北半球的晝變長夜變短(有極晝現象的地區除外),也就是晝夜的差距擴大了;當黃赤交角變小時,北半球的晝變短夜變長(有極晝現象的地區除外),也就是晝夜的差距縮小了,即:各地一年中晝長的年變幅隨黃赤交角的增大而增大、減小而減小。由于正午太陽高度和晝夜長短在一年中作有規律的變化,產生了四季的更替,並影響著五帶的範圍。

自然現象影響

黃赤交角除對地球運動的意義產生影響外,還深刻影響著與其緊密聯系的其他自然地理現象。如:黃赤交角變化→太陽直射點移動範圍變化→五帶範圍變化和氣壓帶、風帶移動範圍變化→氣候帶分布範圍變化→自然帶分布範圍變化等。

探究方法

一 探究黃赤交角:正確理解太陽直射點的移動規律

1 探究方法:

把學生分成小組,並給每組學生提供地球儀一個,手電筒一個。一次性給出三個命題和10分鍾左右的時間,大膽放手,讓學生展開想象,合作交流。期間老師巡視,參與其中一組的交流討論,以便于掌握學生思維的過程和存在的錯誤。

⑴假設黃赤交角為0度:學生用電筒和地球儀演示,畫出地圖,得出結論:太陽直射點沿著赤道移動,其餘各地沒有直射機會。

⑵假設黃赤交角為45度:學生演示推理,得出結論:太陽直射點在南北緯45度之間移動,全球有一半緯度的地方有直射機會。

⑶假設黃赤交角為90度:學生讓地球儀躺著運動,得出結論:太陽直射點在南北極之間移動,全球各地均有直射機會

2 錯誤類型:

⑴有些學生認為直射點固定在某一點上,忘記了直射點會隨地球自轉而移動。應該是演示時隻讓地球公轉了。

⑵令人大吃一驚的是有學生以為直射點處有陽光照射,其餘地方則沒有陽光照射,氣溫太低。也許是用電筒的緣故吧。

3 探究效果:

三種假設探究完畢以後,學生可以自然的得出結論:太陽直射點移動的原因是由于存在黃赤交角,而黃赤交角的度數決定了南北回歸線的度數,所以黃赤交角的大小決定了直射點移動的範圍。最後結合動畫演示黃赤交角為23°26′時,太陽直射點的移動情況和二分二至的位置和時間,學生很容易就明白了。

二 探究黃赤交角:正確理解正午太陽高度角和晝夜長短的變化規律。

1 探究方法:

⒈給出地球儀、手電筒和投影機的光源,讓學生準備一些紙帶模擬晨昏線。假設黃赤交角為0度,探討正午太陽高度角和晝夜長短的變化情況,並與目前黃赤交角為23°26′的情況進行比較。期間給學生看動畫演示。

⑴觀察:學生用光源照射地球儀,使之直射赤道,用紙帶模擬晨昏線,得出各地晝夜長短相同的結論。

⑵思考:各地正午太陽高度角的分布規律,畫圖分析

⑶比較:讓地球儀傾斜到大約是黃赤交角的度數,用光源分別直射南北半球,放上晨昏線,比較各地晝夜長短情況,並註意南北半球的區別。

⑷學生總結:假設黃赤交角為0度,各地的正午太陽高度角不變,各地的晝夜長短不變,就像黃赤交角為23°26′時的春、秋分一樣。

2、進一步問題探究:在黃赤交角為23°26′的情況下,正午太陽高度角和晝夜長短的變化有哪些規律呢?給出自學時間,提出如下問題:

一、正午太陽高度角的變化

⒈北京(40°N,116°E)哪一天正午太陽高度最大,東莞呢(22.6°N,113.5°E)?

(分別舉了北回歸線以北的北京和北回歸線與赤道之間的東莞在地為例,目的是為了接近生活,並有利于把結論從個別引向一般)

二、晝夜長短的變化

⒈北京哪一天白晝最長,東莞呢?想一想路燈開關的時間一年中有變化嗎?東莞和北京的路燈開關時間一樣嗎?(第一問明確基本規律,第二問走進生活用規律,第三問分析不同緯度地區晝夜長短的分布規律和變化幅度)

⒉在中國去哪裏看極光較好?什麽時候去最合適?衣著上要註意什麽?(此問為了解決極晝極夜問題而設計,並與生活緊密相連)

3、得出結論:學生發言,並結合動畫演示和生活實際,對學生的結論加以評述引申,得出一般規律。

2 常見錯誤:

⒈正午太陽高度往往認為都是90度;

⒉回歸線之間地區正午太陽高度的最大值的時間與晝最長的時間容易混淆,如東莞市晝長最長在夏至,但有學生以為正午太陽高度角最大也在夏至。

3 探究效果:

在假設黃赤交角為0度的探討中,學生通過動手演示,畫圖分析,明白了沒有黃赤交角就沒有正午太陽高度和晝夜長短的變化,且通過許多與生活息息相關相關的問題的探討明確了正午太陽高度和晝夜長短的變化規律,使這個深奧的問題變得淺顯易懂。

三 探究黃赤交角:理解季節更替和五帶範圍的成因

1 探究方法

⒈假設黃赤交角為零度:

根據上面對于直射點的移動、正午太陽高度角和晝夜長短的變化規律的探究,學生很容易發現地球上將不再有季節的更替。再與黃赤交角為23°26′時比較,學生很容易就明白了季節更替的原因。

五帶的劃分也應和現在不同。學生提出的劃分方案較多,我覺得較為合理的是:熱帶的範圍在南北緯20度之間,溫帶範圍在南北緯20度到50度,寒帶範圍則在南北緯50度以外。這樣寒帶的範圍大大增加,使地球的氣候發生重大變化,這些都給後續的探究打下了基礎。

⒉假設黃赤交角22度和24.5度:

這是黃赤交角實際變化的範圍(四萬年一個周期),所以拿出來讓學生討論它對五帶的影響。通過這個探究,學生理解了五帶的劃分原則,知道了黃赤交角的變化對五帶範圍的影響。

2 常見錯誤:

學生開始不知道回歸線和極圈的關系,以為黃赤交角隻影響熱帶和溫帶的範圍。

3 探究效果:

通過假設黃赤交角為0度及其變大變小的探討,學生明白了季節形成的根本原因,五帶劃分的依據,各帶的特點,以及黃赤交角變化對五帶範圍的影響。

四 探究黃赤交角:激活思維,拓展知識面,初步形成地球是一個整體的意識

1 探究方法:

假設黃赤交角為0度,會對地球產生哪些影響?

發動學生大膽想象,假設推理,把熱量風向、氣候、生產、生活等內容聯系起來思考。

2 探究結果:

⒈由于沒有了黃赤交角,全球的氣候將發生重大變化,氣候類型會改變。有些氣候類型,如地中海氣候,熱帶草原氣候等由于氣壓帶風帶移動形成的氣候會消失;季風氣候會改變,可能在中高緯度形成陸地吹向海洋的"冬季風",中低緯度地區會形成由海洋吹向陸地的"夏季風",引起中高緯度地區的幹旱和中低緯度地區的洪澇,從而影響農業生產。

⒉由于五帶範圍的變化,熱量的分布情況發生改變,進一步影響農業的生產。如寒帶範圍加大,現在中國的糧食主產區華北平原和東北平原熱量不足,將不再適宜小麥生長,從而使糧食生產面積縮小,引起人口向中低緯度地帶遷移。當這種情況在世界上蔓延時會引發土地和資源的爭奪甚至戰爭。

⒊由于沒有了季節更替現象,北溫帶地區少了天然的殺蟲劑――冬季的嚴寒,引起蟲災加重。南方由于高溫持續不斷,病菌孳生,導致禽流感等增加。

⒋當黃赤交角為0度時,地球站立起來了,人們觀測星空的角度發生了很大改變,現有的星圖要改版。

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