引入
为什么北京是白天的时候,纽约却是黑夜?
为什么夏天比冬天热?是因为地球离太阳更近吗?
时区是怎么划分的?为什么跨时区旅行需要倒时差?
地球的两种基本运动——自转和公转——塑造了我们最熟悉的自然节律:昼夜交替和四季变化。理解这两种运动及其地理效应,是分析大气与气候、水文等自然地理现象的时间基础。
正文
定义
地球自转是地球绕自身地轴的旋转运动,周期约 24 小时,产生昼夜交替和时差。地球公转是地球绕太阳的轨道运动,周期约 365.25 天,与黄赤交角共同作用产生四季变化和五带划分。
地球自转
基本参数:
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 旋转轴 | 地轴（连接南北极的假想轴） |
| 方向 | 自西向东（从北极上空看为逆时针） |
| 周期 | 恒星日约 23h56min,太阳日约 24h |
| 角速度 | 除两极外,各处均为 |
| 线速度 | 赤道最大（约 1670 km/h）,向两极递减为零 |
自转的地理效应:
| 效应 | 机制 |
|---|---|
| 昼夜交替 | 地球不透明,太阳只能照亮一半,自转使各地轮流进入昼半球和夜半球 |
| 地方时和时差 | 不同经度的地方,太阳到达正午的时间不同,经度每差 时间差 1 小时 |
| 地转偏向力 | 运动物体在北半球向右偏,南半球向左偏（影响风向、洋流、河流偏转） |
时区划分:
全球按经度分为 24 个时区,每个时区跨 经度,以中央经线的地方时作为该时区的区时。
- 中时区（零时区）:以本初子午线（）为中央经线。
- 东一
东十二区,西一西十二区（东十二区和西十二区合并为一个时区）。 - 北京时间 = 东八区区时 = 东经 的地方时。
关键区分
区时是一个时区统一使用的时间,地方时是某条具体经线上的太阳时。同一时区内,区时相同但地方时可能不同。
日期变更线:
国际日期变更线大致沿 经线。从东向西越过日期变更线,日期加一天;从西向东越过,日期减一天。
地球公转
基本参数:
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 轨道 | 近似椭圆的椭圆轨道 |
| 方向 | 自西向东（逆时针） |
| 周期 | 恒星年约 365.25 天 |
| 近日点 | 1 月初,公转速度较快 |
| 远日点 | 7 月初,公转速度较慢 |
常见误区
北半球的冬天不是因为地球离太阳远——事实上 1 月初地球反而在近日点。冬季的根本原因是太阳高度角低、日照时间短,这由黄赤交角决定。
黄赤交角与四季
黄赤交角:
黄赤交角是黄道面（地球公转轨道面）与赤道面的夹角,目前约为 。
黄赤交角的存在使得太阳直射点在南北回归线之间来回移动,形成太阳直射点的回归运动。
太阳直射点的移动规律:
| 日期 | 太阳直射点 | 北半球节气 |
|---|---|---|
| 3 月 21 日前后 | 赤道（） | 春分 |
| 6 月 22 日前后 | 北回归线（） | 夏至 |
| 9 月 23 日前后 | 赤道（） | 秋分 |
| 12 月 22 日前后 | 南回归线（） | 冬至 |
正午太阳高度的变化:
某地正午太阳高度
- 太阳直射点所在纬度的正午太阳高度为 。
- 离太阳直射点越远,正午太阳高度越小,地面获得的太阳辐射越少。
昼夜长短的变化:
| 时间 | 北半球 | 南半球 |
|---|---|---|
| 夏至 | 昼最长夜最短,北极圈内有极昼 | 昼最短夜最长,南极圈内有极夜 |
| 冬至 | 昼最短夜最长,北极圈内有极夜 | 昼最长夜最短,南极圈内有极昼 |
| 春分/秋分 | 全球昼夜等长（各 12 小时） | 全球昼夜等长 |
四季的形成:
四季的本质是正午太阳高度和昼夜长短的季节性变化导致地面接收太阳辐射量的变化。
黄赤交角存在
↓
太阳直射点在回归线之间移动
↓
各地正午太阳高度和昼夜长短随季节变化
↓
地面接收太阳辐射量随季节变化
↓
气温的季节性变化 = 四季
五带划分
根据太阳辐射的纬度分布,全球划分为五个温度带:
| 温度带 | 纬度范围 | 特征 |
|---|---|---|
| 热带 | 有太阳直射现象,全年高温 | |
| 北温带 | 四季分明,无直射和极昼极夜 | |
| 南温带 | 四季分明,无直射和极昼极夜 | |
| 北寒带 | 有极昼极夜现象,全年低温 | |
| 南寒带 | 有极昼极夜现象,全年低温 |
回归线和极圈是五带的分界线,它们的位置直接由黄赤交角决定。
引出
地转偏向力如何影响大气环流中的风向偏转（信风、西风）?
如果黄赤交角变大,五带的范围会如何变化?对世界气候类型有什么影响?
地球的自转和公转与月球与潮汐之间有什么动力学联系?