摘要:本文从黄赤交角的概念入手,对黄赤交角存在的意义及变化产生的影响进行了论述。尤其是黄赤交角发生变化时的特殊值进行了深入的论述,对进一步理解黄赤交角的作用和意义具有指导作用。
关键词:黄赤交角;变化;思考
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了黄赤交角,黄赤交角的存在和大小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、黄赤交角的含义
地球的自转轴与其公转的轨道面成66°34′的倾斜。这个角度同人们拿铅笔书写时笔杆与桌面的倾斜相仿。人们形象地比喻为地球“斜着身体”绕太阳公转。
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的余角(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。
黄赤交角的存在,具有重要的天文和地理意义。黄赤交角是地轴进动的成因之一;它还是视太阳日长度周年变化的主要原因。黄赤交角是地球上四季变化和五带区分的根本原因。
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。因此地表获得热量随时间和空间发生变化。这样的变化用昼夜长短和正午太阳高度的时间和空间变化来体现,在此基础上形成了四季和五带。四季和五带影响地球上气候、区域特征的形成以及季节的变化,从而对自然地理要素,如地貌、生物、土壤、水文等都产生影响。
二、如果黄赤交角发生变化
黄赤交角的变化一方面是变大后的影响,还有一种是变小后的影响,这两方面论述的文章较多。但是还有几种特殊的情况我们也必须加以考虑,这也是教师和学生们疑问最多的地方。黄赤交角变化后的影响,我们可以从以下几个方面进行考虑:太阳直射点范围的变化、极昼和极夜现象范围的变化、五带的范围变化、正午太阳高度角的年变化、昼夜长短的年变化、季节的变化、气压带和风带的变化。
1.黄赤交角变大。若黄赤交角变大,地轴与黄道平面(公转轨道面)的交角变小,太阳直射点北界北推或南界南推,回归线北进或南进。
太阳直射范围的变化:黄赤交角的度数是南北回归线的度数,南北回归线间是地球上太阳直射的范围。假如黄赤交角变大,太阳直射的范围也将扩大。
正午太阳高度角的年变化:由于正午太阳高度角的大小取决于距直射点的纬度差的大小,即假设为角a。角a越小,正午太阳高度角越大。由于黄赤交角变大,太阳直射点的移动幅度变大,各地正午太阳高度角的年变化幅度增大。
极昼和极夜现象范围的变化:地球上极圈内有极昼和极夜现象。极圈的度数是回归线度数的余角。因此,黄赤交角扩大,极圈的度数减小,极圈到极点的范围扩大,有极夜和极昼现象的范围也扩大。
五带的范围变化:热带是指地球上有太阳直射的地方,寒带是指地球上有极夜和极昼现象的地方,温带是指没有太阳直射及极夜和极昼现象的地方。即:回归线和极圈是五带的划分界线。因此黄赤交角扩大,热带和寒带的范围扩大,温带的范围缩小。
昼夜长短的年变化:由于太阳光线与晨昏圈垂直,太阳直射点的纬度越高,晨昏圈与地轴的夹角越大,昼夜长短的差值越大。黄赤交角变大后,冬至和夏至时的太阳直射点的纬度变大,各地昼夜长短的年变化幅度增大,冬至日,北半球各地昼更短、夜更长,昼夜长短的差值也更大。因此,各地昼夜长短的年变化幅度增大。
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。因此,当黄赤交角变大,地球上各地的季节变化会更明显。
气压带和风带的变化:如果黄赤交角变大,太阳直射点北界北推或南界南推,赤道低气压带北移或南移幅度变大,副高及其他气压带风带同样。
2.黄赤交角变小。太阳直射范围的变化:黄赤交角变小,太阳直射的范围将变小。
正午太阳高度角的年变化:黄赤交角变小,太阳直射点的移动幅度变小,各地正午太阳高度角的年变化幅度减小。
极昼和极夜现象范围的变化:如果黄赤交角减小,极圈的度数增大,极圈到极点的范围减小,有极夜和极昼现象的范围也随之减小。
五带的范围变化:黄赤交角减小,热带和寒带的范围也将减小,温带的范围扩大。
昼夜长短的年变化:黄赤交角变小,冬至和夏至时的太阳直射点的纬度变小,各地昼夜长短的年变化幅度也随之变小。
季节的变化:黄赤交角变化,引起正午太阳高度和昼夜长短的年际变化。因此,当黄赤交角变小,地球上各地的季节变化会不明显。
气压带和风带的变化:如果黄交角变小,太阳直射点北界南推或南界北推,赤道低气压带北移或南移幅度变小,副高及其他气压带风带同样。
3.黄赤交角为0°。当黄赤交角为0°时,全年大阳直射赤道,全球各地全年的正午太阳高度角无变化,所以各地无季节冷热变化,全球全年昼夜平分,也无昼夜长短变化,气压带和风带的位置无变化。
4.黄赤交角为45°。如果黄赤交角为45°时,一年中太阳直射点在45°n45°s之间往返移动。45°纬线为回归线。45°n和45°s之间则为热带;当太阳直射点在最北位置45°n,45°s纬线的正午太阳高度为0°;当太阳直射点在最南位置45°s时,45°n纬线的正午太阳高度为0°。45°纬线为发生极昼极夜现象的最低纬度线,即为极圈。所以极昼极夜现象出现在北纬和南纬45°-90°之间的区域,这也是寒带区域。在此情况下,45°纬线既是回归线,也是极圈,这样,只有寒带和热带没有温带。
5.黄赤交角为90°。如果黄赤交角为90°,即地球的赤道面垂直于黄道面。这时地球的地轴指向将有以下几种情况:
①假如北极(南极)始终指向某一恒星(太阳除外),则直射点可从北极到南极。
②如果是地球极轴与黄道切线始终平衡(赤黄垂直情况之一),则直射赤道。
③假设极轴始终指向太阳(赤黄垂直情况之二),则太阳只直射地球的一个极点。
假如北极(南极)始终指向某一恒星(太阳除外),这时太阳直射点可从北极到南极,这时地球上五带将消失,全球任何地方都有机会出现极昼夜,可以理解为两个极圈扩大到赤道了,然而太阳又能直射任何纬度,可以理解为热带也扩大到两极,所以五带完全可以说消失了。昼夜交替幅度扩大,因为任何地方都有极昼夜(除赤道特殊,太阳直射两极的时候不知道算极昼还是极夜,可以说整天都是日出或者黄昏)。季节变化更明显,长时间的极昼夜影响了背光面和受光面温度差异非常大,估计大部分生物都会灭亡。
环流这个不好说,五带消失了,原来的环流带肯定也消失,至于会成什么样的形态环流,有待想象。
三、几点思考
1.由于没有了黄赤交角,全球的气候将发生重大变化,气候类型会改变。有些气候类型如地中海气候、热带草原气候等由于气压带风带移动形成的气候会消失,季风气候会改变,可能在中高纬度形成陆地吹向海洋的“冬季风”,中低纬度地区会形成由海洋吹向陆地的“夏季风”,引起中高纬度地区的干旱和中低纬度地区的洪涝,从而影响农业生产。
2.由于五带范围的变化,热量的分布情况发生改变,进一步影响农业的生产。如寒带范围加大,现在中国的粮食主产区华北平原和东北平原热量不足,将不再适宜小麦生长,从而使粮食生产面积缩小,引起人口向中低纬度地带迁移。当这种情况在世界上蔓延时会引发土地和资源的争夺甚至战争。
3.由于没有了季节更替现象,北温带地区少了天然的杀虫剂——冬季的严寒,引起虫灾加重。南方由于高温持续不断,病菌孳生,导致禽流感等增加。
4.当黄赤交角为0°时,地球站立起来了,人们观测星空的角度发生了很大改变,现有的星图要改版。
以上探究看起来可能有些离奇了,但黄赤交角是客观存在的。教师在教学中要培养学生们敢于大胆想象的思维品质。而且在探究中把地球当成一个整体,认识了热量与气候、气候与农业、农业与生活之间相互影响、相互制约的关系,难能可贵。
参考文献:
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