时间的计量、季节与昼夜

1、 时间的计量时间的计量, ,季节与昼夜季节与昼夜 主讲人文学院：骆汉雄主讲人文学院：骆汉雄 2014.22014.2讨论以下几个问题讨论以下几个问题1 1、天文学中有几种不同的计量时间系统？、天文学中有几种不同的计量时间系统？2 2、什么叫、什么叫恒星时？太阳时？真太阳时？平太阳时？恒星时？太阳时？真太阳时？平太阳时？ 地方时？标准时？地方时？标准时？ 世界时？世界时？3 3、什么是上中天？下中天？什么是上中天？下中天？4 4、为什么会有昼夜交替？四季交替？为什么会有昼夜交替？四季交替？昼夜长短的变昼夜长短的变化化重要因素是？昼夜长短的变化是什么变化的重重要因素是？昼夜长短的变化是什么变化的重

2、要因素之一？要因素之一？5 5、如何划分、如何划分四季、五带、五带划分的特征是什么？四季、五带、五带划分的特征是什么？6 6、我国天文四季与西方的四季有差异吗？区别？、我国天文四季与西方的四季有差异吗？区别？7 7、昼夜交替对动植物影响？昼夜交替对动植物影响？ 2、1 时间的计量时间的计量n 天球的周日旋转是地球自转的反映，天球的周日旋转是地球自转的反映，我们就利用太阳、恒星或天球上假想点我们就利用太阳、恒星或天球上假想点的周日运动来建立时间系统。由于选取的周日运动来建立时间系统。由于选取的特定点不同，在天文学中就有几种不的特定点不同，在天文学中就有几种不同的计量时间系统，如恒星时、真太阳同的

3、计量时间系统，如恒星时、真太阳时、平太阳时等。时、平太阳时等。1、恒星时、恒星时 (术语简介术语简介) 是以地球自转为基础的时间计量系统。观测是以地球自转为基础的时间计量系统。观测天球上恒星或某一固定点旋转一周的周期天球上恒星或某一固定点旋转一周的周期,可得到可得到恒星时的计量系统。恒星时的计量系统。以天球上的春分点连续两次以天球上的春分点连续两次通过某地子午圈的时间间隔为恒星日通过某地子午圈的时间间隔为恒星日,它是它是恒星时恒星时的基本单位。的基本单位。 1 1恒星恒星日日又分为又分为2424恒星时恒星时，1 1恒星时恒星时分为分为6060恒星恒星分，分，1 1恒星恒星分分为分分为6060恒

4、星恒星秒。所有这些秒。所有这些计量单位称为计量时间的恒星单位计量单位称为计量时间的恒星单位, ,筒称恒星时单筒称恒星时单位。位。n(恒星时起算点恒星时起算点)n 恒星时是以春分点该地上中天的瞬间作为起点恒星时是以春分点该地上中天的瞬间作为起点, ,春分点在周日视运动中春分点在周日视运动中, ,它的时角均匀的由它的时角均匀的由0 0增加增加到到360360, ,或采用或采用0 0时增加到时增加到2424时时, , 所以地方恒星时所以地方恒星时在数值上等于以小时单位的春分点的时角。恒星时在数值上等于以小时单位的春分点的时角。恒星时在日常生活中很少使用在日常生活中很少使用, ,多用在天文工作中。多用

5、在天文工作中。n与平太阳时比较，一个恒星日只有与平太阳时比较，一个恒星日只有2323h h56min4.09s56min4.09s。n2、太阳时、太阳时n 太阳相继两次经过同一地子午圈所经历太阳相继两次经过同一地子午圈所经历的时间间隔为的时间间隔为1个太阳日。个太阳日。 1个太阳日有真太个太阳日有真太阳日和平太阳日。阳日和平太阳日。n 1 1）真太阳时：）真太阳时：太阳视圆面中心连续两次太阳视圆面中心连续两次上上中天中天的时间间隔叫做真太阳日。的时间间隔叫做真太阳日。n1 1真太阳日又分为真太阳日又分为2424真太阳时真太阳时等等。等等。n简称为简称为真时真时或或视时视时。n 真太阳时是以真太

6、阳视圆面中心的时角真太阳时是以真太阳视圆面中心的时角来计量的，它的起算点是来计量的，它的起算点是真太阳上中天真太阳上中天，此此时称真正午时称真正午n而我们日常生活中，习惯的起算点是半夜而我们日常生活中，习惯的起算点是半夜（下中天），（下中天），此时称真子夜。此时称真子夜。正好相差正好相差1212小小时。时。 1 1真太阳日又分为真太阳日又分为2424个真太阳时，个真太阳时，1 1真太真太阳时分为阳时分为6060个真太阳分，个真太阳分，1 1真太阳分分为真太阳分分为6060真真太阳秒。太阳秒。n因此，为了和人们的日常生活习惯一致，把因此，为了和人们的日常生活习惯一致，把真太阳时定义为：真太阳时定

7、义为：真太阳视圆面中心的时角真太阳视圆面中心的时角加加1212小时。小时。n太阳时是指以太阳日为标准来计算的时间。可以分为太阳时是指以太阳日为标准来计算的时间。可以分为真太真太阳时阳时和和平太阳时平太阳时。n以真太阳日为标准来计算的叫真太阳时，日晷所表示的时间就是真太阳时。以平太阳日为标准来计算的叫平太阳时，钟表所表示的时间就是平太阳时。 实际上我们日常用的计时是平太阳时，平太阳时假设地球绕太阳是标准的圆形，一年中每天都是均匀的。北京时间是平太阳时，每天都是24小时。而如果考虑地球绕日运行的轨道是椭圆的，则地球相对于太阳的自转并不是均匀的，每天并不都是24小时，有时候少有时候多。考虑到该因素得

8、到的是真太阳时。 n真太阳时要求每天的中午12点，太阳处在头顶最高。传统上确定时辰，需使用真太阳时，所以要把平太阳时调整为真太阳时。 n真太阳时与平太阳时之差值表（用平太阳时加减差值得真太阳时时） n什么叫上中天？什么叫上中天？n“子时月上中天子时月上中天” 子时就是23点到1点 这段时间. 也就是夜间12点左右,这时候,月亮正好在人的头顶上. 同样有:“日上中天日上中天 ” 天体过天子午圈叫中天，天体周日视运动中，每天两次过中天:位置最高(地平高度)叫上中天叫上中天; ;完整说：完整说：天体经过观测者的子午圈。当经过北天极、天顶、南天极所在的那一半子午圈时，天体到达最高位置，称为称为上中天上

9、中天; ;n什么叫下中天？什么叫下中天？n当经过北天极、天底、南天极所在的那一半子午圈时，天体到达最低位置 ，称为下中天 。恒星过上中天 ，其 时角为零，n2)2)、平太阳时、平太阳时：由于太阳在黄道上作变速运：由于太阳在黄道上作变速运动，而黄道又向赤道倾斜，所以一年四季的动，而黄道又向赤道倾斜，所以一年四季的真太阳日长短不等，在日常生活中使用不便。真太阳日长短不等，在日常生活中使用不便。n天文学上假设一个假想点，它每年和真太阳天文学上假设一个假想点，它每年和真太阳同时从春分点出发，也同时回到春分点来；同时从春分点出发，也同时回到春分点来；不过它是从西向东在天球赤道上以均匀速度不过它是从西向东

10、在天球赤道上以均匀速度运行。这样的一个假想点叫平太阳。运行。这样的一个假想点叫平太阳。n平太阳连续两次经过上中天的时平太阳连续两次经过上中天的时间间隔，叫做平太阳日。是以平间间隔，叫做平太阳日。是以平太阳下中天起算的。太阳下中天起算的。n1平太阳日又分为平太阳日又分为24平太阳时，平太阳时，1平太阳时分为平太阳时分为60平太阳分，平太阳分，1平平太阳分分为太阳分分为60平太阳秒平太阳秒等等。等等。n平太阳时又称为平太阳时又称为平时平时。n 2、2 地方时和标准时地方时和标准时n1、地方时、地方时：恒星时、视时、平时都：恒星时、视时、平时都由时角定义，而时角是从子午圈量起由时角定义，而时角是从子

11、午圈量起的。的。n对于地面上不同地理经圈的地方，它对于地面上不同地理经圈的地方，它们的子午圈是不同的，时间也就不同。们的子午圈是不同的，时间也就不同。n以各个地方子午圈为基准所决定的时以各个地方子午圈为基准所决定的时间，叫做地方时。间，叫做地方时。n全球有无数个地方时。使用不方便。全球有无数个地方时。使用不方便。n2、标准时（区时）、标准时（区时）n1）、世界时）、世界时：1884年国际上决定，年国际上决定，全世界的地理经度是从英国的格林全世界的地理经度是从英国的格林尼治天文台的子午线（称本初子午尼治天文台的子午线（称本初子午线）起算的。线）起算的。n格林尼治地方格林尼治地方平时平时又称为世界

12、时，又称为世界时，每天从子夜算起，由每天从子夜算起，由0时计算到时计算到24时。时。n2）、标准时）、标准时：把地球按地理纬度分为：把地球按地理纬度分为24个时区，个时区，每一个时区包含地理纬度每一个时区包含地理纬度15。并以格林尼治。并以格林尼治本初子午线。（本初子午线。（由于东由于东12区和西区和西12区各跨区各跨7.5合作合作一区，称为一区，称为东西东西12区区，并以，并以180经线为经线为中央经线中央经线。）。）n每一时区都按它的中央子午线来计量时间，即每一时区都按它的中央子午线来计量时间，即采用它的采用它的中央子午线中央子午线的地方平时作为该区的共的地方平时作为该区的共同时间，叫做标

13、准时。同时间，叫做标准时。n相邻两时区，时间相差相邻两时区，时间相差1小时，而分、秒小时，而分、秒数相同。数相同。n我国地域广阔，横跨东我国地域广阔，横跨东5区到东区到东9区区5个时个时区。为了方便，一律采用第区。为了方便，一律采用第8时区的标准时区的标准时，（以时，（以120E作为标准时线），即我们作为标准时线），即我们通常所说的北京时间。（北京的实际经度通常所说的北京时间。（北京的实际经度为为116 21，其地方时与标准时相差约，其地方时与标准时相差约14.5min.）n北京时间比世界时早八小时。北京时间比世界时早八小时。n即：北京时间即：北京时间=世界时世界时+8小时小时。国际日期变更线

14、国际日期变更线n18841884年起国际规定年起国际规定180180经线为国际日期经线为国际日期变更线变更线( (起止线起止线) )，简称日界线。，简称日界线。n是以是以“格林尼治时间格林尼治时间”为标准的日期为标准的日期变更线。变更线。n这条穿过太平洋的这条穿过太平洋的“国际日期变更国际日期变更线线”，避开了一些岛屿和国家地区，避开了一些岛屿和国家地区，这是为了使它们不致分成两个日期，这是为了使它们不致分成两个日期，因此，它不是一条直线而是有几个曲因此，它不是一条直线而是有几个曲折的折线。折的折线。n n“国际日期变更线国际日期变更线”的东侧为西的东侧为西12时区、时区、西侧为东西侧为东12

15、时区，东西两侧的区时相同，时区，东西两侧的区时相同，日期相差日期相差1天，东侧的日期要比西侧迟天，东侧的日期要比西侧迟1天。天。n问？飞机从西往东飞，穿越问？飞机从西往东飞，穿越180度经线，度经线，日期怎样变化？日期怎样变化？n要是反过来飞呢，日期又将如何变化？要是反过来飞呢，日期又将如何变化？n2、3 季节与昼夜季节与昼夜n 1）、太阳高度的变化、太阳高度的变化 正午时刻为正午时刻为 =00n 2）、昼夜长短的变化、昼夜长短的变化n昼夜长短的变化是产生季节变化的重要因素之一昼夜长短的变化是产生季节变化的重要因素之一。晨昏线：晨昏线：是指昼夜半球的分界线。如果不考虑大气是指昼夜半球的分界线。

16、如果不考虑大气的折射作用，把阳光当作平行光的话，的折射作用，把阳光当作平行光的话，理想的晨昏理想的晨昏线是一个大圆线是一个大圆；n而实际上阳光而实际上阳光不是平行光不是平行光，再加上，再加上大气的折射作用大气的折射作用，这样实际的晨昏线是一个这样实际的晨昏线是一个往夜半球平移了大约往夜半球平移了大约100km的小圆的小圆。n昼弧和夜弧昼弧和夜弧：昼夜长短是由昼弧、夜弧的：昼夜长短是由昼弧、夜弧的长短决定的。在地球上所谓的长短决定的。在地球上所谓的昼弧昼弧是指处是指处在昼半球的纬线弧段，在昼半球的纬线弧段，夜弧夜弧则是处在夜半则是处在夜半球的纬线弧段球的纬线弧段(图图2.45)。n然而，在然而，

17、在天球天球上上(图图2.46)所谓的所谓的昼弧昼弧是指是指太阳的周日圈在太阳的周日圈在地平上地平上的弧段的弧段(ABC弧弧段段)，夜弧夜弧则为太阳的周日圈在则为太阳的周日圈在地平下地平下的的弧段弧段(CDA弧段弧段)。 在在天球天球上上(图图2.46)所所谓的谓的昼弧昼弧是是指太阳的周指太阳的周日圈在日圈在地平地平上上的弧段的弧段(ABC昼弧昼弧)n夜弧夜弧则为太则为太阳的周日圈阳的周日圈在在地平下地平下的的弧段弧段(CDA弧段弧段)。 n白昼长度怎样算起？白昼长度怎样算起？n一天中，日出一天中，日出正午正午至日没的时间长度为白昼长至日没的时间长度为白昼长度。度。n当：当：(-tg tg )1

18、时为时为极夜极夜现象。现象。n当：当：(-tg tg) -1时为时为极昼极昼现象。现象。n从昼长表达式可推知，从昼长表达式可推知，昼夜长短的纬度变化昼夜长短的纬度变化和和季节季节变化变化有如下有如下规律规律：n1) 当太阳的赤纬当太阳的赤纬为正值为正值时时(春分春分夏至夏至秋分秋分)，越越往北白昼越长往北白昼越长，越，越往往南南白白昼越短；昼越短；n2）当太阳的赤纬）当太阳的赤纬为负值为负值时时(秋分秋分冬至冬至春分春分)，越越往南白昼越长往南白昼越长，越，越往往北北白白昼越短。昼越短。n3) 春秋二分，春秋二分，全球昼夜平分全球昼夜平分，无纬度变化无纬度变化(因为因为 此时此时=0cost=

19、0，有，有t90，即：，即：2t18012h，故全球昼夜平分，故全球昼夜平分)；n4）冬夏二至冬夏二至，昼夜长短达到极值昼夜长短达到极值：夏至日夏至日，北北半球昼最长半球昼最长，南半球昼最短；，南半球昼最短；冬至日冬至日，南半球南半球昼最长昼最长，北半球昼，北半球昼最最短。短。n5) 赤道上，终年昼夜平分赤道上，终年昼夜平分，无季节变化无季节变化。这是因。这是因为赤道与晨分线均为大圆，无论它们交角如何变为赤道与晨分线均为大圆，无论它们交角如何变化，始终都是相互平分的化，始终都是相互平分的(从公式推亦然：因从公式推亦然：因0cost=0，有，有2t=18012h，故终年昼夜平故终年昼夜平分分)。

20、n6) 无论何时，极昼极夜总是出现在无论何时，极昼极夜总是出现在（90-|）的纬线圈之内。从图的纬线圈之内。从图2.45我们不难发现，这我们不难发现，这两个圈划分极昼极夜范围的纬线圈，恰好就是与两个圈划分极昼极夜范围的纬线圈，恰好就是与展昏线相切的两个纬线圈：一南一北，一个处在展昏线相切的两个纬线圈：一南一北，一个处在极昼，另一个必为极夜。极昼，另一个必为极夜。n7) 昼长的昼长的年较差年较差(一年中某地最长的白天与最短一年中某地最长的白天与最短的白天的差值的白天的差值)，随着随着为观测者的地理纬度为观测者的地理纬度n的增大而增大的增大而增大。如表。如表2.6所示：所示：n 8) 任意纬度的任

21、意纬度的昼长年平均值昼长年平均值均为均为12h。n3、四季的划分四季的划分n我国天文四季与西方的的差异我国天文四季与西方的的差异：nA、我国我国na、天文四季、天文四季是以是以四立四立为季节的为季节的起点起点，以，以二分二至二分二至为季为季节的节的中点中点。因而，。因而，夏季夏季是一年中白昼最长、正午太阳高是一年中白昼最长、正午太阳高度最大的季节；度最大的季节；冬季冬季是一年中白昼最短、正午太阳高度是一年中白昼最短、正午太阳高度最小的季节；最小的季节；春秋二季春秋二季的昼长与正午太阳高度均介乎于的昼长与正午太阳高度均介乎于冬夏两季之间。冬夏两季之间。nb、我国、我国气象上划分四季：阳历气象上划分四季：阳历3、4、5月为春季，月为春季，6、7、8月为夏季，月为夏季，9、10、11月为秋季，月为秋季，12、1、2月为冬月为冬季季。n B、西方天文四季的划分，更强调与气候四季的对应，、西方天文四季的划分，更强调与气候四季的对应，以二分二至为季节的起点，四立为季节的中点。以二分