第八讲 四季和五带(华锐学院)

第四章地球运动的地理意义

第八节

四季和五带

地球之上形成四季和五带的根本原因是黄赤交角。由于黄赤交角的存在，地球公转运动表现为太阳相对于天赤道的回归运动（直接原因）。

由于黄赤交角的存在，太阳在周年运动的同时，还表现为相对于天赤道的往返运动。具体地说，天球上的太阳，半年在天赤道以北，半年在天赤道以南。太阳的这种运动，是其周年运动的另一个侧面，称为太阳回归运动。它在天球上所能到达的南、北界线，称为南、北回归线。回归运动的周期便是回归年。一、太阳的回归运动1、太阳回归运动和太阳赤纬的变化

太阳相对于天赤道的回归运动，也表现为太阳直射点对于地球赤道的往返运动：半年直射在北半球，半年直射在南半球；半年向北移动，半年向南移动。太阳的回归运动

有关概念回归运动回归运动的表现太阳赤纬的周年变化直射点纬度的周年变化γPK回归线回归运动周期——回归年太阳回归运动的表现太阳赤纬直射点位置春分点—秋分点秋分点—春分点冬至点—夏至点夏至点—冬至点0°～＋23°26′～0°

赤道-北回归线-赤道南回归线－北回归线北回归线－南回归线γPK赤道-南回归线-赤道0°～－23°26′～0°

－23°26′～＋23°26′

＋23°26′～－23°26′

地球上昼、夜两半球的分界线叫晨昏圈。晨昏圈是地球的一个大圆。晨昏圈随着太阳直射点的南北移动，晨昏圈便在南、北极两侧摆动，摆动的幅度也是23°26′。在这个纬度范围内，该区域出现特有的天文现象——极昼和极夜，故南、北纬66°34′的两条纬线，被称为南、北极圈。阳光阳光

太阳回归运动的主要表现，在于太阳赤纬的周年变化。任何时候，太阳赤纬总是等于太阳直射点纬度。在天文学上中国的二十四气和西方的黄道十二宫都是以太阳黄经来相互区别的，而地理上，黄道上的二十四点之间是以太阳赤纬来区别的，即太阳在黄道上的位置不同，它的赤纬也不同，因此太阳的回归运动定量地表现为太阳赤纬的周年变化。天体的周日圈，就是该天体所在的赤纬圈。因此，天体赤纬的变化，意味着它的周日圈的改变。不同赤纬（或周日圈）的天体，有不同的出没时刻（与方位）和中天高度。

太阳赤纬的变化，影响各地的昼夜长短和正午太阳高度的大小，二者都是季节变化的主要因素。

太阳的赤纬随其黄经而变化。不同的太阳黄经总是与一定的太阳赤纬相对应，其大小可以用解球面三角形的方法计算得出。

如图，P为天北极，K为黄北极，S为沿黄道运行的太阳，其黄经为λ，赤纬为δ。︵︵在△PKS中，

PK=ε=23°26′（黄赤交角）

KS=90°∠K=90°－λ天赤道、黄道和太阳所在赤经圈，构成一个直角球面三角形，其中的直角就是天赤道与赤经圈的交角。

球面三角形任一边的余弦，等于其它两边余弦的乘积，加上这两边的正弦及其夹角余弦的连乘积。

方法一：球面三角形边的余弦公式法cosa=cosbcosc+sinbsinccosA

在△PKS中，把数值带入余弦公式，即cos(90°-δ)=cosεcos

90°+sinεsin90°cos(90°-λ)化简，即sinδ=sinεsinλ

=sin23°26′sinλ

又根据查表（余弦表）知，

sin23°26′=0.3977得，sinδ=0.3977sinλ或sinδ=0.4sinλ

球面三角形各边的正弦与其对角的正弦成正比。

方法二：球面三角形边的正弦公式法sina／sinA=sinb∕sinB=sinc∕sinC在Rt△^Sδ中，带入正弦公式，即

sinδ／sinε=sinλ∕sin90°化简，即sinδ∕sin23°26′=sinλ又根据查表（正弦表）知，

sin23°26′=0.3977得，sinδ=0.3977sinλ或sinδ=0.4sinλ根据公式：sinδ=0.4sinλ

根据太阳黄经（λ），便可求出对应的太阳赤纬（δ）节气黄经阳历日期赤纬节气黄经阳历日期夏至90°6月21、2223°26′夏至90°6月21、22立夏45°5月5、616°19′立秋135°8月7、8春分

0°3月20、210°秋分180°9月23、24立春315°2月4、516°19′立冬225°11月7、8冬至270°12月21、2223°26′冬至270°12月21、222、太阳回归运动与地球公转地球自转方向向东，地球公转方向也向东，但此东与彼东的方向有23°26′的差异。我们把地球自转方向视为正东，那么，地球的轨道运动除向东外，还有其南北的分量。正是这个南北分量，造成太阳回归运动。在每年的夏至日（北半球），太阳直射点落在地球的北回归线上。反之，在每年的冬至日（北半球），太阳直射在地球的南回归线上。每年的春秋二分日（北半球），地球位于轨道南北两端的中点。这时，太阳相应地位于黄道上的升分点和降分点，直射在地球的赤道上。

从每年的南至日到次年的北至日，地球从轨道上的最北点移到最南点，行程约为470000000km（轨道周长的一半），两点间的直线距离约300000000km（轨道平均直径），其中有向南分量为300000000km×sin23°26′=120000000km。在这期间，太阳在天球上相应地从黄道的南至点移到北至点，其赤纬从-23°26′

变为23°26′；太阳直射点从地球上的南回归线移到北回归线。

反之，从每年的北至日到南至日，地球经过相应的行程，从轨道的最南点移到最北点。在此期间，太阳从黄道的北至点移到南至点，赤纬由23°26′减为-23°26′；太阳直射点由北回归线移至南回归线。

总之，太阳相对于天赤道的回归运动，是地球公转的南北分量造成的。

120000000km的南北分量，造成太阳赤纬23°26′×2＝46°52′的变化。这就是说，地球在其轨道的南北方向上，每改变700余km，太阳赤纬就改变1″。按照这个速度，在春秋分前后，太阳赤纬每分钟增减约1″。这时，地球公转的南北分量最大，约为30×sin23°26′=12km/s，即720km/min。

昼夜产生的原因：地球是个不透明体，在太阳光的照射下，向阳的半球是昼半球，背阳的半球是夜半球。昼夜两半球的分界线叫晨昏线。

昼夜更替的原因：因地球自转造成。（公转）

昼夜长短变化的原因：因地球公转造成。二、昼夜长短1、昼夜长短概说昼夜长短现象的产生——取决于晨昏圈与纬线的分割状况。当太阳直射点落在赤道（春秋二分）时，晨昏圈通过两极（与经圈重合），等分所有纬线。因此，全球各地昼夜等长。北至日，太阳直射点移至北回归线，晨昏圈偏离两极，与南、北极圈相切。这时，昼弧与夜弧的分割最为悬殊。如下图所示：北半球（太阳直射的半球）各纬度昼最长而夜最短；南半球相反。北半球的昼长和南半球的夜长，皆随纬度增高而增大。到北极圈内，纬线全线是昼弧，昼长达24小时，“夕阳”连着“朝辉”，终日太阳不落，称为极昼。在南极圈内，纬线全线位于夜半球，24小时漫漫长夜，终日不见太阳，称为极夜。赤道是唯一保持昼夜等长的地方。从几何上说，赤道和晨昏圈都是地球的大圆；两个大圆相交，必相互等分。南至日，太阳直射南回归线，南北两半球的昼夜长短与北至日相反。在天文学上，昼弧和夜弧的大小，是以解球面三角形的方法计算的。

在天球上，昼弧和夜弧表现为太阳周日圈被地平圈的分割：周日圈位于地平圈以上的部分是昼弧；地平圈以下的部分是夜弧。具体的计算方法是，求日没时的太阳时角（t），即半昼弧长度；半昼弧的二倍即为昼弧，昼弧的共轭量就是夜弧。

cost＝-tg

tgδ（半昼弧公式）

在△ZPS中，

ZP=90°－

PS=90°－δZS=90°︵︵︵

式中t为半昼弧，即日落时的太阳时角；

为地理纬度；δ为太阳赤纬，即太阳直射点的地理纬度。

、δ皆以北半球为正、南半球为负。该式表明，决定昼夜长短有两个因素：当地的地理纬度

和当时的太阳赤纬δ（即太阳直射点纬度）。前者是空间因素，即地理因素；后者是时间因素，即季节因素。简言之，昼夜长短因纬度而不同，因季节而变化。该公式的几何意义是：太阳赤纬（δ）的变化，表示其周日圈的改变。不同的周日圈被地平圈分割的情形各异：赤纬愈高，周日圈愈小，昼弧与夜弧的差异就愈大。地理纬度（

）的不同，决定周日圈对于地平圈倾角（90°－

）的大小：纬度愈高，周日圈愈倾斜，昼夜长短的变化愈显著。依据半昼弧公式讨论如下：（cost＝-tg

tgδ）（1）昼夜等长的条件：t=90º，2t=180º=12时，则cost=0，tg

tg

=0，或

=0º或

=0º；（2）昼长夜短的条件：t>90º，2t>180º>12时，则cost<0，

、

同号，或同为“+”、或，为“-”；（3）昼短夜长的条件：t<90º，2t<180º<12时，则cost>0，

、

异号。（4）极昼（极夜）条件：

极昼条件：t＝180°（2t＝360°，昼长等于24小时），cost＝-1，tg

tgδ＝1，要求

、δ同号且互余，即

＝90°－δ的地方出现极昼。

极夜条件：t=0°（2t=0°，昼长为0小时），cost=1

tg

tgδ=-1，

、δ异号且互余，即

＝-（90°－δ）的地方出现极夜。上述

＝±（90°－δ）的两条纬线与晨昏线相切，在天球上表现为太阳周日圈与地平圈相切。

在同一日期，太阳赤纬δ是个常数，也就是太阳直射点的纬度是一个常数，所以同一日期的昼夜长短因地理纬度

而不同。在不同日期，昼夜长短的纬度分布有不同情况，但有三条是全年共同的：2、昼夜长短的纬度因素（2）在太阳直射半球上，昼长夜短。高纬度（

≥90°－δ）地区有极昼，昼长达24小时。（3）在非太阳直射半球上，昼短夜长。高纬度相应地区有极夜，昼长为零。（1）赤道上（

=0º

），全年昼夜等长。

＝0°，tg

＝0，∴cost＝－tg

tgδ＝0，t＝90°。所以，在赤道上无论太阳赤纬如何变化，全球昼夜等长。阳光阳光阳光φδφδ根据以上三条，除春秋二分日外，全球被分成四个纬度带，即极昼、昼长夜短、昼短夜长和极夜四个地带。

极昼、极夜地带是以地球两极为中心，以太阳赤纬为半径的球冠地带；

昼长夜短地带和昼短夜长地带以地球赤道为界，宽度为太阳赤纬的余角（90°-δ

）。昼长夜短地带与极昼地带相连，昼短夜长地带与极夜地带相连。

随着太阳赤纬δ的变化，四个纬度地带范围会发生相应地改变：太阳赤纬为正值（直射北半球）时，全球的昼长向北增加，极昼地带位于北极地区；太阳赤纬为负值（直射南半球）时，情况相反。太阳赤纬的绝对值∣δ∣越大，则极昼（夜）地带愈宽。

赤道上：终年昼夜等长；练习：当太阳赤纬为20°时，全球昼夜长短的纬度分布

北半球：昼长夜短，昼长随纬度的升高而增长，在70°N以北地区出现极昼现象。

南半球：昼短夜长，昼长随纬度的升高而缩短，在70°S以南地区出现极夜现象。

在同一地点，地理纬度

是常数，所以同一地点的昼夜长短，因太阳赤纬的变化而有季节变化（惟一例外的是赤道）。昼夜长短的季节变化，又因纬度而不同，但有三条是全球各地共同的：3、昼夜长短的季节变化（2）冬夏二至日，各地昼夜长短达到极端。是一年中昼最长、夜最短或者昼最短、夜最长的时候。（3）如果太阳是一个光点，如果大气没有折光作用，那么各地全年平均昼长相等，均为12小时。（1）春秋二分日，全球昼夜平分。昼长夜长均为12小时。阳光阳光阳光直射半球：昼长随|δ|的增大而增大

非直射半球：昼长随|δ|的增大而减小

1.是否位于直射半球2.太阳赤纬如何改变3.根据昼长与δ的关系做出判断全球各纬度昼夜长短的季节变化都以二分、二至为界，全年分四个阶段：（以北半球为例）昼夜平分、昼长夜短、昼夜平分、昼短夜长四个阶段。

从每年的春分经夏至到秋分为昼长夜短阶段，秋分经冬至至春分为昼短夜长阶段，而春、秋二分为昼夜平分。南北极圈内也可分为四个阶段：极昼、昼夜分明、极夜、昼夜分明。它们持续的时间长短因纬度而不同，纬度越高，极昼、极夜持续的时间越长，昼夜分明时间越短。极点上，昼夜平分只在春秋二分，极昼极夜持续约半年时间，在南北极圈上，极昼极夜各有一日。昼夜长短的季节变化此图表示南北两半球极昼（夜）区的季节性扩大和缩小。图中每个圆面分上下两半，分别表示北极和南极地区。三个同心圆分别表示66

34

，69

44

和78

28

的三条纬线。这两个日期太阳均直射北半球，对北京来说均是位于直射半球。从5月10日到6月10日太阳赤纬逐渐升高。根据直射半球昼长随|δ|的增大而增大的规律，北京6月10日的昼长大于5月10日昼长。练习：比较北京（40°N）5月10日与6月10日的昼长除了地理纬度和太阳赤纬外，影响昼夜长短的还有三个次要因素。4、昼夜长短的其它因素

太阳视半径——16′

太阳并不是一个光点，而是一个视半径约为16′的圆面。我们知道，日出和日没是以视太阳上缘的出没为标准的，即以视太阳圆面与地平圈相切为标准的。因此，太阳出没时，太阳圆面中心不在地平圈上，而在地平圈以下16′，当时太阳中心的天顶距不是90°，而是90°16′。

大气折光——34′

由于大气的折光作用，太阳光线在地球大气中不是直线传播的，光在大气中的折射有“抬高”太阳的作用。我们知道，地球大气密度随高度而减小，因此太阳光线从密度低的大气进入密度高的大气就会不断发生折射，因而有抬高太阳作用。这种效应又是在接近地平时最显著，其值为34′。因此，当视太阳圆面中心位于地平线时，真太阳中心尚在地平线以下34′位置。同时考虑这两个因素的影响，日出和日没真太阳中心的天顶距是90°50′。大气折光有“抬升”天体的作用

眼高差在观测日出和日没时，人们的眼睛总有一定高度，而且站得越高，越能较早的看到日出，较晚的看到日没。正因此，高山上的白昼在任何时候总是长于平地上的白昼。在这三个次要因素中，眼高差是不确定性因素，不反映昼夜长短的一般规律。太阳视半径和大气折光作用则是全球性因素，能够反映昼夜长短一般规律。同时考虑这两个因素影响，太阳出没时真太阳中心的天顶距增加了50′，就是说由于这两个因素的影响，真太阳中心还在地平圈以下50′时，人们就可以看到太阳。这样，就使昼半球扩大了50′，而夜半球减小了50′。昼夜两半球不再是真正半球，晨昏线也不再是地面上大圆。这就改变了昼夜长短纬度分布和季节变化的简单规律性：（1）任何日期和地点白昼被延长，黑夜被缩短。赤道上不再是终年昼夜等长，而总是昼长于夜（相差约7分钟），在其他纬度，昼夜等长的日期不再出现在二分日，而是出现在春分前和秋分后三、四天。（2）任何日期极昼地带的范围被扩大，极夜地带的范围被缩小。同时极昼时期被延长，极夜时期被缩短。

概念：日出前和日没后的一段时间内，天空呈现出微弱的光亮的现象，叫晨昏蒙影，又称曙暮光。5、晨昏蒙影

我们现在所说的白昼和黑夜，都是以日出和日没为分界线的，事实上，在日出之前（黎明）和日没之后（黄昏）的一段时间，天空仍然相当明亮，或者说处于半光明状态。这段时间既不是真正的白昼，也不是真正的黑夜，而是处于昼夜交替的过渡时期。这个昼夜交替的过渡阶段，叫曙暮光，现代天文学称晨昏蒙影。晨昏蒙影分为晨光和昏影。其成因都是相同的：日出前和日没后太阳光虽然不能直接射到地面，但可以射到地球的大气层，由于高空大气层里的质点和尘埃对太阳起反射和散射作用而引起这一现象。晨光出现在日出以前，昏影出现在日没以后。晨光以日出为终点，存在一个晨光始的问题；昏影以日没为起点，存在一个昏影终的问题。那么这个晨光始、昏影终如何定？定的标准是什么？

这个标准就是太阳低度（负高度），太阳上升到这个低度标准就是晨光始，太阳下降到这个低度标准就是昏影终。

按照不同需要，人们把晨昏蒙影分为三级：民用晨昏蒙影、航海晨昏蒙影、天文晨昏蒙影，它们的太阳低度标准分别是6°、12°、18°。

民用晨昏蒙影：太阳位于地平以下0°～6°的一段时间。户外活动不受影响，室内无须照明。任何时候，全球约有5％的地方处于这种状态中。

航海晨昏蒙影：太阳位于地平以下6°～12°的一段时间。户外活动嫌暗，室内照明。天空中的亮星已出现，远方地平线清晰可见。这段时间是航海测星（测定天体的地平高度）的最佳时机。

天文晨昏蒙影：太阳位于地平以下12°～18°的一段时间。天空由亮到黑，最暗的恒星已经出现，黑夜降临。各级晨昏蒙影的太阳“低度”标准

晨昏蒙影持续的时间，取决于太阳自地平落入地平下18°所需的时间。这段时间的长度，可根据太阳周日圈与地平圈的交角大小（90°－

）来推算。太阳如垂直落入地平，这段路线最短，曙暮光持续时间也最短；

太阳周日圈愈倾斜，曙暮光持续时间便愈长。由此可知，晨昏蒙影的时间，随纬度增高而增长（纬度愈高，周日圈与地平圈愈倾斜，纬度越低，周日圈与越垂直）；也略因季节而变化（因为太阳周日圈的大小因季节而不同），二分较短，二至较长。

在高纬度的地方，每年有一段时间当天的晨蒙影与上一天的昏蒙影相接，出现白夜现象。纬度越高，白夜持续的时间越长。

夏至日北纬60°地方，整夜处于晨昏蒙影状态中，前一天的昏影尚未结束，第二天的晨光便以开始，通霄达旦地处于半光明状态，这种高纬度夏季奇特现象，称为白夜。事实上在夏至日这天，北纬48.5°以北的地方，便没有真正的黑夜，都是白夜。南北两极地区冬季漫长的极夜，大部分时间是白夜。那里的真正黑夜，每年只有两个月左右。两小儿辩日的故事

《列子》一书中有“小儿辨日”一段故事，大意是说：有一天，孔子走在路上，遇到两小儿争辩，一个说：“太阳早晨离我们近，中午远”。另一个说：“不，早晨远，中午近。”他们问孔子，谁说得对？孔子要他们先说出各自的理由，前者说：“早晨看太阳像车轮，中午小的像饭碗。”另一个说：“早上太阳晒在身上不热，所以远；中午热，所以近。”究竟谁是谁非，孔子也未搞明白。问题：小儿辨日的问题实质是什么？

所视太阳大小的不同，是人们的错觉造成的。近代光学研究证明，太阳视直径一天中无显著变化，用仪器观测证明，一天中看不出变化。即使在一年中，近日点处，太阳视直径为32′31″4；远日点处，太阳视直径为31′27″2。所以，一月初，视太阳比七月初大1′4″2。这种差异肉眼是不可辨的，凭仪器方可测出。小儿所视太阳大小不同，是因为早晨，太阳在地平线上，感觉大是因为周围有山丘、村庄、树木做参照物；中午，太阳在空旷的天顶附近，无参照物，所以感觉小。现代科学证明，所觉太阳热不同，是因为太阳高度不同，晨时太阳为斜射，午时太阳辐射为一天中的最大值，所以热。同等热量发射的面积不同，单位面积获得的辐射强度不同。

答案：小儿辨日的问题实质是太阳高度角的问题

概念：太阳高度——就是太阳光线与地平面之间的夹角。

太阳高度对地球四季和五带的形成起十分重要的作用，它决定着太阳能在地球表面的分配。

三、太阳高度1、太阳高度概说对于一个确定地点来说，太阳位于天顶时，太阳高度为90º，太阳位于地平时，太阳高度为0º；从全球范围来看，在太阳直射点上，太阳高度是90º，从这里开始，太阳高度向四周降低，等高线呈同心圆状分布，到晨昏圈上，太阳高度为0º。在天文学上，太阳高度用天文三角形的方法可计算出，其大小取决于三个因素：当地地理纬度

（这是地理分布的因素），当天的太阳赤纬δ（这是季节变化的因素），当时的太阳时角t（这是周日变化的因素）。

如图，Z为所在地天顶，P为天北极，S是当时太阳的位置。在△ZPS中，

ZP=90°－

PS=90°－δ︵︵

在△ZPS中，把数值带入球面三角形余弦公式，即cos(90°-h)=

cos(90°-

)cos(90°-δ)+sin(90°-

)sin(90°-δ)cost化简，即:

sinh=sin

sinδ+cos

cosδcost

概念：中天时刻的太阳高度称为正午太阳高度（H）2、正午太阳高度

太阳高度因太阳时角变化而有周日变化，正午时太阳高度是一日内最大的，称正午太阳高度。正午时，太阳时角t=0°，cost=1。因此，正午太阳高度只因太阳赤纬和地理纬度而不同。根据：sinh=sin

sinδ+cos

cosδcost正午时，t=0°，cost=1∴sinH＝sin

sinδ﹢cos

cosδ

＝cos（

－δ）＝sin[90°－(

－δ)]∴H＝90°－(

－δ)＝90°－

＋δ

式中的(90

°－

)可看作上点高度。地理纬度

，不分±，始终取正值；太阳赤纬δ，在太阳直射半球为正、非太阳直射半球为负，即当地夏半年取正值，冬半年取负值。这个公式用文字表述为某地的正午太阳高度等于90°减去该地的地理纬度与太阳能直射点纬度的差值。

北半球的正午太阳高度，以南点为起点；南半球则以北点为起点。因此，计算结果容许出现H＞90°和H＜0°的情形。使用该公式时候应注意：当

＝δ时，H＝90°

太阳直射点所在的纬度等于太阳赤纬，正午太阳当顶。此地此刻，地面上一切矗立的物体，都会有形而无影；说得更确切一点，物体的阴影正好在它们“脚下”。太阳赤纬（δ）变化于±23°26′之间，因此，地球上只有南北回归线之间的地带，才有可能达到90°的正午太阳高度。由该公式可知当

＞δ时，H＞90°

这意味着该地（北半球）正午太阳已越过天顶向北倾斜。若以北点起算，其真正地平高度应为：H=180°-（90°-

+δ）。这种情况也只限于南北回归线地带（不包括南北回归线），其它纬度不会有δ＞

的情况。当

＜δ时，H＜90°

δ≤23°26′，所有纬度大于23°26′的地方，都不会有太阳直射。当

＞90°-δ，H＜0°

表示高纬度冬季正经历着极夜。

按正午太阳高度公式：H=（90°-

）+δ的图解，容易推出夜半太阳“低度”（H′）：H′=-（90°-

）+δ=

+δ-90°

式中的-（90°-

）即为下点（Q′）低度。

根据这个公式，只要把晨光始（或昏影终）的太阳“低度”标准（－18°）和δ的极大值（23.5°）代入上式，便得白夜的纬度界限。即

－18°＝

＋23.5°－90°

于是有：

＝90°－23.5°－18°＝48.5°。

我国黑龙江省的漠河（

＝53.5°N），素有“中国的北极”之称，那里在夏至前后，也有白夜现象。

正午太阳高度因纬度而不同。具体的纬度差异，则随季节而变化。概括地说，太阳直射的纬度，正午太阳高度最大，H＝90°，由此向南北随纬度递减：两地的纬度差，就是它们的正午太阳高度差。3、正午太阳高度的纬度分布在说明H的纬度分布时，H的公式可改写成如下形式：H＝（90°＋δ）－

式中(90°＋δ)可理解为赤道上不同季节的正午太阳高度，其他各地随纬度递减，

是对(90°＋δ)的纬度订正。即是说任何纬度的H都等于赤道上的H减去纬度值。二分时，δ＝0°

各地的正午太阳高度都等于当地的余纬，即H＝90°－

。赤道最高，H＝90°；至两极递减为0°。北至时，δ＝23°26′

北半球各地的正午太阳高度H＝（90°＋23°26′）－

；南半球各地则H＝（90°－23°26′）－

。这时，北回归线的正午太阳高度最大，H＝90°，由此向南、北两个方向递减；至北极和南极，H分别为23°26′

和－23°26′

。

南至时，δ＝－23°26′

北半球各地H＝66°34′－

，南半球各地H＝113°26′－

。这时，南回归线H＝90°，向南北递减，至北极和南极，H分别为－23°26′和23°26′。

正午太阳高度的纬度分布二分日，Ｈ由赤道向南北两极递减

夏至日，Ｈ由北回归线向两极递减冬至日，Ｈ由南回归线向两极递减南回归线北回归线0º90ºS90ºN90ºH正午太阳高度因季节而变化。具体的季节差异，则因纬度而不同。在说明正午太阳高度的季节变化时，正午太阳高度公式，可改为如下形式：

H＝（90°－

）＋δ

式中的（90°－

）可看作二分时各纬度的正午太阳高度，即全年的平均值；δ是对（90°－

）的季节订正。各自半球的夏半年取正值，冬半年为负值。4、正午太阳高度的季节变化——在赤道，

＝0°，H＝90°±23°26′，即那里的正午太阳高度变化于113°26′～66°33′之间（实即66°34′～90°～66°34′）。

——在北回归线，

＝23°26′，H＝66°34′±23°26′，那里的正午太阳高度，最高可达90°，最低不小于43°08′。

——在北极圈，

＝66°34′，H＝23°26′±23°26′那里的正午太阳高度，最高不超过46°52′，最低时为0°。——在北极，

＝90°，H＝0°±23°26′，变化于23°26′～－23°26′之间。正午太阳高度的季节变化冬至日春分日夏至日秋分日冬至日-23°26´0°30°60°90°北回归线北极圈北极赤道66°34′43°08´注意：南北两半球纬度相等的两个地方，H的变化幅度也相等，但极值出现时间相反。例如，50°NS的地方，

＝50°，H＝（90°﹣50°）±23°26′＝40°±23°26′，其变幅都是63°26′～16°34′之间，但极值出现时间相反。

因黄赤交角的存在和太阳回归运动，使昼夜长短和正午太阳高度发生季节变化和纬度差异。由于它们的季节变化，一年内分为春夏秋冬四季，严格地说，只有中纬度地带才是四季分明的，对整个地球来说，不如笼统地说季节变化更为确切一些。季节变化有如下两方面性质：四、地球上的四季（一）季节变化的性质1、季节变化是半球性现象大家知道南北半球没有同时来临的季节，而总是相反。这是因为影响季节变化的两个主要因素：昼夜长短和正午太阳高度是半球性的。在太阳直射半球上，昼长夜短，正午太阳高度偏大；非太阳直射半球上，则昼短夜长，正午太阳高度偏小。而且在任何时候太阳只能直射某一个半球。影响季节变化的因素有：

（1）半球性因素（昼夜长短和正午太阳高度）

——决定地球所得的太阳热能在南北半球的分配。

南北半球各自所得的太阳热能，从占全球总量的百分数来看，变化于70%～30%之间，即约成100：43，其差值为57。

（2）全球性因素（日地距离的变化）

——影响全球所得的太阳热能总量。

日地距离变化于1.521～1.471亿Km之间,二者约成100：96.7。我们知道，太阳辐射强度与距离平方成反比。因此，全球所得的太阳热能总量的极大值与极小值之比为1002：96.72，即约成100：93.5,其差值为6.5。

比较半球性因素和全球性因素，很显然半球性因素是季节变化的主要因素，所以季节变化是半球性现象。每年一月初地球经过近日点，地球获得的热量较多，然而此时北半球正处于寒冷的冬季，这也反映出全球性因素不是主要的。

2、季节变化首先是天文现象，然后是气候现象。这里所说的季节是天文季节，而不是气候季节。太阳直射在哪个半球上，该半球昼长夜短，正午太阳高度偏大，太阳热能的分配侧重于该半球，以至该半球是夏季，另一半球为冬季。图4—6季节的天文因素：昼夜长短和正午太阳高度的变化1、太阳直射点在南北半球之间的移动：造成南北两半球冬夏半年的相互替代。

从春分至秋分：太阳直射北半球，是北半球的夏半年，南半球的冬半年。在此期间，北半球昼长夜短，北极地区有极昼，北回归线以北地带H大于全年平均值。南半球相反。

从秋分至次年春分：太阳直射南半球，是北半球的冬半年，南半球的夏半年。在此期间，北半球昼短夜长，北极地区有极夜，北回归线以北地带H小于全年平均值。南半球相反。以后太阳直射点又移到北半球，南北半球的冬夏半年又相互更替。（二）太阳直射点的移动和四季的递变2、太阳直射点向北或向南移动：导致南北两半球昼夜长短和正午太阳高度变化的相互倒转。

从冬至到次年夏至：太阳直射点始终向北移动。在此期间，北半球的白昼变长，极夜地带缩小，北回归线以北地区，H持续增大。南半球反之。

从夏至到冬至：太阳直射点始终向南移动。在此期间，北半球的白昼变短，极昼地带缩小，北回归线以北地区，H持续减小。南半球反之。以后太阳直射点又转向北移动，南北半球昼夜长短和正午太阳高度的变化相互倒转。

3、太阳直射点向回归线和赤道的移动：导致昼夜长短和正午太阳高度趋近全年极值或平均值。

从春分到夏至或从秋分到冬至。太阳直射点向回归线方向移动。在此期间，无论南北半球，昼夜长短和正午太阳高度都趋向全年的极大值或极小值。

从冬至到次年春分或从夏至到秋分。太阳直射点向赤道方向移动。在此期间，无论南北半球，昼夜长短和正午太阳高度都趋近全年的平均值（昼长趋近12小时，H趋近当地余纬90°－

）。