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1、第四章 地球运动的地理意义,四季和五带太阳回归运动昼夜长短及其变化规律太阳高度及其变化规律四季和五带历法阴历阳历阴阳历,时间时间的本质和含义时间的计量原理时间服务,第八节 四季和五带,太阳回归运动 一、太阳回归运动和太阳赤纬的周年变化,East China Normal University,形成四季和五带的根本原因是黄赤交角由于黄赤交角，使太阳周年运动表现为对于天赤道的回归运动回归线：太阳回归运动的南北界线回归年：太阳回归运动的周期晨昏线（圈）：分纬线（圈）为昼弧和夜弧二部分，昼弧和夜弧的弧长，决定该地昼长和夜长：每15折合1小时,East China Normal University,太
2、阳回归运动定量地表现为太阳赤纬的变化。任何时候，太阳赤纬总是等于太阳直射点纬度）二十四节气按太阳黄经划分，其更重要的区别在于太阳赤纬的不同太阳赤纬决定：昼夜长短和正午太阳高度,East China Normal University,二、太阳回归运动与地球公转根据太阳黄经求知所对应的太阳赤纬：sin=0.4sin 太阳回归运动的根本原因，是地球公转的南北分量,East China Normal University,昼夜长短一、昼夜长短概说晨昏线：昼夜两半球之间的分界线。各地昼夜长短，因晨昏圈随太阳直射点的移动而发生变化,East China Normal University,图 4-1 春
3、秋二分：太阳直射赤道，晨昏线等分所有纬线，全球昼夜平分,图 4-2 北至日：太阳直射北回归线，北半球各地昼最长，夜最短；北极圈内为极昼。南半球则相反,East China Normal University,图 4-3 南至日：太阳直射南回归线，南北半球的昼夜长短与北至日相反,East China Normal University,半昼弧公式地平圈分太阳周日圈（赤纬圈）为昼弧和夜弧两部分cost=-tantan（式中的和皆以北半球为正，南半球为负）此公式表明，决定昼夜长短有两个因素：当地地理纬度和当时的太阳赤纬（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,Ea
4、st China Normal University,简言之：昼夜长短因纬度而不同，因季节而变化昼夜等长条件：t=90,cost=0,若：在赤道上 终年昼夜等长。在春秋二分时，全球昼夜等长回归线：太阳回归运动的南北界线昼长夜短条件：，同号（太阳直射半球）昼短夜长条件：，异号（非太阳直射半球）,East China Normal University,极昼(极夜)条件：=,(=-()二、昼夜长短的纬度分布全球分极昼，昼长夜短，昼短夜长，极夜四个地带（两分除外）为正值，全球昼长向北递增；为负值，向南递增 的绝对值愈大，极昼（夜）地带愈大,East China Normal University,三
5、、昼夜长短的季节变化二分时，全球昼夜平分，均为12小时二至时，昼夜长短极端各地全年平均昼长相等，皆为12小时四、昼夜长短的其他因素太阳视半径大气折光作用眼高差,East China Normal University,图 4-4 极昼（夜）区的季节变化 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6634，6944和7828的三条纬线。,East China Normal University,五、晨昏蒙影按晨光始和昏影终的太阳“低度”标准分三级民用：6航海：12天文：18纬度愈高，持续时间愈长高纬度（高于48.5）夏至日
6、，昏影未终，晨光已始，叫“白夜”,East China Normal University,太阳高度一、太阳高度概说任意时刻太阳高度（h）包含三个因素：太阳赤纬（周年变化因素）当地纬度（分布因素）当地太阳时角t（周日变化因素）由余弦公式可得：sinh=sinsin+coscoscost,East China Normal University,正午太阳高度（H）正午太阳时刻，t=0,cost=1,消去周日变化因素，公式便简化为：sinH=sinsin+coscos 按复合角公式有：cos()coscos+sinsin 于是便有：sinH=cos()=sin90()H90（式中以夏半年为正，冬半
7、年为负）,East China Normal University,正午太阳高度因纬度而不同，因季节而变化；式中的(90)可看作上点高度。注意北半球H以南点为起点（南半球反之）；当=时，H=90，只有南北回归线之间，才可能达到90的太阳高度；南北回归线之间（不包括南北回归线），当 时，H 90；极圈内冬半年，若 90，H 0。,East China Normal University,夜半太阳“低度”H=-(90)+=+90式中的-(90)为下点的低度白夜的纬度界限-1823.590 48.5,East China Normal University,二、正午太阳高度的纬度分布H=(90+)(
8、90+)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+)的纬度订正。三、正午太阳高度的季节变化H=(90)+(90)为二分时的正午太阳高度，即全年的平均值；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。,East China Normal University,0,2326N,2326S,6634N,6634S,90N,90S,正午太阳高度的分布规律,夏至日,二分日,冬至日,East China Normal University,四、地球上的四季四季的性质半球性现象：昼夜长短和正午太阳高度角是半球性的，季节变化的主要因素；全球性现象：日地距离的变化（影响很小
9、）；首先是天文现象，然后是气候现象。,East China Normal University,图4-5 季节的天文因素：昼夜长短和正午太阳高度的变化,East China Normal University,太阳直射点的移动和四季的递变太阳直射点在南北半球的移动：两半球冬夏半年相互替代；太阳直射点向北或向南移动，两半球的昼夜长短和正午太阳高度角变化相互倒转；太阳直射点向赤道移动，昼夜长短和的正午太阳高度角趋向齐平，极昼和极夜地区缩小；太阳直射点向回归线移动，则反之。,East China Normal University,天文学上四季的划分我国强调天文特征，以四立（立春、立夏、立秋、立冬）
10、为四季的起止，以二分二至为四仲；西方侧重气候季节，以二分二至作为四季的起点。要使四季划分反映地球的气候特征，必须采用气候本身的标准,East China Normal University,图4-6 四季的划分,East China Normal University,五、地球上的五带五带的性质季节带：具体的季节因地而异；天文带：按有无直射阳光和有无极昼、极夜现象；纬度带：不考虑海陆、大陆东西岸和地形的影响，也不考虑具体气象条件。总之，以纬度为唯一标准。,East China Normal University,五带的划分：南北回归线划分热带和温带（有无90H）；南北极圈划分寒带和温带（有无极
11、昼极夜）。,East China Normal University,第九节 历法,一、历法概说计量时间单位回归年：季节变化的周期（365.242 2日）；朔望月：月相盈亏的周期（29.530 6日）；太阳日：昼夜交替的周期。观象授时观察自然现象推定农事季节可分为：地象授时、天象授时、斗柄授时、中星授时、晷影授时。,East China Normal University,历法及其分类历法，即安排年月日的法则；同时考虑：年按照回归年，月根据朔望月；历月有大月、小月之分；历年有平年、闰年之别；太阴历：侧重协调朔望月和历月的关系；太阳历：侧重协调回归年和历年的关系；阴阳历：侧重阴历兼顾阳历。原则上
12、：历月应力求等于朔望月，历年应力求等于回归年。,East China Normal University,二、阴历编历原则平均历月朔望月；平均历年朔望月12。优点：每一日代表一定的月相缺点：12个朔望月是354.367 2日，比回归年短 10.875 0 日。由于这一差值，阴历的月序没有季节意义,不能满足农业生产的需要,East China Normal University,回历（伊斯兰历）朔望月长度29.530 6日；其中的29.5日为平均历月（逢单大月30日，逢双小月29日，大小相间）；按尾数0.030 6日，定出30年11闰；（0.030 6日123011.016日）；平年354日，闰
13、年355日，比回归年短10.875 6日;平均历月十分接近朔望月。回历年是太阴年，与季节变化失调。另设太阳年:平年365日，闰年366 日，128年31闰，十分接近回归年。,East China Normal University,三、阴阳历阴历成分：历月体现月相循环以朔望安排大小月阳历成分：以回归年相当的朔望月数安排平年闰年平均历年接近回归年编历原则平均历月朔望月（与阴历同）；平均历年12.368 3朔望月回归年；通过闰月协调历年和回归年；19年7闰。（19回归年365.242 26 939.601 8日）（235朔望月29.530 56=6 939.691 0日）,East China N
14、ormal University,四、中国旧历（夏历或农历）具有阴阳历的共同特点：力求平均历月等于朔望月，平均历年等于回归年与众不同的特点：强调逐年逐月推算；以月相定日序：以合朔为初一；以两朔间隔日数定大小月；,East China Normal University,图4-7 我国传统历法根据先后二次合朔间隔的日数，定大月或小月,East China Normal University,以中气定月序：据所含中气定月序，无中气为闰月；二十四气与阴阳历并行使用；阴阳历用于日常记事；二十四气安排农事进程；干支纪法。,East China Normal University,五、阳历编历原则平均历年
15、回归年，平年365日，舍去尾数0.242 2日，积4年后满1日置闰年366日；平均历月回归年/12，平均历月为30.436 8日，一年有5个大月7个小月，大月为31日，小月为30日。每一历日，都有大致不变的太阳黄经和确切的季节意义，体现了太阳的周年运动和季节轮回,East China Normal University,六、公历：从儒略历到格里历儒略历（公元前46年）仿古埃及历法一年365日；回归年长度365.242 2日；首数365日定为平年长度（闰年为366日）；按尾数0.242 2日定出4年1闰；平均历年为365.250 0日（比回归年多0.007 8日）。为匀称方便起见，一年6个大月6
16、个小月，逢单为大，逢双为小。超出1日从二月扣去，为29日的特殊小月，闰年为30日。,East China Normal University,奥古斯都历改正了被搞错的置闰制度自公元4年起，4年1闰；8月按照创历者的名字定名为奥古斯都月（大月）；9月以后逢单为小月，逢双为大月；6月大月改为7月大月；8月大月造成了1个额外超出日从二月中扣去二月平年为28日，闰年为29日。,East China Normal University,格里历：罗马教皇修改的儒略历自公元325年到1582年，儒略历误差积累近10日，春分从3月21日提前到3月11日；格里历把1582年10月5日改为15日，在历史上留下10
17、日空白，使第二年春分又回到3月21日；格里历为消除新的误差，使春分固定在3月21日，改4年1闰为400年97闰，平均历年365.242 5日；,East China Normal University,凡遇世纪年，闰年必须被400整除；当今格里历（新历）与儒略历旧历的差值增为13日，故十月革命由旧历10月25日改为11月7日；平均历年精度362.242 5日，与回归年差0.000 3日，是一种较为完美的历法；公历的缺陷：岁首缺乏天文意义；历月长短不齐；大小月参差。,East China Normal University,一、时间的本质,时间和时间的本质时间与空间一样，都是物质存在的一种形式，
18、宇宙万物都在时间的长河中发生、发展与变化着。物质运动变化的序列和持续的性质，就是时间的本质。,时间的含义时刻，指时间的迟早；时段，指时间的长短；物理时刻，时刻的迟早程度；钟表时刻，物理时刻的表达形式。,East China Normal University,时间轴,时刻,时刻,时刻,时 段,图4-8 时刻和时段,二、时间的计量原理,时间计量的原则时间和空间都是物质存在的形式。时间表示物质运动的连续性，计量时间必须选定物质的某种运动来进行。选作计量时间的物质运动必须具备三个条件：物质运动的周期性、稳定性和可测性。地球自转周期“日”（恒星时、太阳时系统）地球公转周期“年”（历书时系统）原子振荡周
19、期（原子时系统）,（一）时间计量的基本单位 秒,平太阳秒平太阳日长度的1/86 400历书秒回归年长度的1/31556925.9747原子秒铯一133原子基态的二个超精细能级之间跃迁振荡9 192 631 770次所需的时间,图4-9 日晷,图4-10 水运仪象台,图4-11 沙漏,图4-12 铜壶滴漏,图4-13 铯钟,时刻准确度 频率稳定度卫星导航 20纳秒 210-13（日稳）电子侦察卫星 10纳秒 510-13巡航导弹 50纳秒 510-13 卫星测轨 50纳秒 110-12 高速数字通信网0.5微秒 510-12 电力传输网 1微秒 110-11 电视校频 510-12,在天文上,时
20、刻是以天体的时角来度量的。因此，时刻因量时天体而不同。“量时”天体：春分点和太阳春分点时角表示恒星时：因为春分点时角周日变化均匀；春分点时角在任何时候都等于上中天恒星的赤经，为恒星时的测定提供方便；太阳时角用来度量太阳时：因为太阳周日运动是昼夜交替的直接原因。,East China Normal University,（二）钟表时刻与量时天体,两种时间系统在时刻与天体时角关系上的不同恒星时同春分点时角一致（时角即时刻），太阳时刻与太阳时角有12时的差值：春分点是天球上的定点，其赤经为0时，太阳在天球上有周年运动，方向向东赤经逐日递增。,恒星时,春分点的时角太阳时太阳时角12时,East Chi
21、na Normal University,图4-14 太阳时刻与太阳时角图中的太阳时角为3h，而太阳时刻为15h,图4-15 恒星时与视太阳时的换算关系,因此有换算关系：恒星时=太阳时+太阳赤经12时太阳时=恒星时太阳赤经+12时,East China Normal University,真太阳时、平太阳时两个太阳，两条路线：真太阳（视太阳）：沿黄道运行，非均匀；平太阳：沿天赤道运行，均匀；太阳时有真太阳时（视时）和平太阳时（平时）。两种速度：视时是非均匀流逝的时间，但可以实测；平时是均匀流逝的时间，但只能根据恒星时或视时进行推算。,East China Normal University,时
22、差视时与平时之差同一周期：都是回归年，“殊途同归”。于是：视太阳和平太阳存在赤经差或时角差，也即视时与平时的时刻差，叫做时差。时差视时平时,East China Normal University,图4-16 时差的定义,East China Normal University,时差的周年变化：有正有负，可大可小是视太阳日长度的周年变化的结果（原因）；用视午和平午的比较来说明（方法）；视太阳在平太阳之西，视时平时，时差0 视太阳在平太阳之东，视时平时，时差0（规律）；极值是差值的累计（结果）。极大值16.4分；极小值14.4分12月24日，时差为零。,4-17 时差的符号 图中以平午时的情况为
23、例，以视太阳与平太阳的东西相位位置，表示当时时差的正负,图4-18 时差的周年变化 视太阳日长度4次平均值的日期，分别是时差的二次极大值和极小值出现的日期。纵坐标左侧对应视太阳日长度的变化（秒）；右侧是时差的变化（分）。,图4-19 时差的周年变化,恒星时、视时和平时的联系视时恒星时太阳赤经12时；恒星时视时太阳赤经12时；视时平时时差；平时视时时差；平时（恒星时太阳赤经12时）时差；恒星时（平时时差）太阳赤经12时。,图4-20 视太阳时与平太阳时的换算关系,图4-21 恒星时与平太阳时的换算关系,地方时按本地经度测定的时刻；任何二地的时刻差，等于其经度差；较东地点时刻较快；格林尼治时间。标
24、准时（属平太阳时范畴）划分标准时区，确立标准钟点；设置日界线，避免日期混乱。,East China Normal University,（三）钟表时刻与地方经度,区时理论标准时：按经度分全球为24 个时区，每区跨经度15，每一时区的东西界线距各自中央经线为7.5；以标准经度的地方平时为全区统一的标准时；区时之差，等于时区数之差。,East China Normal University,法定时区时的变通：西方许多国家采用其东邻时区的标准时（比理论时区快1小时）；亚洲南部某些国家根据本国所跨的经度范围，采用半时区的标准时；澳大利亚西部和东部分别采用东8和东10区标准时，中部却采用9.5区的标准时
25、；尼泊尔任意“确定”标准时。,East China Normal University,图4-22 世界时区图,East China Normal University,我国目前是单一的法定时区，全国使用唯一的法定时，即“北京时间”；北京时间，并非北京的地方平时，而是120 E的地方平时；夏令时：夏季来临时，时针拨快 1 小时，秋季来临时，时针拨回1小时。,East China Normal University,国际日期变更线（日界线）和日期进退时间丢失之谜：麦哲伦环球航行；日界线西侧的东 12 区是全球的“最东”（最早）时区，线东侧的西12区是全球的“最西”（最迟）时区；日界线的东西二侧，
26、钟点相同，日期相差 1 日，西侧（东12区）比东侧（西12区）超前1日。向东过日界线，退1日；向西过日界线，进1日；日界线的偏离（为避开陆地和岛屿）。,East China Normal University,地球上的日期日界线夜半线,从世界时到协调世界时世界时（UT）：以地球自转为基础，未摆脱地球自转不均匀对时间的影响；历书时（ET）：以地球公转为基准，以历书秒为单位，但精度不高。,协调世界时（UTC）采用原子时的均匀秒长；时刻上尽可能接近世界时；闰秒（跳秒）：协调世界时的秒长严格等于原子秒；协调世界时与世界时的差值，始终保持在0.9秒内。超出这个限度，在协调世界时中插入一个跳秒，既对原子时的差值跳过1秒。协调世界时的时刻始终接近世界时。,East China Normal University,四、时间服务,测时古代：日晷、恒星位置现代：中星仪或等高仪守时：用守时工具把所测的时间持续下去古代：圭表、日晷、滴漏、沙漏、计时香等现代：各种钟表、天文钟、石英钟、原子钟,播时：把测得的时间用各种手段播报出去。古代：明锣击鼓、夜间用打锣或击木棒（打更）近代：无线电报现代：电视系统世界时服务原子时服务,
