黃赤交角的變化帶來的思考

黃赤交角的變化帶來的思考

摘要:本文從黃赤交角的概念入手,對黃赤交角存在的意義及變化產生的影響進行了論述。

尤其是黃赤交角發生變化時的特殊值進行了深入的論述,對進一步理解黃赤交角的作用和意

義具有指導作用。

關鍵詞:黃赤交角;變化;思考

地球是太陽系中一顆普通的行星,也是一顆特殊的行星。普通表現在具有太陽系中行星

的共同特征,特殊表現在地球上有生命存在。而地球的自轉運動和公轉運動產生了黃赤交角,

黃赤交角的存在和大小使地球上有其他行星所不具備的自然現象和變化規律,同時也使地球

更具生機活力和神秘感。

一、黃赤交角的含義

地球的自轉軸與其公轉的軌道面成66°34′的傾斜。這個角度同人們拿鉛筆書寫時筆桿與

桌面的傾斜相仿。人們形象地比喻為地球“斜著身體〞繞太陽公轉。

地球的自轉同公轉之間的這種關系,天文學和地理學上通常用的余角(23°26′)——赤道面

與軌道面的交角來表示;而在地心天球上,那么表現為黃道與天赤道的交角,并被稱為黃赤交

角。

黃赤交角的存在,具有重要的天文和地理意義。黃赤交角是地軸進動的成因之一;它還是

視太陽日長度周年變化的主要原因。黃赤交角是地球上四季變化和五帶區分的根本原因。

黃赤交角的存在,使太陽直射點到達的最北界線是23°26′n,即北回歸線;最南界線到

23°26′s,即南回歸線,也就是太陽直射點在23°26′s～23°26′n作周年往返移動。因此地表獲得

熱量隨時間和空間發生變化。這樣的變化用晝夜長短和正午太陽高度的時間和空間變化來表

達,在此根底上形成了四季和五帶。四季和五帶影響地球上氣候、區域特征的形成以及季節

的變化,從而對自然地理要素,如地貌、生物、土壤、水文等都產生影響。

二、如果黃赤交角發生變化

黃赤交角的變化一方面是變大后的影響,還有一種是變小后的影響,這兩方面論述的文章

較多。但是還有幾種特殊的情況我們也必須加以考慮,這也是教師和學生們疑問最多的地方。

黃赤交角變化后的影響,我們可以從以下幾個方面進行考慮:太陽直射點范圍的變化、極晝和

極夜現象范圍的變化、五帶的范圍變化、正午太陽高度角的年變化、晝夜長短的年變化、季

節的變化、氣壓帶和風帶的變化。

1.黃赤交角變大。假設黃赤交角變大,地軸與黃道平面(公轉軌道面)的交角變小,太陽直射

點北界北推或南界南推,回歸線北進或南進。

太陽直射范圍的變化:黃赤交角的度數是南北回歸線的度數,南北回歸線間是地球上太陽

直射的范圍。假設黃赤交角變大,太陽直射的范圍也將擴大。

正午太陽高度角的年變化:由于正午太陽高度角的大小取決于距直射點的緯度差的大小,

即假設為角a。角a越小,正午太陽高度角越大。由于黃赤交角變大,太陽直射點的移動幅度

變大,各地正午太陽高度角的年變化幅度增大。

極晝和極夜現象范圍的變化:地球上極圈內有極晝和極夜現象。極圈的度數是回歸線度

數的余角。因此,黃赤交角擴大,極圈的度數減小,極圈到極點的范圍擴大,有極夜和極晝現象的

范圍也擴大。

五帶的范圍變化:熱帶是指地球上有太陽直射的地方,寒帶是指地球上有極夜和極晝現象

的地方,溫帶是指沒有太陽直射及極夜和極晝現象的地方。即:回歸線和極圈是五帶的劃分界

線。因此黃赤交角擴大,熱帶和寒帶的范圍擴大,溫帶的范圍縮小。

晝夜長短的年變化:由于太陽光線與晨昏圈垂直,太陽直射點的緯度越高,晨昏圈與地軸

的夾角越大,晝夜長短的差值越大。黃赤交角變大后,冬至和夏至時的太陽直射點的緯度變大,

各地晝夜長短的年變化幅度增大,冬至日,北半球各地晝更短、夜更長,晝夜長短的差值也更大。

因此,各地晝夜長短的年變化幅度增大。

季節的變化:由于地球上各地的季節變化主要取決于正午太陽高度和晝夜長短的年際變

化。黃赤交角變化,引起正午太陽高度和晝夜長短的年際變化。因此,當黃赤交角變大,地球上

各地的季節變化會更明顯。

氣壓帶和風帶的變化:如果黃赤交角變大,太陽直射點北界北推或南界南推,赤道低氣壓

帶北移或南移幅度變大,副高及其他氣壓帶風帶同樣。

2.黃赤交角變小。太陽直射范圍的變化:黃赤交角變小,太陽直射的范圍將變小。

正午太陽高度角的年變化:黃赤交角變小,太陽直射點的移動幅度變小,各地正午太陽高

度角的年變化幅度減小。

極晝和極夜現象范圍的變化:如果黃赤交角減小,極圈的度數增大,極圈到極點的范圍減

小,有極夜和極晝現象的范圍也隨之減小。

五帶的范圍變化:黃赤交角減小,熱帶和寒帶的范圍也將減小,溫帶的范圍擴大。

晝夜長短的年變化:黃赤交角變小,冬至和夏至時的太陽直射點的緯度變小,各地晝夜長

短的年變化幅度也隨之變小。

季節的變化:黃赤交角變化,引起正午太陽高度和晝夜長短的年際變化。因此,當黃赤交角

變小,地球上各地的季節變化會不明顯。

氣壓帶和風帶的變化:如果黃交角變小,太陽直射點北界南推或南界北推,赤道低氣壓帶

北移或南移幅度變小,副高及其他氣壓帶風帶同樣。

3.黃赤交角為0°。當黃赤交角為0°時,全年大陽直射赤道,全球各地全年的正午太陽高度

角無變化,所以各地無季節冷熱變化,全球全年晝夜平分,也無晝夜長短變化,氣壓帶和風帶的

位置無變化。

4.黃赤交角為45°。如果黃赤交角為45°時,一年中太陽直射點在45°n45°s之間往返移動。

45°緯線為回歸線。45°n和45°s之間那么為熱帶;當太陽直射點在最北位置45°n,45°s緯線的

正午太陽高度為0°;當太陽直射點在最南位置45°s時,45°n緯線的正午太陽高度為0°。45°緯

線為發生極晝極夜現象的最低緯度線,即為極圈。所以極晝極夜現象出現在北緯和南緯45°-90°

之間的區域,這也是寒帶區域。在此情況下,45°緯線既是回歸線,也是極圈,這樣,只有寒帶和熱

帶沒有溫帶。

5.黃赤交角為90°。如果黃赤交角為90°,即地球的赤道面垂直于黃道面。這時地球的地

軸指向將有以下幾種情況:

①假設北極(南極)始終指向某一恒星(太陽除外),那么直射點可從北極到南極。

②如果是地球極軸與黃道切線始終平衡(赤黃垂直情況之一),那么直射赤道。

③假設極軸始終指向太陽(赤黃垂直情況之二),那么太陽只直射地球的一個極點。

假設北極(南極)始終指向某一恒星(太陽除外),這時太陽直射點可從北極到南極,這時地

球上五帶將消失,全球任何地方都有時機出現極晝夜,可以理解為兩個極圈擴大到赤道了,然

而太陽又能直射任何緯度,可以理解為熱帶也擴大到兩極,所以五帶完全可以說消失了。晝夜

交替幅度擴大,因為任何地方都有極晝夜(除赤道特殊,太陽直射兩極的時候不知道算極晝還

是極夜,可以說整天都是日出或者黃昏)。季節變化更明顯,長時間的極晝夜影響了背光面和受

光面溫度差異非常大,估計大局部生物都會滅亡。

環流這個不好說,五帶消失了,原來的環流帶肯定也消失,至于會成什么樣的形態環流,有

待想象。

三、幾點思考

1.由于沒有了黃赤交角,全球的氣候將發生重大變化,氣候類型會改變。有些氣候類型如

地中海氣候、熱帶草原氣候等由于氣壓帶風帶移動形成的氣候會消失,季風氣候會改變,可能

在中高緯度形成陸地吹向海洋的“冬季風〞,中低緯度地區會形成由海洋吹向陸地的“夏季

風〞,引起中高緯度地區的干旱和中低緯度地區的洪澇,從而影響農業生產。

2.由于五帶范圍的變化,熱量的分布情況發生改變,進一步影響農業的生產。如寒帶范圍

加大,現在中國的糧食主產區華北平原和東北平原熱量缺乏,將不再適宜小麥生長,從而使糧

食生產面積縮小,引起人口向中低緯度地帶遷移。當這種情況在世界上蔓延時會引發土地和

資源的爭奪甚至戰爭。

3.由于沒有了季節更替現象,北溫帶地區少了天然的殺蟲劑——冬季的嚴寒,引起蟲災加

重。南方由于高溫持續不斷,病菌孳生,導致禽流感等增加。

4.當黃赤交角為0°時,地球站立起來了,人們觀測星空的角度發生了很大改變,現有的星圖

要改版。

以上探究看起來可能有些離奇了,但黃赤交角是客觀存在的。教師在教學中要培養學生

們敢于大膽想象的思維品質。而且在探究中把地球當成一個整體,認識了熱量與氣候、氣候

與農業、農業與生活之間相互影響、相互制約的關系,難能可貴。

參考文獻: