[科普中國(guó)]-黃赤交角

黃赤交角（又名：黃道交角）是地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）與赤道面（天赤道面）的交角，也稱為黃赤大距。地球的黃赤交角為約為23°26'。黃赤交角并非不變的，它一直有微小的變化，但由于變化較小，所以短時(shí)間可以忽略不計(jì)。

定義地球公轉(zhuǎn)的軌道面（黃道面）和地球赤道面的夾角是黃赤交角。黃赤交角存在緩慢的變化，這是由于春分點(diǎn)位置的變化產(chǎn)生的。黃赤交角變化的范圍在22°00′得到24°30′，變化的周期約為4.1×10^4年。上次黃赤交角最小值約距今2.8萬(wàn)年。近期計(jì)算黃赤交角的公式為：

**黃赤交角=23°27′8.26″-0.4684″t，**其中t是1900年起算的儒略年數(shù)。黃赤交角正以每世紀(jì)約為46.84″的速度減少。2013年1月0日12正時(shí)（2013.0）的黃赤交角為23°26′15.3308″1。

概念地球的自轉(zhuǎn)軸（地軸）與其公轉(zhuǎn)的軌道面成66°34′的傾斜。地球的自轉(zhuǎn)同它公轉(zhuǎn)之間的這種關(guān)系，天文學(xué)和地理學(xué)上通常用它的余角（23°26′），即赤道面與軌道面的交角來(lái)表示；而在地心天球上，則表現(xiàn)為黃道與天赤道的交角，并被稱為黃赤交角，又稱"黃赤大距"。黃道與天赤道的兩個(gè)交點(diǎn)，叫白羊?qū)m（白羊座）第一點(diǎn)和天秤宮（天秤座）第一點(diǎn)，在北半球分別稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)，合稱二分點(diǎn)。黃道上距天赤道最遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，叫巨蟹宮（巨蟹座）第一點(diǎn)和摩羯宮（摩羯座）第一點(diǎn)，即北半球的夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)，合稱二至點(diǎn)。二至點(diǎn)距天赤道23.43°，稱黃赤大距，是黃角交角在地心天球上的表現(xiàn)。

黃赤交角在天球上也表現(xiàn)為南北天極對(duì)于南北黃極的偏離。天軸垂直于赤道面，黃軸垂直于黃道面，既然黃赤交角是23.43°，那么，天極對(duì)于黃極的偏離，必然也是23.43°。

意義黃赤交角的存在，具有重要的天文和地理意義。前已述及，黃赤交角是地軸進(jìn)動(dòng)的成因之一；它還是視太陽(yáng)日長(zhǎng)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(qū)分的根本原因。

⒈地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的赤道面與地球公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的黃道面之間的夾角為黃赤交角。由于地球公轉(zhuǎn)時(shí)斜著身子，地軸與黃道面的夾角（66°34′）基本不變，地軸的空間指向（指向北極星附近）基本不變，故黃赤交角（23°26′）也基本不變。

黃赤交角的存在，使太陽(yáng)直射點(diǎn)到達(dá)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(yáng)直射點(diǎn)在 23°26′S～23°26′N作周年往返移動(dòng)。因此地表獲得熱量隨時(shí)間和空間發(fā)生變化。這樣的變化用晝夜長(zhǎng)短和正午太陽(yáng)高度的時(shí)間和空間變化來(lái)表示。假設(shè)黃赤交角變大，那么太陽(yáng)的直射點(diǎn)的位置也會(huì)相應(yīng)變動(dòng)，直射點(diǎn)會(huì)超過(guò)最北及最南界限（23°26′），導(dǎo)致熱帶變大。極線（66°34′）就會(huì)擴(kuò)大，因此地表獲得熱量隨時(shí)間和空間發(fā)生變化。從而使寒帶范圍增大。既然極地范圍的增大，那么極晝的范圍也會(huì)相應(yīng)增大。

⒉在地球上某個(gè)特定地點(diǎn)，根據(jù)太陽(yáng)的具體位置所確定的時(shí)刻，稱為“地方時(shí)”。不同經(jīng)度的地方時(shí)是不一樣的。

而區(qū)時(shí)是以每15°經(jīng)度間隔劃分為一個(gè)時(shí)區(qū)，以每個(gè)時(shí)區(qū)中央經(jīng)線的地方平太陽(yáng)時(shí)為本時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)，比如北京與天津在地理位置上相距很近，但地方時(shí)是不一樣的，北京的時(shí)間要比天津的晚。但為了方便兩地都會(huì)統(tǒng)一采用東八時(shí)區(qū)的區(qū)時(shí)即我們所說(shuō)的北京時(shí)間。

⒊地球上每15°經(jīng)度范圍作為一個(gè)時(shí)區(qū)（即太陽(yáng)1個(gè)小時(shí)內(nèi)走過(guò)的經(jīng)度）。這樣，整個(gè)地球的表面就被劃分為24個(gè)時(shí)區(qū)。各時(shí)區(qū)的“中央經(jīng)線”規(guī)定為0°（即“本初子午線”）、東西經(jīng)15°、東西經(jīng)30°、東西經(jīng)45°……直到180°經(jīng)線，在每條中央經(jīng)線東西兩側(cè)各 7.5°范圍內(nèi)的所有地點(diǎn)，一律使用該中央經(jīng)線的地方時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻?！皡^(qū)時(shí)系統(tǒng)”在很大程度上解決了各地時(shí)刻的混亂現(xiàn)象，使得世界上只有24種不同時(shí)刻存在，而且由于相鄰時(shí)區(qū)間的時(shí)差恰好為1個(gè)小時(shí)，這樣使不同時(shí)區(qū)間的時(shí)刻換算變得極為簡(jiǎn)單。因?yàn)闀r(shí)區(qū)的劃分使每個(gè)時(shí)區(qū)之間只相差一小時(shí)，所以時(shí)區(qū)差就等于時(shí)差了。

⒋算出中央經(jīng)線的作用很多，就拿時(shí)間來(lái)說(shuō)，算出中央經(jīng)線就可以推算出所在時(shí)區(qū)。2

地理意義影響地球運(yùn)動(dòng)黃赤交角的大小決定了太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)的范圍，即南北回歸線的緯度，也決定了地球上五帶的范圍。若黃赤交角變大，則熱帶和寒帶的范圍變大，溫帶的范圍縮小。

黃赤交角的大小決定著各地晝夜長(zhǎng)短的比例。以夏至日的北半球?yàn)槔?，?dāng)黃赤交角變大時(shí)，北半球的晝變長(zhǎng)夜變短（有極晝現(xiàn)象的地區(qū)除外），也就是晝夜的差距擴(kuò)大了；當(dāng)黃赤交角變小時(shí)，北半球的晝變短夜變長(zhǎng)（有極晝現(xiàn)象的地區(qū)除外），也就是晝夜的差距縮小了，即：各地一年中晝長(zhǎng)的年變幅隨黃赤交角的增大而增大、減小而減小。由于正午太陽(yáng)高度和晝夜長(zhǎng)短在一年中作有規(guī)律的變化，產(chǎn)生了四季的更替，并影響著五帶的范圍。

自然現(xiàn)象影響黃赤交角除對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的意義產(chǎn)生影響外，還深刻影響著與其緊密聯(lián)系的其他自然地理現(xiàn)象。如：黃赤交角變化→太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)范圍變化→五帶范圍變化和氣壓帶、風(fēng)帶移動(dòng)范圍變化→氣候帶分布范圍變化→自然帶分布范圍變化等。

探究方法正確理解太陽(yáng)直射點(diǎn)的移動(dòng)規(guī)律1 探究方法：

把學(xué)生分成小組，并給每組學(xué)生提供地球儀一個(gè)，手電筒一個(gè)。一次性給出三個(gè)命題和10分鐘左右的時(shí)間，大膽放手，讓學(xué)生展開想象，合作交流。期間老師巡視，參與其中一組的交流討論，以便于掌握學(xué)生思維的過(guò)程和存在的錯(cuò)誤。

⑴假設(shè)黃赤交角為0度：學(xué)生用電筒和地球儀演示，畫出地圖，得出結(jié)論：太陽(yáng)直射點(diǎn)沿著赤道移動(dòng)，其余各地沒(méi)有直射機(jī)會(huì)。

⑵假設(shè)黃赤交角為45度：學(xué)生演示推理，得出結(jié)論：太陽(yáng)直射點(diǎn)在南北緯45度之間移動(dòng)，全球有一半緯度的地方有直射機(jī)會(huì)。

⑶假設(shè)黃赤交角為90度：學(xué)生讓地球儀躺著運(yùn)動(dòng)，得出結(jié)論：太陽(yáng)直射點(diǎn)在南北極之間移動(dòng)，全球各地均有直射機(jī)會(huì)

2 錯(cuò)誤類型：

⑴有些學(xué)生認(rèn)為直射點(diǎn)固定在某一點(diǎn)上，忘記了直射點(diǎn)會(huì)隨地球自轉(zhuǎn)而移動(dòng)。應(yīng)該是演示時(shí)只讓地球公轉(zhuǎn)了。

⑵令人大吃一驚的是有學(xué)生以為直射點(diǎn)處有陽(yáng)光照射，其余地方則沒(méi)有陽(yáng)光照射，氣溫太低。也許是用電筒的緣故吧。

3 探究效果：

三種假設(shè)探究完畢以后，學(xué)生可以自然的得出結(jié)論：太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)的原因是由于存在黃赤交角，而黃赤交角的度數(shù)決定了南北回歸線的度數(shù)，所以黃赤交角的大小決定了直射點(diǎn)移動(dòng)的范圍。最后結(jié)合動(dòng)畫演示黃赤交角為23°26′時(shí)，太陽(yáng)直射點(diǎn)的移動(dòng)情況和二分二至的位置和時(shí)間，學(xué)生很容易就明白了。

正確理解正午太陽(yáng)高度角和晝夜長(zhǎng)短變化規(guī)律1 探究方法：

1）給出地球儀、手電筒和投影機(jī)的光源，讓學(xué)生準(zhǔn)備一些紙帶模擬晨昏線。假設(shè)黃赤交角為0度，探討正午太陽(yáng)高度角和晝夜長(zhǎng)短的變化情況，并與黃赤交角為23°26′的情況進(jìn)行比較。期間給學(xué)生看動(dòng)畫演示。

⑴觀察：學(xué)生用光源照射地球儀，使之直射赤道，用紙帶模擬晨昏線，得出各地晝夜長(zhǎng)短相同的結(jié)論。

⑵思考：各地正午太陽(yáng)高度角的分布規(guī)律，畫圖分析

⑶比較：讓地球儀傾斜到大約是黃赤交角的度數(shù)，用光源分別直射南北半球，放上晨昏線，比較各地晝夜長(zhǎng)短情況，并注意南北半球的區(qū)別。

⑷學(xué)生總結(jié)：假設(shè)黃赤交角為0度，各地的正午太陽(yáng)高度角不變，各地的晝夜長(zhǎng)短不變，就像黃赤交角為23°26′時(shí)的春、秋分一樣。

2）進(jìn)一步問(wèn)題探究：在黃赤交角為23°26′的情況下，正午太陽(yáng)高度角和晝夜長(zhǎng)短的變化有哪些規(guī)律呢？給出自學(xué)時(shí)間，提出如下問(wèn)題：

①正午太陽(yáng)高度角的變化：北京（40°N，116°E）哪一天正午太陽(yáng)高度最大，東莞呢（22.6°N,113.5°E）？（分別舉了北回歸線以北的北京和北回歸線與赤道之間的東莞本地為例，目的是為了接近生活，并有利于把結(jié)論從個(gè)別引向一般）

②晝夜長(zhǎng)短的變化

⒈北京哪一天白晝最長(zhǎng)，東莞呢？想一想路燈開關(guān)的時(shí)間一年中有變化嗎？東莞和北京的路燈開關(guān)時(shí)間一樣嗎？（第一問(wèn)明確基本規(guī)律，第二問(wèn)走進(jìn)生活用規(guī)律，第三問(wèn)分析不同緯度地區(qū)晝夜長(zhǎng)短的分布規(guī)律和變化幅度）

⒉在中國(guó)去哪里看極光較好？什么時(shí)候去最合適？衣著上要注意什么？（此問(wèn)為了解決極晝極夜問(wèn)題而設(shè)計(jì)，并與生活緊密相連）

3）得出結(jié)論：學(xué)生發(fā)言，并結(jié)合動(dòng)畫演示和生活實(shí)際，對(duì)學(xué)生的結(jié)論加以評(píng)述引申，得出一般規(guī)律。

2 常見(jiàn)錯(cuò)誤：

1）正午太陽(yáng)高度往往認(rèn)為都是90度；

2）回歸線之間地區(qū)正午太陽(yáng)高度的最大值的時(shí)間與晝最長(zhǎng)的時(shí)間容易混淆，如東莞市晝長(zhǎng)最長(zhǎng)在夏至，但有學(xué)生以為正午太陽(yáng)高度角最大也在夏至。

3 探究效果：

在假設(shè)黃赤交角為0度的探討中，學(xué)生通過(guò)動(dòng)手演示，畫圖分析，明白了沒(méi)有黃赤交角就沒(méi)有正午太陽(yáng)高度和晝夜長(zhǎng)短的變化，且通過(guò)許多與生活息息相關(guān)相關(guān)的問(wèn)題的探討明確了正午太陽(yáng)高度和晝夜長(zhǎng)短的變化規(guī)律，使這個(gè)深?yuàn)W的問(wèn)題變得淺顯易懂。

理解季節(jié)更替和五帶范圍的成因1 探究方法

1）假設(shè)黃赤交角為零度：

根據(jù)上面對(duì)于直射點(diǎn)的移動(dòng)、正午太陽(yáng)高度角和晝夜長(zhǎng)短的變化規(guī)律的探究，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)地球上將不再有季節(jié)的更替。再與黃赤交角為23°26′時(shí)比較，學(xué)生很容易就明白了季節(jié)更替的原因。

五帶的劃分也應(yīng)和如今不同。學(xué)生提出的劃分方案較多，我覺(jué)得較為合理的是：熱帶的范圍在南北緯20度之間，溫帶范圍在南北緯20度到50度，寒帶范圍則在南北緯50度以外。這樣寒帶的范圍大大增加，使地球的氣候發(fā)生重大變化，這些都給后續(xù)的探究打下了基礎(chǔ)。

2）假設(shè)黃赤交角22度和24.5度：

這是黃赤交角實(shí)際變化的范圍（四萬(wàn)年一個(gè)周期），所以拿出來(lái)讓學(xué)生討論它對(duì)五帶的影響。通過(guò)這個(gè)探究，學(xué)生理解了五帶的劃分原則，知道了黃赤交角的變化對(duì)五帶范圍的影響。

2 常見(jiàn)錯(cuò)誤：

學(xué)生開始不知道回歸線和極圈的關(guān)系，以為黃赤交角只影響熱帶和溫帶的范圍。

3 探究效果：

通過(guò)假設(shè)黃赤交角為0度及其變大變小的探討，學(xué)生明白了季節(jié)形成的根本原因，五帶劃分的依據(jù)，各帶的特點(diǎn)，以及黃赤交角變化對(duì)五帶范圍的影響。

初步形成地球是一個(gè)整體的意識(shí)1 探究方法：

假設(shè)黃赤交角為0度，會(huì)對(duì)地球產(chǎn)生哪些影響？

發(fā)動(dòng)學(xué)生大膽想象，假設(shè)推理，把熱量、風(fēng)向、氣候、生產(chǎn)、生活等內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)思考。

2 探究結(jié)果：

1）由于沒(méi)有了黃赤交角，全球的氣候?qū)l(fā)生重大變化，氣候類型會(huì)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(fēng)帶移動(dòng)形成的氣候會(huì)消失；季風(fēng)氣候會(huì)改變，可能在中高緯度形成陸地吹向海洋的“冬季風(fēng)”，中低緯度地區(qū)會(huì)形成由海洋吹向陸地的“夏季風(fēng)”，引起中高緯度地區(qū)的干旱和中低緯度地區(qū)的洪澇，從而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2）由于五帶范圍的變化，熱量的分布情況發(fā)生改變，進(jìn)一步影響農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)。如寒帶范圍加大，中國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)華北平原和東北平原熱量不足，將不再適宜小麥生長(zhǎng)，從而使糧食生產(chǎn)面積縮小，引起人口向中低緯度地帶遷移。當(dāng)這種情況在世界上蔓延時(shí)會(huì)引發(fā)土地和資源的爭(zhēng)奪甚至戰(zhàn)爭(zhēng)。

3）由于沒(méi)有了季節(jié)更替現(xiàn)象，北溫帶地區(qū)少了天然的殺蟲劑――冬季的嚴(yán)寒，引起蟲災(zāi)加重。南方由于高溫持續(xù)不斷，病菌孳生，導(dǎo)致禽流感等增加。

4）當(dāng)黃赤交角為0度時(shí)，地球站立起來(lái)了，人們觀測(cè)星空的角度發(fā)生了很大改變，現(xiàn)有的星圖要改版。3

淺析黃赤交角變化的影響黃赤交角變化的影響黃赤交角大小決定太陽(yáng)直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)的范圍，進(jìn)而使各地正午太陽(yáng)高度和晝夜長(zhǎng)短在一年中作有規(guī)律的變化，產(chǎn)生四季更替，并影響著五帶的范圍。當(dāng)黃赤交角度數(shù)發(fā)生變化時(shí)，這些地理現(xiàn)象便會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，圖1表示黃赤交角增大（地軸與黃道面夾角減小）后產(chǎn)生的一系列變化。

如圖2所示：若黃赤交角增大a度，回歸線度數(shù)變?yōu)?3°26′+a，太陽(yáng)直射范圍向南、北各擴(kuò)展a度；極圈度數(shù)變?yōu)?6°34′-a，極晝（夜）區(qū)域各向較低緯推進(jìn)a度；熱帶范圍增大2a度，南、北寒帶各擴(kuò)大a度，南、北溫帶各減小2a度。

設(shè)某地地理緯度為定值A(chǔ)、回歸線度數(shù)(黃赤交角度數(shù))為變數(shù)a，不同區(qū)域正午太陽(yáng)高度年變化幅度為：①南、北回歸線之間，各地年正午太陽(yáng)高度最大值為90°、最小值為90°-（A+a），變化幅度為A+a；②回歸線和極圈之間，各地年正午太陽(yáng)高度最大值為90°-（A-a）、最小值為90°-（A+a），變化幅度為2a；③極圈以內(nèi)，各地年正午太陽(yáng)高度最大值為90°-（A-a）、最小值為0，變化幅度為90°-A+a?？梢?jiàn)，全球各地正午太陽(yáng)高度年變化幅度都與黃赤交角度數(shù)呈正相關(guān)，隨黃赤交角（a）增大而增大、減小而減小，只是不同區(qū)域增減的幅度不同。

對(duì)其它自然現(xiàn)象的影響黃赤交角變化除對(duì)地球運(yùn)動(dòng)意義產(chǎn)生影響外，還深刻影響著與其緊密相關(guān)的其它自然地理現(xiàn)象。例如，黃赤交角變化→太陽(yáng)直射點(diǎn)移動(dòng)范圍變化→五帶范圍變化和氣壓帶、風(fēng)帶移動(dòng)范圍變化→氣候帶分布范圍變化→自然帶分布范圍變化等等。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)