论昼夜长短的时空规律
湖南株洲市一中
吴同秋 412008
【内容提要】 地理上的昼夜概念与生活中的昼夜概念略有区别，昼夜长短的变化虽然很复杂，但如果抓住了规律也就会变得简单起来。本文探讨了昼夜长短的时空变化规律和乘机飞行时昼长的变化规律两大问题，把看似很复杂的问题分析透彻，高度概括，对学生的思维训练很有帮助。
【关键词】 昼夜长短 时空变化 规律 昼弧
论昼夜长短的时空规律
【内容提要】 地理上的昼夜概念与生活中的昼夜概念略有区别，昼夜长短的变化虽然很复杂，但如果抓住了规律也就会变得简单起来。本文探讨了昼夜长短的时空变化规律和乘机飞行时昼长的变化规律两大问题，把看似很复杂的问题分析透彻，高度概括，对学生的思维训练很有帮助。
【关键词】 昼夜长短 时空变化 规律 昼弧
昼即白天，夜即晚上，这是我们生活中的昼夜概念；地理上的昼夜概念与此略有区别：太阳从地平线上升起的那一刻作为白昼的开始，太阳从地平线落下去的那一刻作为白昼的结束，所以同纬度山顶的昼比山脚下的要长，那是因为地势的高低会影响视野的范围。由于太阳光被大气散射，太阳出来前天空就已经明亮，太阳下山后还有一段黄昏，所以生活中的白昼长度比地理中的白昼要长一些。下面的昼夜概念均指地理意义上的昼夜概念。
一、昼夜长短的时空变化规律
昼夜长短的时空变化规律十分复杂，有随纬度的变化规律，有随时间的变化规律，有极昼、极夜范围的变化规律。我根据它与直射点的关系，均概括为：点北北长、点南南长、点赤等长。
(一) 昼夜长短随纬度的变化规律
点北北长、点南南长、点赤等长的含义为：当直射点在北半球时．．
（不一定是北回归线），从全球来看，越往北，昼越长；当直射点在．．．南半球时，越往南昼越长；当直射点在赤道时，全球昼夜等长。 ．．．．．．．
我们可以这样理解，在光照图上，如下图所示，太阳光线从右边照过来，太阳直射点在北半球，从全球来看昼弧所跨的经度越往北越多，所以昼也就越长，从图中还可以看出，晨昏圈将赤道平分，所以赤道上永远是昼夜平分的；如果太阳光线从左边照过来，则太阳直射点在南半球，白天和黑夜交换，可以看出，越往南，昼弧所跨的经度越多，所以越往南昼越长；如果太阳直射点在赤道，则晨昏圈与经线圈重合，任何一条纬线都被平分为昼弧和夜弧，所以昼夜等长。
（二）昼夜长短随时间的变化规律
昼夜长短随时间的变化规律仍然可以概括为：点北北长、点南南长。根据下图，我们可以看出，
太阳直射点的移动方向可以分为两个：
从12月22日到6月22日向北移动；从6月22日到次年的12月22日向南移动。该规律的具体含义为：当太阳直射点向北移动时，北半．．．球昼逐渐变长，南半球昼则逐渐变短；当直射点向南移动时，南半球．．．．昼逐渐变长，北半球昼则逐渐变短。6月22日北半球昼长达一年中．
的最大值，南半球则为最小值；12月22日北半球昼长达一年中的最小值，南半球则为最大值；
（三）极昼极夜的变化规律
极昼是指在两极地区太阳整日不落的现象，极夜是指太阳整日都没有升到地平线以上。
如图所示，当直射点在北半球时，北极地区出现极昼，且出现极．．．．
昼的纬度和直射点的纬度互余，直射点向北移动时，极昼的范围逐渐扩大，从3月21日到6月22日，由北极点逐渐扩大到北极圈，直射点向南移动时，极昼的范围逐渐缩小，从6月22日到9月23日，由北极圈逐渐缩小到北极点；当直射点在南半球时，南极地区出现极昼，．．．．同样出现极昼的纬度和直射点的纬度互余，直射点向南移动时，极昼的范围逐渐扩大，从9月23日到12月22
日，由南极点逐渐扩大到
南极圈，直射点向北移动时，极昼的范围逐渐缩小，从12月22日到3月21日，由南极圈逐渐缩小到南极点；极夜出现的时间与极昼相反，规律则类似。
上述规律也可以大致概括为：点北北昼，点南南昼。
二、昼夜长短中的几个对称关系
对地球上的昼夜长短作理论上的分析时，可以将地球看成正球体，晨昏圈是一个通过地心的大圆，尽管不一定与经线圈重合，却总是能将地球平分为两半，如下图所示，因此出现了一些对称关系。
（一）空间对称
1、北半球某地某日的昼长与南半球同纬度地区的夜长相等。
如上图左图为6月22日的昼长分布情况，20°N 的夜长为10时47分，我们可以用24小时减去夜长，得到昼长为13小时13分，与20°S 的夜长相等。除春分日和秋分日外，其它日期均有这个规律。
2、极昼和极夜的纬度数值相同，南北对称。
如上左图，北极圈以北出现极昼，南极圈以南出现极夜；上右图北极圈以北出现极夜，南极圈以南出现极昼；
其它日期也同样有此规
律。
（二）时间对称
1、某地的昼长，以夏至日和冬至日为对称日期，昼长相等
如果12月22日为冬至日，那么某地12月20日和24日的昼长相等，19日和25日的昼长相等，依此类推；如果6月22日为夏至日，那么某地6月21日和23日的昼长相等，20日和24日的昼长相等，依此类推。
2、某地的最长昼长与最长夜长相等
上左图为夏至日各纬线上的夜长，对于北半球来说这时夜最短，对于南半球来说这时夜最长；上右图为冬至日各纬线上的昼长，对于北半球来说这时昼最短，对于南半球来说这时昼最长，我们仔细比照，就可以发现两边的数值完全相同。因此，我们可以根据某地的最长昼长求出该地的最短昼长，还可以求出该地昼长之差的最大值，如已知某地最长昼为14小时51分（40°N ），则该地昼夜之差最大值为5小时42分。
三、乘机飞行时昼长的变化
昼夜长短的时空变化，本来就比较复杂，再加上飞机的飞行影响，学生往往就无从下手了。通常求昼长，可以根据日出或日落时间，也可以根据昼弧所跨的经度，但是人们在飞行的飞机上经历的昼夜长短却有很大的不同。要深刻地理解这个问题，首先让我们来比较经纬度不同的两地日出日落时间。如果纬度相同，而经度不同，则两地昼长相同，东边比西边日出早，日落也早，经度相差15°，则东边比西
边日出日落均要早一小时。见下左图，试试让学生说出甲乙两地中位于东边的是哪一个？如果经度相同而纬度不同，则地方时相同而昼长不同，昼长的先日出而晚日落。见下右图，试试让学生比较甲乙两地的纬度高低？
（一）飞机沿纬线飞行，昼长的变化
由于地球自西向东的自转，才有了昼夜的更替，如果飞机沿纬线运动，两种运动叠加，自然就会影响昼夜更替的周期，也就会影响到昼长。
1、沿纬线飞行，昼夜更替周期的变化。
如果飞机自西向东飞行，和地球自转同向，两种速度相加，相当于地球自转速度加快，那么昼夜更替的周期将变短。例如，飞机每小时向东飞行15°，那么昼夜交替的周期为：360°÷（15°＋15°）=12小时。
如果飞机自东向西飞行，和地球自转反向，两种速度相减，那么昼夜交替的周期变短，甚至还会出现一些非常奇特的现象，例如太阳在天空的位置保持不变或太阳西升东落，让学生想想看，什么条件下才会出现这些奇特的现象？
如果求昼长，则既要考虑运动方向，
还要考虑飞机飞行时间的长
短，是否匀速，在昼弧还是夜弧中飞行。下面我们选取三种情况加以说明。
2、沿纬线圈匀速飞行昼长的变化。
只要先求出昼弧，再除以运动速度与地球自转速度的合速度就可以了。如某地昼长15小时，飞机自西向东每小时飞行10°，则昼长为：（15°×15小时）÷（15°＋10°）=9小时
3、在局部昼弧中飞行时昼长的变化。
晨昏线将纬线圈分为昼弧和夜弧两部分，在局部昼弧中飞行就是指飞行时段为白天。
例1、吴先生某日9: 00坐飞机从甲地（40°N 105°E ）经过2小时飞到乙地（40°N 115°E ），已知甲地该日昼长12小时40分，问吴先生该日经历的昼长是多长
方法一：在甲地看到日出后经历多久在乙地看到日落就是吴先生该日经历的昼长，因此我们需要算出日出到9:00飞机起飞时段、飞行时间2小时、飞机到乙地后直到日落时段，将这三个时段相加即可。根据甲地昼长可知日出时间为5:40，因此起飞前昼为3小时20分；飞机到达乙地后，根据地方时的计算方法，可计算得出乙地的地方时为11:40，甲乙两地昼长相等，因此日落时间为18:20，飞机到乙地后离日落时间还有6小时40分，三个时段相加为12小时。
方法二：我们换一种角度理解昼长，昼长就是地球以15°/小时的速度将昼弧转完，现在飞机帮助地球自转了10°（甲乙两地的经度差），因此昼长要减短40分钟，因此吴先生该日经历的昼长是：
12:40－0:40=12小时。
（二）沿经线飞行昼长的变化
同一经线，地方时相同，但纬度不同，除两分日外，昼长不同。如果在白天飞行，求出发地和目的地的平均昼长即可。
例2、甲地(20°N，105°E) 昼长13小时，乙地(40°N，105°E)昼长14小时20分，乘客从甲地8点起飞，3小时后到达乙地，那么乘客经历的昼长是多少？
根据昼长可以计算出甲地的日出日落时间为5:30和18:30，乙地4:50和19:10，乘客经历的昼长就是从甲地日出5:30到乙地日落19:10，时间差为13小时40分。从图中可以看出，上午用甲地的昼长，下午用乙地的昼长，同一地上午和下午的昼长是相等的，因此可以直接简化为甲乙两地的平均昼长：（13+14:20）÷2=13:40
3、不沿经纬线飞行昼夜长短的变化
如果飞机不沿经纬线飞行，乘客经历的昼长就更复杂。既要考虑两地的昼长之差，又要考虑经度不同引起的地方时之差。
例3、 甲地(20°N，105°E) 昼长13小时，乙地(40°N，135°E)昼长14小时20分，乘客从甲地当地时间8点起飞，3小时后飞到乙地，那么乘客经历的昼长是多少？
方法一：直接根据日出和日落时间之差，但必须转换为同一地点
的地方时。
甲地日出时间为5:30，乙地日落地方时为19:10，此时甲地的地方时为17:10,因此经历的昼长为17:10－5:30=11:40
方法二：平均昼长法
求出甲乙两地的平均昼长为13:40，因为飞机是自西向东飞行了30°，所以减去2小时，即可得到昼长为11:40。
规律总结：根据前面的分析，我们可以发现规律，自西向东飞行时，昼长和昼夜更替的周期均变长，自东向西飞行时，周期均变短；沿南北方向飞行时，求出平均昼长即可。因此，乘机飞行时昼夜长短的变化规律可以概括为八个字：西加东减，南北平均。
参考资料
《地理5年高考，3年模拟》
《地理必修1》 人民教育出版社
论昼夜长短的时空规律
湖南株洲市一中
吴同秋 412008
【内容提要】 地理上的昼夜概念与生活中的昼夜概念略有区别，昼夜长短的变化虽然很复杂，但如果抓住了规律也就会变得简单起来。本文探讨了昼夜长短的时空变化规律和乘机飞行时昼长的变化规律两大问题，把看似很复杂的问题分析透彻，高度概括，对学生的思维训练很有帮助。
【关键词】 昼夜长短 时空变化 规律 昼弧
论昼夜长短的时空规律
【内容提要】 地理上的昼夜概念与生活中的昼夜概念略有区别，昼夜长短的变化虽然很复杂，但如果抓住了规律也就会变得简单起来。本文探讨了昼夜长短的时空变化规律和乘机飞行时昼长的变化规律两大问题，把看似很复杂的问题分析透彻，高度概括，对学生的思维训练很有帮助。
【关键词】 昼夜长短 时空变化 规律 昼弧
昼即白天，夜即晚上，这是我们生活中的昼夜概念；地理上的昼夜概念与此略有区别：太阳从地平线上升起的那一刻作为白昼的开始，太阳从地平线落下去的那一刻作为白昼的结束，所以同纬度山顶的昼比山脚下的要长，那是因为地势的高低会影响视野的范围。由于太阳光被大气散射，太阳出来前天空就已经明亮，太阳下山后还有一段黄昏，所以生活中的白昼长度比地理中的白昼要长一些。下面的昼夜概念均指地理意义上的昼夜概念。
一、昼夜长短的时空变化规律
昼夜长短的时空变化规律十分复杂，有随纬度的变化规律，有随时间的变化规律，有极昼、极夜范围的变化规律。我根据它与直射点的关系，均概括为：点北北长、点南南长、点赤等长。
(一) 昼夜长短随纬度的变化规律
点北北长、点南南长、点赤等长的含义为：当直射点在北半球时．．
（不一定是北回归线），从全球来看，越往北，昼越长；当直射点在．．．南半球时，越往南昼越长；当直射点在赤道时，全球昼夜等长。 ．．．．．．．
我们可以这样理解，在光照图上，如下图所示，太阳光线从右边照过来，太阳直射点在北半球，从全球来看昼弧所跨的经度越往北越多，所以昼也就越长，从图中还可以看出，晨昏圈将赤道平分，所以赤道上永远是昼夜平分的；如果太阳光线从左边照过来，则太阳直射点在南半球，白天和黑夜交换，可以看出，越往南，昼弧所跨的经度越多，所以越往南昼越长；如果太阳直射点在赤道，则晨昏圈与经线圈重合，任何一条纬线都被平分为昼弧和夜弧，所以昼夜等长。
（二）昼夜长短随时间的变化规律
昼夜长短随时间的变化规律仍然可以概括为：点北北长、点南南长。根据下图，我们可以看出，
太阳直射点的移动方向可以分为两个：
从12月22日到6月22日向北移动；从6月22日到次年的12月22日向南移动。该规律的具体含义为：当太阳直射点向北移动时，北半．．．球昼逐渐变长，南半球昼则逐渐变短；当直射点向南移动时，南半球．．．．昼逐渐变长，北半球昼则逐渐变短。6月22日北半球昼长达一年中．
的最大值，南半球则为最小值；12月22日北半球昼长达一年中的最小值，南半球则为最大值；
（三）极昼极夜的变化规律
极昼是指在两极地区太阳整日不落的现象，极夜是指太阳整日都没有升到地平线以上。
如图所示，当直射点在北半球时，北极地区出现极昼，且出现极．．．．
昼的纬度和直射点的纬度互余，直射点向北移动时，极昼的范围逐渐扩大，从3月21日到6月22日，由北极点逐渐扩大到北极圈，直射点向南移动时，极昼的范围逐渐缩小，从6月22日到9月23日，由北极圈逐渐缩小到北极点；当直射点在南半球时，南极地区出现极昼，．．．．同样出现极昼的纬度和直射点的纬度互余，直射点向南移动时，极昼的范围逐渐扩大，从9月23日到12月22
日，由南极点逐渐扩大到
南极圈，直射点向北移动时，极昼的范围逐渐缩小，从12月22日到3月21日，由南极圈逐渐缩小到南极点；极夜出现的时间与极昼相反，规律则类似。
上述规律也可以大致概括为：点北北昼，点南南昼。
二、昼夜长短中的几个对称关系
对地球上的昼夜长短作理论上的分析时，可以将地球看成正球体，晨昏圈是一个通过地心的大圆，尽管不一定与经线圈重合，却总是能将地球平分为两半，如下图所示，因此出现了一些对称关系。
（一）空间对称
1、北半球某地某日的昼长与南半球同纬度地区的夜长相等。
如上图左图为6月22日的昼长分布情况，20°N 的夜长为10时47分，我们可以用24小时减去夜长，得到昼长为13小时13分，与20°S 的夜长相等。除春分日和秋分日外，其它日期均有这个规律。
2、极昼和极夜的纬度数值相同，南北对称。
如上左图，北极圈以北出现极昼，南极圈以南出现极夜；上右图北极圈以北出现极夜，南极圈以南出现极昼；
其它日期也同样有此规
律。
（二）时间对称
1、某地的昼长，以夏至日和冬至日为对称日期，昼长相等
如果12月22日为冬至日，那么某地12月20日和24日的昼长相等，19日和25日的昼长相等，依此类推；如果6月22日为夏至日，那么某地6月21日和23日的昼长相等，20日和24日的昼长相等，依此类推。
2、某地的最长昼长与最长夜长相等
上左图为夏至日各纬线上的夜长，对于北半球来说这时夜最短，对于南半球来说这时夜最长；上右图为冬至日各纬线上的昼长，对于北半球来说这时昼最短，对于南半球来说这时昼最长，我们仔细比照，就可以发现两边的数值完全相同。因此，我们可以根据某地的最长昼长求出该地的最短昼长，还可以求出该地昼长之差的最大值，如已知某地最长昼为14小时51分（40°N ），则该地昼夜之差最大值为5小时42分。
三、乘机飞行时昼长的变化
昼夜长短的时空变化，本来就比较复杂，再加上飞机的飞行影响，学生往往就无从下手了。通常求昼长，可以根据日出或日落时间，也可以根据昼弧所跨的经度，但是人们在飞行的飞机上经历的昼夜长短却有很大的不同。要深刻地理解这个问题，首先让我们来比较经纬度不同的两地日出日落时间。如果纬度相同，而经度不同，则两地昼长相同，东边比西边日出早，日落也早，经度相差15°，则东边比西
边日出日落均要早一小时。见下左图，试试让学生说出甲乙两地中位于东边的是哪一个？如果经度相同而纬度不同，则地方时相同而昼长不同，昼长的先日出而晚日落。见下右图，试试让学生比较甲乙两地的纬度高低？
（一）飞机沿纬线飞行，昼长的变化
由于地球自西向东的自转，才有了昼夜的更替，如果飞机沿纬线运动，两种运动叠加，自然就会影响昼夜更替的周期，也就会影响到昼长。
1、沿纬线飞行，昼夜更替周期的变化。
如果飞机自西向东飞行，和地球自转同向，两种速度相加，相当于地球自转速度加快，那么昼夜更替的周期将变短。例如，飞机每小时向东飞行15°，那么昼夜交替的周期为：360°÷（15°＋15°）=12小时。
如果飞机自东向西飞行，和地球自转反向，两种速度相减，那么昼夜交替的周期变短，甚至还会出现一些非常奇特的现象，例如太阳在天空的位置保持不变或太阳西升东落，让学生想想看，什么条件下才会出现这些奇特的现象？
如果求昼长，则既要考虑运动方向，
还要考虑飞机飞行时间的长
短，是否匀速，在昼弧还是夜弧中飞行。下面我们选取三种情况加以说明。
2、沿纬线圈匀速飞行昼长的变化。
只要先求出昼弧，再除以运动速度与地球自转速度的合速度就可以了。如某地昼长15小时，飞机自西向东每小时飞行10°，则昼长为：（15°×15小时）÷（15°＋10°）=9小时
3、在局部昼弧中飞行时昼长的变化。
晨昏线将纬线圈分为昼弧和夜弧两部分，在局部昼弧中飞行就是指飞行时段为白天。
例1、吴先生某日9: 00坐飞机从甲地（40°N 105°E ）经过2小时飞到乙地（40°N 115°E ），已知甲地该日昼长12小时40分，问吴先生该日经历的昼长是多长
方法一：在甲地看到日出后经历多久在乙地看到日落就是吴先生该日经历的昼长，因此我们需要算出日出到9:00飞机起飞时段、飞行时间2小时、飞机到乙地后直到日落时段，将这三个时段相加即可。根据甲地昼长可知日出时间为5:40，因此起飞前昼为3小时20分；飞机到达乙地后，根据地方时的计算方法，可计算得出乙地的地方时为11:40，甲乙两地昼长相等，因此日落时间为18:20，飞机到乙地后离日落时间还有6小时40分，三个时段相加为12小时。
方法二：我们换一种角度理解昼长，昼长就是地球以15°/小时的速度将昼弧转完，现在飞机帮助地球自转了10°（甲乙两地的经度差），因此昼长要减短40分钟，因此吴先生该日经历的昼长是：
12:40－0:40=12小时。
（二）沿经线飞行昼长的变化
同一经线，地方时相同，但纬度不同，除两分日外，昼长不同。如果在白天飞行，求出发地和目的地的平均昼长即可。
例2、甲地(20°N，105°E) 昼长13小时，乙地(40°N，105°E)昼长14小时20分，乘客从甲地8点起飞，3小时后到达乙地，那么乘客经历的昼长是多少？
根据昼长可以计算出甲地的日出日落时间为5:30和18:30，乙地4:50和19:10，乘客经历的昼长就是从甲地日出5:30到乙地日落19:10，时间差为13小时40分。从图中可以看出，上午用甲地的昼长，下午用乙地的昼长，同一地上午和下午的昼长是相等的，因此可以直接简化为甲乙两地的平均昼长：（13+14:20）÷2=13:40
3、不沿经纬线飞行昼夜长短的变化
如果飞机不沿经纬线飞行，乘客经历的昼长就更复杂。既要考虑两地的昼长之差，又要考虑经度不同引起的地方时之差。
例3、 甲地(20°N，105°E) 昼长13小时，乙地(40°N，135°E)昼长14小时20分，乘客从甲地当地时间8点起飞，3小时后飞到乙地，那么乘客经历的昼长是多少？
方法一：直接根据日出和日落时间之差，但必须转换为同一地点
的地方时。
甲地日出时间为5:30，乙地日落地方时为19:10，此时甲地的地方时为17:10,因此经历的昼长为17:10－5:30=11:40
方法二：平均昼长法
求出甲乙两地的平均昼长为13:40，因为飞机是自西向东飞行了30°，所以减去2小时，即可得到昼长为11:40。
规律总结：根据前面的分析，我们可以发现规律，自西向东飞行时，昼长和昼夜更替的周期均变长，自东向西飞行时，周期均变短；沿南北方向飞行时，求出平均昼长即可。因此，乘机飞行时昼夜长短的变化规律可以概括为八个字：西加东减，南北平均。
参考资料
《地理5年高考，3年模拟》
《地理必修1》 人民教育出版社