自然決定人文

，社會經濟發展深受自然地理環境的影響，地理環境影響生物和人類生存發展，生物和人類反過來可以改變環境（如生物風化）。自然地理環境由內力作用和外力作用共同塑造，各地理要素如

地形、氣候、水文、土壤、生物

等相互交融，縱橫聯絡，共同影響自然地理環境。自然地理環境塑造過程中，發生能量與物質的交換，能量與物質既可以來源於地球內部，也可以來源於地球外部（太陽、宇宙）。自然地理原理包括

地球運動原理、大氣原理、水體原理、內外力作用原理、整體性與差異性

原理五部分。

一、地球運動專項研究

地球運動是自轉與公轉的統一運動。日-地天體系統中，地球繞地軸自轉，地球在自轉的同時按照一定的軌道繞太陽公轉；地-月天體系統中，月球在自轉的同時繞地球公轉（月球自轉與公轉週期相同，地球只能看到月球的一個面）。

若地球不自轉，繞太陽公轉，則晝夜更替週期是一年；若地球不公轉，僅自轉，則有晝夜更替（週期為一日），但無季節變化；若地球既自轉又公轉，但無黃赤交角，則有晝夜更替（週期為一日），但無季節變化；若地球有黃赤交角，自轉但不公轉，則有晝夜更替（週期為一日），但無季節變化。黃赤交角過大（例如90度）會使得自轉喪失晝夜更替的效果（因為自轉方向與光朝向垂直）。［思維路徑：控制變數的思想。探究一個變數有何種影響有兩種解決方式，一為在沒有該變數的情況下加入該變數，形成實驗組，對比分析結果；二為在有該變數的情況下去掉該變數，形成對照組，對比分析結果］

綜上所述，

地球自轉形成晝夜更替

（T=1d）；

地球公轉和黃赤交角

造成太陽直射點的

週期移動

，形成季節變化。

（一）地球自轉

地球繞地軸旋轉稱為地球自轉

。

1、地球自轉的特徵

地球自轉的特徵包括

自轉方向、自轉速度與自轉週期

。

（1）自轉方向：

自西向東

，在極點方向上空俯視地球，自轉方向為

北半球逆時針、南半球順時針

（可判斷南北半球），箭頭指向是東方。

知道南北半球，就知道了南北方向，進而確定了東西方向。由地球自轉、公轉、月球運動（甚至其他天體的運動情況）的順時針、逆時針情況可以判斷極點和半球，指標方向為東方（即便不知道北逆南順，也可以由指向東方判定往極點的方向進而確定南北極點，故自西向東自轉是核心本質），可結合經緯網考察晨昏線問題、時間問題、太陽高度問題。

（2）自轉速度

①角速度：

角速度是單位時間物體做圓周運動轉過的角度。除極點外，地球上各點角速度相同，都為

15°/ h

（

極點角速度是0

）。

②線速度：

線速度是單位時間物體做圓周運動轉過的弧長。線速度L=1/24×2πr/h=1/24×2πcosαR/h（r是緯線半徑，R是赤道半徑，α是當地緯度），赤道線速度是464m/s，

赤道線速度最大，向南北緯遞減，關於赤道對稱相等

，極點為0，其他緯度線速度為464cosαm/s，

60°S和60°N減少到一半

。地球自轉的速度並非一成不變，從歷史上看，雖有變快的階段，但整體呈現變慢的趨勢（受潮汐和地殼摩擦力的作用）。

線速度推導過程也可以根據角速度15°/h，1°緯線長111cosakm推導=15×111cosakm/h

（3）週期

①恆星日：

真正的週期，地球自轉360°，為23小時56分4秒

②太陽日：

地球自轉超過360°，為24小時

取無窮遠的恆星作為參照系，恆星日為地球上同一地點兩次經過地心與恆星連線所需的時間，太陽日為地球上同一地點兩次經過地心與日心連線所需的時間。太陽日一個週期，地球自轉超過360°，原因在於：地球自轉的同時繞太陽公轉，則選取的參照系—日心地心連線也在做圓周運動，與地球運動同向，地表一點要兩次經過日心地心連線就需多自轉59′（可以藉助物理直線運動理解，A 從 O 點出發，要計算到達距離 O 點 100 單位的時間，但是 O 點作為參照系也在同向緩慢運動，因此 A 點要運動超過 100 單位；或者認為降低A點的速度，延長了運動的時間）［太陽日隨公轉速度變化而變化：1月公轉速度快，太陽日更長；7 月公轉速度慢，太陽日更短］

太陽系天體自轉方向和公轉方向相反的，太陽日小於恆星日；自轉方向和公轉方向相同的，太陽日大於恆星日（恆星日即自轉360°，自轉公轉方向相反，自轉小於360°；自轉公轉方向相同，自轉大於360°），因為恆星日是固定不變的，太陽日的參照系隨公轉而變化，公轉方向和速率決定了參照系的方向和速率，自轉公轉方向相同，參照系同向運動，相當於降低了自轉的速度；自轉公轉方向相反，參照系反向運動，相當於提高了自轉的速度。

2、地球自轉的意義

地球自轉產生了晝夜更替、地轉偏向力，造成了同一時刻、不同經線地區有不同的地方時。

（1）地轉偏向力

地球自轉使北

半球做水平運動的物體都發生右偏轉；南半球向左偏轉，赤道不偏轉

。例如北半球的河流右岸侵蝕，信風為東北信風，氣旋逆時針、反氣旋順時針，火車前進右鐵軌磨損較重，高緯度地區河流漂流的木材向右岸集中。科里奧利發現了地轉偏向力，地轉偏向力又稱為科里奧利力，公式

D=2vwsinα

，v是物體運動速度，w是角速度，α是當地緯度，赤道地轉偏向力為0，向南北緯遞增（瞭解）。

[補充知識點：地轉偏向力的兩種解釋，瞭解即可]

北半球地平面建立南北向NS座標軸和東西向WE座標軸，四個物體從O出發，向ON、OS、OE、OW運動，由於地球自轉，經過一段時間，座標軸落到N1S1、W1E1，物體運動按照慣性保持原來方向和速度，從而向右偏轉。

2、根據線速度解釋，物體向北運動，低緯向高緯運動，帶著低緯的大線速度到高緯，在自轉方向向東跨越了更多地經線，從而右偏；向南運動，高緯向低緯運動，帶著高緯的小線速度，被出發時的經線甩在了後面，結果依然是右偏（如下圖，物體做南北向運動，東西向為線速度慣性帶來的運動）。東西向運動，是由出發點沿著切線運動，可以看作是高緯向低緯運動（如下右圖，外圈是低緯，物體沿切線運動即向外圈方向運動）。

（2）時差

時間是客觀存在的無限量，人們以當地

正午，太陽高度最大的時刻

確定為12點，以此來記錄時間，對應的零點也就成了地方時間的參照系。地球自西向東自轉，東方太陽昇起更早，也更早到達零點，地方時時間更早，故有

東早西晚

，數值上是

東大西小

（新一天記作+）。

東早西晚

是針對

同一時刻

而言，不同經度，地方時不同，如A地6時，B地12時，則B地時間更早（意味著B地的時間參照系更早），但客觀上的時間是一樣的，只是不同地方衡量標準不同，東早西晚比較的的是不同地方在不同參照系下對同一時刻的時間描述，究其本質比較的是參照系，參照系和經度相關，每向東增加1經度，參照系就早4分鐘，地方時也就早4分鐘。若對同一地方，不同時間即為客觀時間的變化，如A地6時與12時，6時的時間早，12時的時間更晚。時間自身是變化的，對時間的描述呈現出東西經度的空間變化（參照系相差24小時），因此時間描述就呈現時間、空間兩個維度的分異。

固定時間，同一時刻，地方時不同；固定空間，同一地點，時間不同。

下圖為從時間、空間兩個維度對時間描述的座標系，統一時間便於人們生活工作，但是全球選用同一經線時間不現實（各地差異太大），因此只得退而求其次，

劃定24個時區

，

每個時區相差一小時

（國家選用時區時間統一各地時間），簡化了地方時的空間分異。

時空二維座標系為自創，不需要掌握

但是

空間維度的東西向，是相對方向

，早和晚只是相對概念。例如：A點10°E，B點120°E，C點70°W，B點在A點東，B比A早，C點在B點東，C比B早，但C點與A點誰早呢？A點在C點東，A比C早，B＞A，C＞B，A＞C，如此就出現了悖論，涉及了日期的變更和比較，需要選擇一個參照系作為早和晚的絕對分界點，也就是固定日期變更線，A點的對應經線（東西向分界）是以A地為參照建立的日期變更線；國際選擇180°經線作為國際日期分界線，統一了日期（一天起點為0點經線—太陽直射形成，自然有之；國際日期變更線規定了一天的終點）。如此，國際日期變更線分隔了日期，在空間維度便形成了以國際日期變更線為界的相差24小時的地方時參照系。

在時間維度，需要選定一個地方時零點時刻作為起始點，最終選擇公元元年元旦零時（某經線地方時），與宗教有關。以此作為時間維度的參照系，從而建立了全球日期時間系統。（選定的時間點在時間軸上是固定的，但是不同地方時對其可以有不同的描述）

[總結與思考]

時間是客觀無窮，需要主觀度量，度量需要單位，晝夜更替提供了一個合適巧妙的單位，是為1日，單位可上下擴充套件，向上擴充套件，月球繞地球旋轉一週為1個月，地球繞旋轉一圈是為1年；向下擴充套件，1日劃分24小時，小時劃分，分劃秒，日為基本單位。有了單位，還需要原點（參照系）建立座標軸，參照系是人為規定的。

縱觀歷史，時間衡量的精度越來越高，早期時間的衡量從一日開始，精確到日。

觀察太陽高度，一天中太陽高度最高、影子最短的時刻規定為正午，是當地時間12時，從而將時間精確到小時，確定了各地零時，成為各地參照系，後來技術發展將時間精確度不斷提高，全球各地時間的度量衡是統一的。這是空間維度固定，對同一地點時間的衡量。

不同地點的時間除了同一天的時差（自然造成），還有日期差異（不同地點時間軸選取的原點不同造成日期不同，可以認為各地根據某日的12點逆推12小時選取了時間原點）。上文提到，全球完全統一時間不現實，即各地可以有不同的時間點，從而反映在時間的時空座標軸上，即為各地參照系是傾斜的線段；但全球卻可以統一日期。

假設中國和美國分別使用中式紀年和美式紀年，中式紀年現在為100年1月1日12點，美式紀年現在為80年12月1日22點，要統一採用中式紀年，當日時間點（12點、22點）是自然決定的（正午12點決定的）。現在美國保留當地的時間點為22點，與中式紀年法統一日期，現在就需要考慮美國是100年1月1日22點還是99年12月31日22點，就涉及採用哪條經線作為日期變更線（日期變更線最早進入新一天）的問題，根據這個例子，中式紀年預設採用的是60°W（120°E對應經線）作為日期變更線， 因為60°W以西在120°E東方，時間早；60°W以東在120°E西方，時間晚，但時間點早（例如120°E0點，90°E在西，為22點），故應該日期晚；現行公元紀年法採用的是180度經線作為日期變更線，作為新舊一天的分界線，因為180度經線是東西經分界線，方便計算其他地區日期。在本例中，為了方便計算其他地區日期，也可以採用180度經線作為日期變更線，中式紀年的時間原點採用的是東八區地方時，為1年1月1日0點，預設採用60°W經線為日期變更線。現在為方便計算其他地區日期，採用180度經線作為日期變更線，用東經180度經線的地方時描述這個時間原點即為1年1月1日4點，隨後就可以用180度地方時描述絕對時間表示全球新舊一天的更替。

公元紀年法就是採用180度經線作為國際日期變更線，但是沒有全球統一採用180度經線的時間。公元元年元旦時間原點確定後，180°經線作為新舊一天的起終點分界，與時間原點地區日期一致，隨時間推移，累積計算日期；全球有限保留地方時（劃定了24個時區），從而形成了現在的時間度量格局，全球統一的日期+空間分異的時區。

注意：各地日期的變更取決於零點（地點固定）；國際日期變更線是在時間維度固定的情況下（時間相同）確定了各地的參照日期，從而各地完成了日期的演變。

時間=日期+地方時（採用區時）

，地方時是地球自轉自然形成的每日的時間點，地方時區時是地方所在時區中央經線的地方時，日期是選取某地公元元旦零點作為原點累積計算得到，國際通用時間描述時刻即為日期+地方時區時。形成了橫軸傾斜的時間時空座標系。

此圖有利於深刻理解時間，不需要掌握

採用180度經線地方時描述時間，絕對時間座標軸固定在180度（規定180度經線作為日期變更線），作出180度經線地方時0點的時間座標，座標間隔一天；因為地方的12時時刻是地球自轉決定的，與經度相關，也就可以得到地方的0點對應的時間，將當地經度與0點時刻繪成曲線，就得到了0點經線移動路徑，即為地方時的參照系T0（可上下平移，週期一天），T^-T0即為地方時。因此，為了統一日期，只需要選一條經線的某一天的零點時刻作為時間原點（作出時間平行線，在時間軸上得到180度經線地方時），因為180度經線是日期變更線，所以必然為Day1的某一時間（取決於180°地方時），則在時間軸上（180度經線地方時描述的時間軸）就累積計算時間日期，完成了統一日期的任務。

[時間原點+日期變更線統一日期]

只要知道一個地點（一條經線）的地方時間點，即確定了該地方時描述的絕對時間特定時刻，可求所有地區的地方時間點（知道日期也可根據與國際日期變更線的關係確定日期）。

【時間計算最新研究可以參看《時間計算新篇——旋轉木馬模型》】

（3）晝夜更替

地球自轉，朝向太陽的一面為白天（晝），背向太陽的一面為黑夜（夜），產生晨昏線。［晝夜長短是地球公轉導致太陽直射點變化］

3、時間計算專題

根據上文的結論，時間區分

地方時和區時

。

（

1）地方時

：地方時同線同時，位於同一經線上的地方時間相同。時間包含日期和時間點。晝半球中央經線是地方時12點，根據

東加西減

原則，差1°差4分鐘，差15°差1小時，可計算所有經線地方時（即為前文提到的地方時曲線）。

所求地方時=已知地方時+/-4′×經度差（

東加西減

）［時間計算的東西方向不適用劣弧原則，同東經，大者在東，同西經，小者在東，跨東西經，東經在東，西經在西；經度差是同經減，異經加］

地方時誰東誰西無所謂

，計算經度差即可，經度差也可雙向算（既可以向東計算，也可以向西計算），無非是考慮日期的問題，例如東經120度是2月3日12點，求西經150度的時間，用上述公式計算，經度差異經相加為270度，差18小時，根據東加西減，向西減去18小時得到時間為-6+24=18點，為2月2日18點。此題也可以向東計算，經度差為90度，差6小時，12+6得到18點，但是需要額外考慮日期，在180°以東，日期-1，為2月2日。

［思考：為什麼同一經線上的地方時相同］上文提到，地方時的時間點是地球自轉決定的，每個地方以其太陽高度角最大的時刻定位該地的正午，即為地方時12時。太陽高度角與自轉、公轉、黃赤交角有關，但太陽高度角在一天中最大的時間只與自轉有關，現在排除公轉、黃赤交角的影響，只考慮地球自轉，地球自西向東公轉，為簡化問題，採用物理學變換參照系的思想，假設地球不動，則太陽繞地球自東向西公轉（天球系統的思想）。太陽做東西向的運動，在同南北向即同經線觀察太陽，都是到達過NS線和NS各點鉛直線（指向地心）的平面交軌道的點為最高（太陽視軌跡圖），是為這些地方的正午12點。

（2）區時

：區時是以時區劃分時間，全球以0度經線起始作為中央時區中央經線，劃分24個時區，向東11個時區，向西11個時區，東西12時區併為1個，共計24個。每個時區跨經度15°，以中央經線地方時作為時區時，同區同時，地方時相等，區時一定相等。

時區中央經線=15°×時區號

（例如東五區中央經線為75°E），進一步可求出時區範圍，時區範圍=15°×時區號+/-7。5°（例如東六區中央經線為90°E，範圍為82。5°E-97。5°E）。給定經度，求時區的公式為，時區號=，餘數＜7。5°，時區號不變，餘數＞7。5°，時區號+1（例如87°E，87°E÷15°=5E……12°，12°＞7。5°，時區號+1，時區為東六區）

所求區時=已知區時+/-時區差，東加西減

；時區差，同減異加［東西方向不適用於劣弧法則，因為地方時有日期的加入和時間原點的統一確定，完成了對東西方向是相對方向的超越，成為了絕對大小的比較（畫出了時間座標軸）］

如果時間計算是負值，則日期-1天，時間+24小時；如果計算結果＞24，則日期+1天，時間-24小時。

（3）常見計算型別

時間有時間維度和空間維度兩個維度，既可以固定時間維度，給定時刻，求解不同空間（經度）的地方時、日期，或利用不同地方的地方時求經度、日期；也可以時間、空間雙維度變化（例如飛機、輪船航行問題），求解不同時刻不同地方的地方時。究其本質，無非是時間維度和空間維度的變化，要想求出時間，就必須固定空間；要想求出空間，就必須固定時間。

1）有關地方時的計算

太陽直射經線的地方時是12點

，

直射經線對應經線的地方時是24點

；

春分、秋分的時候，全球晝夜等長，所有地區的日出都是6點、日落是18點；極圈極晝，太陽最高時是12點，太陽最低時是24點。

有關光照圖的計算一般都是求解地方時，與地球自轉公轉和經緯網結合考察。地方時有關日常生活作息，區時往往國家統一。 當地正午 12 點平分白晝，午夜 24 點平分黑夜，若給出當地當天

日出、日落

（或當天日落第二天日出）的時間（與參照系無關），就可以求出晝夜長短。

晝長=日落時間-日出時間

（無論取哪個地方時作參照，因為是絕對時間的差值，無關主觀描述）

=[12 點-日出時間（地方時間,]×2=[日落時間（地方時間）-12 點]×2

，，給定當地以其他參照系的日出日落時間可求出晝長，進而可求出地方時間的日出、日落時間。如某地北京時間 5：20 日出，19：40 日落，可求出晝長 14：20，可求出當地日出地方時 4：50，日落 19：10

2）有關區時的計算

區時的計算一是直接考查同一時刻不同時區的區時換算，如賽事直播，為時間固定空間變化。二是考查絕對時間和時區的共同變化，如執行時間問題，可以給定執行時長，求出發點或終到點的時間；也可以給定出發點和終到點的時間，求解執行時長。

例如，北京出發6月9日12點，到達美國舊金山（121°W）的時候，當地時間是6月9日10點，則飛機飛行了多長時間？計算此種問題需要使用同一個座標系，即要麼選用北京時間，要麼選用舊金山時間。用舊金山時間衡量，舊金山為西八區，在東八區西16個時區，12點-16h=-4點+24=6月8日20點；另一種演算法，在東八區東方8個時區，12點+8h=20點但位於舊一天也為6月8日20點，飛機飛了14小時。

計算日期的問題，國際日界線與 180°經線不完全重合

，國際日界線以東是舊的一天（直到0點經線），以西是新一天（直到0點經線），從西向東穿過國際日界線，日期-1天，從東向西穿過國際日界線，日期+1天（東西十二時區時間相同，但日期不同）。

對同一地區，是否到達新一天取決於地方時是否到達0點，自然日界線為0點經線和0點經線的對應經線，國際日界為人為規定的 180 度經線。

日期可以計算新舊一天的範圍，

新一天是0點經線向東一直到180度經線，舊的一天是0點經線向西一直到180度經線

；0點經線和180度經線重合，為全球位於同一天。0點經線一直在移動，與地球自轉方向相反，自東向西運動，15°/h。

180度經線靜止不動，解決的核心在於尋找0點經線，或計算180度經線的地方時。

［例］北京時間12月22日5時全球未進入12月22日的範圍比重是（ ）

分析：0點經線的度數為120°E-5h×15°/h=45°E，新一天為135°/360°=9/24=3/8，舊一天為5/8（解決問題的思路是用經度算經度範圍）；也可以計算國際日界線的時間，為9時，則新一天佔比即為9/24=3/8，1-3/8=5/8（解決問題的思路是時差反映經度），亦可得答案。兩種方法在上文討論利用時空雙維座標系表示，也可計算。

北京時間20點，全球同一天，新一天開始出現（0點經線到達國際日期變更線）；北京時間8點，全球新舊等分。

注意：北京時間（東八區區時，120°E），北京地方時間為116°E經線的時間，北京時間早於北京的時間。世界時間為0時區的時間，為中時區的時間，又稱為格林尼治天文臺時間。［夏令時：高緯度國家夏季時間提早一小時，即時區向東+1，表撥快1小時，為節約能源，稱為日光節約時間，例如4：30日出，19：30日落，現在表的時間5：30日出，20：30日落。］

4、光照圖判讀

地球是不透明的球體，

太陽光可以近似看作平行光線

，在地球上形成晨昏線。晨昏線是大圓，是白天與黑夜的分界，是晝半球與夜半球的分界線。

順著地球自轉方向，即

自西向東

，由夜半球進入晝半球的分界線為晨線；由晝半球進入夜半球的分界線為昏線。

光明走向黑暗是昏線，黑暗走向光明是晨線

。

太陽光線指向地心，晨昏線是與太陽光線垂直的大圓，是太陽光線與地球表面的切點連線。春秋分時，晨昏線和經線重合，晨昏線過南北兩極點，太陽光線直射赤道。（例如晝半球和西半球重合，意為：此日為春分或秋分）。

晨昏線的太陽高度角為0

。

地球運動是自轉和公轉的綜合體，地球自轉方向和公轉面存在23°26′的夾角，即為黃赤交角。地球自轉導致太陽高度的每日週期變化，地球公轉、黃赤交角的存在使得太陽直射點週期性變化，使得每日特定時間的太陽高度（如正午太陽高度）發生週期性變化，也使得晨昏線與經線的夾角呈現季節週期性變化。假設沒有黃赤交角，地區就平行赤道面繞太陽旋轉，即為A軌道，這條軌道上，太陽全部直射赤道，沒有季節變化，沒有特定時間太陽高度角的週期性變化。實際軌道與A軌道有兩個交點，即為春分點和秋分點，太陽直射赤道，而在橢圓的另外兩個頂點，冬至，太陽直射南迴歸線（23°26′S）；夏至，太陽直射北迴歸線（23°26′N）［直射緯線就是太陽光線和地心連線與地球表面相交的點所在的緯線］

晨昏線與緯線圈的切點為晨昏線中緯度最高的點，切點的緯度在極點和極圈之間運動，切點所在經線是晝半球和夜半球的中央經線，晝半球的中央經線是地方時12點，夜半球的中央經線是地方時24點；即晨昏線和緯線的切點地方時為12點或24點，如圖NA經線為24點，SB經線為12點。

觀察晨線一側，從冬至到夏至的時間段，太陽直射點北移，晨線逆時針旋轉；從夏至到冬至的時間段，太陽直射點南移，晨線順時針旋轉。旋轉的角度=直射點緯度，旋轉的角速度=直射點移動速度。

觀察昏線一側，冬至-夏至，太陽直射點北移，昏線順時針旋轉；夏至-冬至，太陽直射點南移，昏線逆時針旋轉。這種圖與常規晨昏線影象相反，有一定的難度。

但判斷季節和直射半球的核心在於越往北白晝越長還是白晝越短，白晝越長，北半球夏季，太陽直射北半球；白晝越短，北半球冬季，太陽直射南半球。

考題-晨昏線判斷季節和求時間

晨昏線主要有三種光照圖，側檢視，從地球的側面看，緯線是直線；俯檢視，從南北極上空（或斜俯視），緯線是圓；柱狀圖，類似側檢視，但是把所有緯線拉成和赤道等長。

（1）判定季節：找切點，看極點

若晨昏線與緯線切點在極圈上，則為冬至或夏至；北極點為白晝，則為夏至日-北半球夏季，北極點為黑夜，則為冬至日-北半球冬季。

若晨昏線與緯線切點在極點上，則為春分或秋分。

若切點在極圈和極點之間，判斷冬半年或夏半年，北極點是白晝，是夏半年；北極點是黑夜，是冬半年。

（2）求地方時

根據晨昏線求地方時，做題核心在於找關鍵點，找到關鍵點即確定了該點經線的時間，根據時間計算專題可求出全球時間。

切點（2個）：判斷是晝半球的中央經線還是夜半球的中央經線，晝半球的中央經線為12點，夜半球的中央經線為24點。

晨赤六，昏赤十八:晨線與赤道的交點是地方時6點，昏線與赤道的交點是地方時18點。

考題—求太陽直射點的位置

求太陽直射點的位置即為求直射經線和直射緯線。直射點的緯度=90°-切點的緯度，南北緯依據季節判斷。直射經線即為地方時12點的經線，為晝半球的中央經線。

（二）地球公轉

地球按照一定的軌道繞太陽運動，稱為公轉，公轉面稱為黃道面。

1、公轉的特徵

（1）方向：自西向東，北逆南順

（2）週期：

恆星年（地球兩次經過太陽和另一恆星連線與地球軌道交點的時間，是真正的週期）365天6小時9分9。5秒；迴歸年（地球兩次經過春分點的時間，是生活常用週期）365天5小時48分46秒。迴歸年比恆星年週期短，即地球並沒有繞太陽公轉360°，受月球和太陽引力的影響造成地球自轉軸繞黃道軸（垂直黃道面的軸）做陀螺運動，造成春分點微小西移（歲差），使得迴歸年週期更短。

（3）速度：

根據開普勒定律（單位時間掃過面積相同），地球公轉軌道是橢圓（離心率較小），太陽位於一個焦點上，

1（1月初）近塊，7（7月初）遠慢

，朝向1月近日點運動，速度變快；朝向7月遠日點運動，速度變慢。一近快，七遠慢也可以用能量守恆解釋，一月，離太陽近，引力勢能小，動能大；7月，離太陽遠，引力勢能大，動能小。

冬至到近日點，公轉速度加快；近日點到春分，公轉速度減慢；夏至到遠日點，公轉速度減慢；遠日點到秋分，公轉速度加快。

2、公轉的影響

若將公轉軌道視為水平，則地軸傾斜；黃赤交角的存在導致太陽直射點南北移動，冬至到夏至，向北移動；夏至到冬至，向南移動。

太陽直射點的移動速度約為15′/天、8°/月、4天/°（3個月走23°26′）。太陽直射點的移動主要考慮四個問題。

（1）太陽方位問題

1）日出、日落方位：太陽直射北半球，日出東北、日落西北；太陽直射南半球，日出東南，日落西南。（日出的方位時間分異現象）

引入天球系統，現行分析都是以太陽作為參照系，太陽不動，地球既自轉又公轉；現在轉換參照系，以地球為參照系，地球不動，則公轉為太陽自東向西繞地球旋轉，週期一年；自轉為太陽自東向西繞地球旋轉，週期一天。太陽繞地球一年轉動的軌道與繞地球一天轉動的軌道存在23°26′的夾角。天球系統以地球為核心，將其他星球視作在地球外一個大天球上運動。

運用物理思想，轉換座標系

分析地球相對太陽的運動，可以認為太陽繞地球的運動是螺旋式上升下降（上升下降隨季節變化，螺旋繞一圈為一天），作出天球系統圖。

根據天文學托勒密地心說思想推導

天球赤道面與地球赤道面重合，則太陽夏至在天緯23°26′N軌道執行，春分、秋分在天赤道軌道執行，冬至在天緯23°26′S軌道執行。北極星就位於天北極，其仰角等於北半球當地緯度。

天球系統描述的是人們在地球上看到的天體執行情況。太陽的運動軌跡恆定，運動速度即地球自轉角速度。人們在不同的緯度觀察，因為與天赤道有不同的夾角，因而軌跡不同。

現在我們畫出考試常見的太陽視運動軌跡。

非極晝和極夜地區：直射北半球，日出東北、日落西北；直射南半球，日出東南、日落西南；直射赤道，日出正東，日落正西。

太陽直射在哪半球，日出日落就偏哪方位。

（2）正午太陽方位

正午太陽方位取決於

太陽直射緯度和該地緯度

的關係：北迴歸線以北的地區，正午太陽永遠在正南；南迴歸線以南的地區，正午太陽永遠在正北。正午太陽方位可反推緯度情況，若正午太陽有時在南，有時在北，則該地位於南北迴歸線之間。太陽一年南北運動4×23°26′=93°44′（移動速度15′/天，8°/月，4天/°），若該地在赤道和北迴歸線之間，其緯度為α，則一年中太陽在該地正北的時間關於夏至對稱，時長為2（23°26′-α）/93°44′×365，正午太陽在南方用一年扣去在北方時間即可。（此類問題都可以用下圖解決）

[總之，太陽直射點在該地哪方，正午太陽就在哪方]

（3）正午太陽高度角

正午太陽高度角由直射緯線（正午太陽高度角90°）向南北兩極逐漸遞減，某地離直射緯度越近，正午太陽高度角就越大。［空間維度的分異］

該地正午太陽高度角=90°-|緯度差|

（直射緯度與該地緯度的差值，同減異加，同緯減，異緯加）

正午太陽高度角會隨著太陽直射點的移動而週期性變化。太陽直射點向該地移動，則正午太陽高度角變大；太陽直射點遠離該地，則正午太陽高度角減小。［時間維度的分異］

正午太陽高度角是相對地平面，考查使問題複雜化可以加入夾角。例如太陽能板和日晷，或向日葵的花盤角度。太陽能板（為達到太陽直射太陽能板的目的）就應該設定成為該地正午太陽高度角的補角，即

太陽能板與地面夾角+該地正午太陽高度角=90°

。（考慮到該地一年四季太陽高度角的變化，應該設定成平均夾角，即考慮春秋分時的正午太陽高度角，或者可以自調整角度；另外如果涉及南北迴歸線之間，太陽在哪方向時間長，太陽能板就朝向哪方）

考慮地形因素，若有山丘地形（或河谷地形），則與地面的夾角彌補了部分正午太陽高度角與90°差值，在山上建太陽能光伏電站太陽能板與地面夾角還取決於山體的坡度。

根據正午太陽高度角公式，也可以反推該地的緯度。溫帶地區年正午太陽高度角變化是定值，等於2倍的黃赤交角。

中午太陽高度角的應用可以涉及樓房間距，即保證採光，取決於最小的正午太陽高度角，即影子最長的狀況。（中國北方地區，樓間距更大，單位面積能建造的樓房少）

（4）晝夜長短問題

晝夜長短取決於某地緯線圈晝弧和夜弧的長度，1h/15°，4′/°。因為太陽照射到半個地球在一天之內可以認為是固定e 的，一個地區在晝半球轉的時間越長，白晝就越長。

晝夜長短在空間維度的分異為不同地區晝長的比較，結論為點北北晝長；點南南晝長（直射點在北半球，越往北，白晝越長；直射點在南半球，越往南，白晝越長；直到出現極晝）。晝夜長短問題一看太陽直射半球，二看兩地緯度高低。赤道晝夜長短變化為0，晝夜長短變化量向兩極遞增，關於赤道對稱。［晝長變化的空間分異］

思考極圈極晝、極夜的時長，南北是對稱相同的，現在考慮北極圈，北極點春分-夏至-秋分極晝；秋分-冬至-春分極夜，即極晝、極夜各一半，極晝極夜現象365天，有日出日落時間為0，極圈其他地區，緯度每下降1°，極晝極夜現象時長合計減少16天，即有16天有日出日落時間，到北極圈極晝極夜現象減少為0。

涉及地球公轉速度，有對極晝極夜時長的思考。北極極晝時間為186天，南極為179天，即春分-夏至-秋分，地球公轉速度慢，時間更長：北極極晝比極夜多，南極極夜比極晝多，北極極晝比南極多，南極極夜比北極多。

從時間維度看晝夜長短，即某地晝夜長短的季節變化，某地的晝夜長短變化取決於直射點的移動，直射點向北移動，北半球晝長變長；直射點向南移動，南半球晝長變長。此處不考慮極晝極夜地區，赤道地區晝夜等長。晝夜長短取決於晝弧和夜弧的長度，晝弧和夜弧的長度取決於晨昏線的角度。太陽直射點向北移動，晨線逆時針轉動，北半球晝弧變長；太陽直射點向南移動，晨線順時針轉動，南半球晝弧變長。

[晨線轉動的北逆南順，直射點北移逆時針；南移順時針]

晝夜長短有對稱等長的性質，

春秋分之前x天的晝長=春秋分之後x天的夜長

；緯度關於赤道對稱的A、B兩地，A晝長=B夜長，A夜長=B晝長。

晝夜長短反映太陽直射的半球（北半球晝大於夜，直射北半球；北半球晝小於夜，直射南半球），晝夜長短的變化趨勢反映太陽直射點的移動方向。

春分-夏至：北半球晝長夜短，晝漸長夜漸短；南半球晝短夜長，晝漸短夜漸長。

夏至-秋分：北半球晝長夜短，晝漸短夜漸長；南半球晝短夜長，晝漸長夜漸短。

秋分-冬至：北半球晝短夜長，晝漸短夜漸長；南半球晝長夜短，晝漸長夜漸短。

冬至-春分：北半球晝短夜長，晝漸長夜漸短；南半球晝長夜短，晝漸短夜漸長。

用口訣來記憶，點北北晝長，點南南晝長。太陽直射在北半球，越往北晝越長；太陽直射點往北移動，北半球晝變長。

晝夜長短，同半球關於春秋分對稱；南北半球晝夜長短對稱。

晝夜長短變化，同半球關於夏冬至對稱；南北半球對稱。

地球運動總結知識體系如下：

地球運動知識體系

地球公轉引發直射點南北季節移動，即緯度移動；地球自轉也引起直射點移動，為一天內經度的移動。此處指季節移動。

空間維度分異：自轉方向、公轉方向與半球（北逆南順）；自轉線速度赤道向兩極遞減；地轉偏向力與半球（北右南左）；地轉偏向力赤道向兩極遞增；東西向經度差導致時差、日期差；晨昏線與半球（南北極晝極夜，定季節）；晝夜長短、長短變化南北半球對稱；晝夜時長變化量赤道向兩極遞增；極晝極夜的時長與緯度關係（緯度-1極晝極夜各減8天，合16天）；晝夜時長緯度差異；正午太陽方位與緯度的關係；太陽運動軌跡與緯度的關係；正午太陽高度角與緯度的關係。

時間維度分異：地球自轉速度的歷史變化（變慢）；晨昏線的季節旋轉方向、與緯線切點的季節移動方向；季節與出現極晝極夜的緯度範圍；一月近日點、七月遠日點與公轉速度；直射點的南北移動；晝夜長短的季節變化；日出日落的季節變化；正午太陽方位的季節變化；太陽運動軌跡的季節變化；正午太陽高度角的季節變化；同一地區夏季地方時日出早於6時，冬季日出晚於6時。