在讲这个之前,我们有必要来了解一下太阳直射点及其移动规律。
太阳直射点,是指地球表面某日正午太阳高度达到90º那个点。正午太阳高度,即当地地方时12点时,太阳光线与地平面切线的夹角,也就是一天中最大的太阳高度。
嗯,学过中学地理的朋友马上就懂了。

太阳直射点的位置并非一成不变的,由于黄赤交角的存在,使得地球在其运行轨道的不同位置上,受太阳的照射情况不同。其移动周期是一个回归年,即365日5时48分46秒。

观察一下,从太阳直射点的移动轨迹图中我们能得到以下信息:
1.冬夏 二至太阳直射南、北回归线,春秋二分直射赤道。
2.从春分到秋分,太阳直射北半球,从秋分到次年春分,太阳直射南半球。
3.太阳直射点的移动范围是南北回归线之间,周期大致为一年。
……
嗯,一些基础知识就到此为止吧。^_<

这货的用处可多哩,比如计算正午太阳高度,昼长啥的。在高一地理课上,我们学过这样一个公式,就是计算正午太阳高度的,还记得吗?
正午太阳高度=90º-|当地纬度-太阳直射纬度|
这个公式,做题经常用,但往往他把当地纬度、太阳直射纬度这些条件给出来的。日期要么就是春秋分,要么就是冬夏至,大概高中地理也只能这样了。

某一天,我吃过午饭去上学,时间是下午1点多钟,接近地方时12点。恰好遇见了我的地理老师,于是就聊起来了。
“天气真热啊,火辣辣的太阳照在头顶上,这太阳高度得有多大啊?”我问道。
“现在应该有七八十度吧,今天是6月17号”。
“能计算出精确值么?”
“这个要先算太阳直射纬度,如果不是二分二至。可以先取平均值,就是用太阳直射点移动轨迹所跨纬度除以其周期,得到平均一天移动的纬度,再用这个和二分二至日相加或相减。”
于是问题就来了,利用日期计算纬度,能直接用平均值?观察太阳直射点的移动轨迹图,我发现,它是一段曲线,在冬夏二至前后移动轨迹是逐渐与回归线平行的,回归线让我联想到了圆的切线,此时太阳直射点的移动速度较慢;而在春秋二分日前后,太阳直射点的移动轨迹与纬线的夹角很大,因此移动速度较快。
原来,太阳直射点的移动并非是匀速的。既然这样,就不能简单地取平均值。
那么能用什么方法来解决呢?
我去网上找来了利用日期计算正午太阳高度的公式:
C=arc(sinAsinB)
式中:C是太阳直射纬度,A是黄赤交角的度数,B是从春分日起算的天数/半年天数*π。
我并没有就此罢休,因为我并不知道这个公式是怎么来的,我想自己推导,并且arc很多人都不知道是什么意思。去百度了一下,发现过程涉及高等数学,看不懂。
怎么办呢?我想到了不久前学过的三角函数,那个正弦函数图像,和太阳直射点的移动轨迹一模一样。哈哈,我想到了:
如果以春分点为原点,用x轴表示日期,y轴表示太阳直射纬度,把日期转化为角度代进函数式y=sinx,算出y,再把y的值转化为直射纬度,也就是乘以回归线的度数。
于是,我们可以得到下面这个公式:
C=A*sinB
式中:C:太阳直射纬度,A:黄赤交角的度数,B: 从春分日起算的天数/半年天数*π。
这个公式,比前面那个更简单实用,那就先用这个公式来算一下4月16日太阳直射的纬度,4月16月,与春分日相差25天,半年天数就取180。
C=A*sinB
=23º26′*sin5π/36
=9º54′
也可以以夏至、秋分或冬至日为原点,公式稍稍变一下就行了。
夏至日:C=A*sin(B+π/2)
秋分日:C=A*sin(B+π)
冬至日:C=A*sin(B+3π/2)
哈哈,利用日期计算太阳直射纬度原来就这么简单。其实,你学过的东西真的很有用,如果将各科知识结合了去解决实际问题,将会给你一些意想不到的惊喜。
2016.3.1圣德里斯