实证研究 | 一年内太阳直射点的纬度变化是匀速的吗？

实证研究 | 一年内太阳直射点的纬度变化是匀速的吗？

近几年，由于高考试卷及答案官方不立即公布，也就减弱了我考后马上做高考题的欲望，网上对高考题的研究热度却依然很高，这也就出现了不同版本的试题解析，例如下面这道2024年山东卷地理题目，网上就有不同的解析，但很少有通过实证数据及可视化进行分析的，下面就试着从数据分析及定量研究的角度来论证。

（2024·山东卷）小明暑假乘船到F岛旅游。下船后，小明发现太阳当空， 周围的人却“没有”影子, 他记录了当时的时间为北京时间 8 月 21 日 00:04。当地时间下午, 小明从F岛乘船去往某岛屿观光，途中发现游船甲板中心处旗杆的影子多数时间指向船行进的方向。图 2 示意F岛及其周边区域。据此完成 6-7 题。

6.F岛的位置可能是（ ）
A.12°N，61°W B.12°N，121°W
C.20°N，61°W D.20°N，121°W

7.当地时间下午，小明去往的岛屿最可能是（ ）
A.甲岛 B.乙岛 C.丙岛 D.丁岛

这道题目在计算该地经度时，根据题目中提到“ 周围的人却“没有”影子, 他记录了当时的时间为北京时间 8 月 21 日 00:04'，可知，正值该地正午（即地方时12：00），并且太阳高度角为90°，也就是说该地正处在太阳直射点的位置。通过时间差与经度差之间的换算关系，可推算该地经度为61°W，这个没有什么疑问，关于直射点纬度，很多解析是根据太阳直射点在南北回归线间平均移动速度来计算的，认为太阳直射点每一月移动纬度大约8°，8月21日，距直射赤道时间（9月23日前后）相差一个月，直射点纬度就相差8°，所以太阳直射点纬度就是8°N，与题目中12°N接近，就选择A选项了，并没有进一步解释这种差异的原因，这种分析会误导学生太阳直射点在南北回归线间移动速度是均匀的。实际是否这样呢？下表是二十四节气太阳直射点纬度情况：

通过表中数据可以看出春分前一个月左右（即雨水—春分）或者春分后一月左右（即春分—谷雨）太阳直射点移动了11°28′，而在二至日（冬至和夏至）前一个月及之后一个月，太阳直射点移动了3°17′，同样时间内（一个月）移动的速度之差可达8°11′，可见太阳直射点移动的纬度变化速度是不均匀的，差异是比较显著的，在直射赤道附近（春分和秋分）移动的纬度变化较大，在二至日（冬至和夏至）附近移动的纬度变化最小。为了更直观看出移动变化，可做如下图示，从图像上看，是近似按照正弦曲线变化的，曲线上某点的斜率绝对值大小反映了移动速度的大小。

在实际教学中，有些老师会简化成下图：

这种示意图会给学生形成一种误导，由于折线上斜率的绝对值大小相等，太阳直射点在回归线间移动的速度就成了均匀变化的了。

回到上题，我们如果按照平均计算，是接近8°N，要明确为什么高考题目中的纬度值要略高于8°N，是因为从6月22日至8月21日（近2个月），如果按照每月平均移动8个纬度，那么移动了16个纬度，而实际在夏至日后先是移动缓慢后又逐渐变快，导致实际移动的纬度并没有达到16个纬度，所以太阳直射点的纬度位置要比平均计算值偏高。8月21日临近处暑节气，通过上表查询太阳直射点纬度11°28′，也印证了这一点。所以高考题目中正确选项中的数据，是对我们以前错误认知的一种纠偏。

关于小明下午去的岛屿最可能的问题，可以通过太阳的视运动轨迹来说明，例如可以利用三点法（日出、正午、日落）画出如下示意图：

下午太阳处在西北，影子朝向东南，所以小明从F岛乘船驶向了东南方向，即驶向丙岛，这样解释对于空间想象能力较弱的学生，对于该地影子朝向及影长的变化情况，还是很难理解，这时可以借助信息技术辅助学生建立空间思维，例如通过sketchup软件，模拟该地该日太阳视运动及旗杆影子变化情况。如下图，可以看出该地日出方位为东北，正午太阳位于旗杆正顶，下午太阳位于西北方向，日落位于西北。

所以影子这一天的变化是：影子上午朝向西南，并逐渐缩短，到正午时缩短为了一个点，下午影子朝向东南，影长逐渐变长。注意，正午后，影子方向发生了突变，这与我们长时期生活在北温带的人来说，看到的影子变化情况截然不同。例如以北京为例，同样是8月21日，影子的移动方位从西南—正北—西北，方向的变化看起来具有连续性。如下图所示：

再看下面这道题，感兴趣的朋友可以留言，说出你的答案。

2023年12月7日，中国第五个南极考察站秦岭站(74°56'S,163°42E)开始建设，2024年2月7日开站。秦岭站填补了中国在南极罗斯海区域的考察空白。据此完成下题。

为期两个月的建站过程中，秦岭站正午太阳高度变化幅度最接近
A.4° B.8.5° C.12.5° D.23.5°