（1）恒星日 —— 真正的自转周期#

• 定义：以距离地球遥远的恒星为参照物，地球上某一点连续两次经过同一恒星所在子午线的时间间隔。
• 旋转角度：360°（完整的一周）
• 时间长度：23时56分4秒
• 意义：这是地球自转的真正周期，是天文学和科学研究中使用的基本时间单位。

（2）太阳日 —— 日常使用的周期#

• 定义：以太阳为参照物，地球上某一点连续两次经过太阳所在子午线的时间间隔。
• 旋转角度：360°59′（比恒星日多转了约59′）
• 时间长度：24小时
• 意义：这是日常生活中使用的时间单位，也是昼夜更替的周期。

（3）为什么太阳日比恒星日长？#

地球在自转的同时还在绕太阳公转。当地球自转了360°（一个恒星日）后，由于地球在公转轨道上移动了约1°，原先正对太阳的那一点不再正对太阳。地球需要再自转约59′（约3分56秒）才能再次正对太阳，因此太阳日比恒星日长约3分56秒。

类比理解：一个人在环形跑道上跑步（公转），同时原地转圈（自转）。当他转完一整圈时，因为他在跑道上移动了位置，原来正对着的”太阳”已经不在正前方，需要再转一点才能重新正对。

（4）易错提醒#

• 恒星日（23时56分4秒）≠ 太阳日（24小时）
• 考试中问”地球自转的真正周期”选恒星日
• 问”昼夜交替的周期”选太阳日

（1）角速度#

• 定义：地球自转时，地表各点在单位时间内绕地轴转过的角度。
• 大小：除南北极点外，全球各地角速度相同，均为 15°/时。
• 换算关系：
  • 15°/时 = 1°/4分钟 = 15′/1分钟
• 极点情况：南北极点的角速度为0，因为极点位于地轴上，不产生旋转。

（2）线速度#

• 定义：地球自转时，地表各点在单位时间内沿纬线移动的弧长。
• 分布规律：
  • 赤道处最大：约 1670 km/h（或465 m/s）
  • 随纬度增高而减小
  • 南北纬60°处的线速度约为赤道的一半（约835 km/h）
  • 南北极点为0
• 计算公式：V = 1670 × cos φ（km/h），其中φ为当地纬度
  • 赤道（0°）：cos0° = 1，V = 1670 km/h
  • 北纬30°：cos30° ≈ 0.866，V ≈ 1446 km/h
  • 北纬60°：cos60° = 0.5，V = 835 km/h
  • 极点（90°）：cos90° = 0，V = 0
• 海拔的影响：同一纬度，海拔越高，线速度越大（因为离地轴更远）。例如青藏高原上的线速度比同纬度平原地区大。
• 实际应用：卫星发射基地多选择在低纬度地区（如海南文昌，约19°N），因为线速度大，可以节省燃料。

（3）角速度与线速度的关系图解#

1
线速度：  赤道最大 ───→ 逐渐减小 ───→ 极点为0
2
角速度：  全球相同（除极点） ──→ 极点为0

（1）恒星年#

• 定义：以遥远恒星为参照物，地球连续两次经过太阳与某恒星的连线所用的时间。
• 时间：365日6时9分10秒
• 旋转角度：360°
• 意义：地球公转的真正周期

（2）回归年#

• 定义：以春分点为参照物，太阳连续两次经过春分点所用的时间。
• 时间：365日5时48分46秒
• 旋转角度：略小于360°
• 意义：四季变化的周期（日历年度）

（3）恒星年与回归年的差异原因#

由于地轴进动（岁差现象），春分点沿黄道向西缓慢移动（约50.26″/年），导致太阳两次经过春分点的时间比恒星年短约20分24秒。

（1）开普勒第二定律（面积定律）#

行星与太阳的连线在相等时间内扫过的面积相等。因此，地球在近日点附近公转速度快，在远日点附近公转速度慢。

（2）公转速度的变化#

• 平均角速度：约 59′/天（近似为 1°/天）
• 平均线速度：约 29.8 km/s（近似为 30 km/s）

（3）速度变化的实际影响#

• 北半球春夏（从春分到秋分）的时间比秋冬（从秋分到春分）长约7天（约186天 vs 约179天）
• 原因：北半球春夏期间地球经过远日点，公转速度慢，用时较长

（1）三个重要平面#

• 赤道平面：通过地心且与地轴垂直的平面，将地球分为南北半球。
• 黄道平面：地球公转轨道所在的平面。
• 黄赤交角：黄道平面与赤道平面之间的夹角，目前为 23°26′。

（2）黄赤交角的数值#

• 目前黄赤交角为 23°26′（约23.5°）
• 地轴与黄道平面的夹角 = 90° - 23°26′ = 66°34′
• 黄赤交角不是固定不变的，在22°~24.5°之间缓慢变化，变化周期约4万年

（3）黄赤交角存在的意义#

由于黄赤交角的存在，太阳直射点才能在南北回归线之间往返移动，这是产生昼夜长短变化、正午太阳高度变化、四季更替和五带划分的根本原因。

（4）黄赤交角变化的影响#

假设黄赤交角变大（如变为30°）：

假设黄赤交角变小（如变为20°）：

（5）黄赤交角的记忆方法#

• 回归线度数 = 黄赤交角度数（23°26′）
• 极圈度数 = 90° - 黄赤交角度数（66°34′）

（1）运动轨迹#

太阳直射点从春分日（3月21日前后）开始，在赤道与南北回归线之间做往返运动：

1
春分（3月21日前后）→ 夏至（6月22日前后）→ 秋分（9月23日前后）
2
    ↓                        ↓                        ↓
3
  赤道（0°）             北回归线（23°26′N）        赤道（0°）
4

5
秋分（9月23日前后）→ 冬至（12月22日前后）→ 次年春分（3月21日前后）
6
    ↓                        ↓                        ↓
7
  赤道（0°）             南回归线（23°26′S）        赤道（0°）

（2）完整的时间-纬度对应表#

（3）回归运动的周期#

• 回归年：365日5时48分46秒
• 太阳直射点从春分点到下一个春分点为一个周期

（4）重要结论#

• 南北回归线之间的地区（热带），一年有两次太阳直射
• 南北回归线上，一年有一次太阳直射
• 北回归线以北、南回归线以南的地区，没有太阳直射

（1）定义#

晨昏线（也称晨昏圈）是昼半球和夜半球的分界线，是一个经过地心的大圆。

（2）晨昏线的六大特征#

1. 大圆性质：晨昏线是一个大圆，其所在平面通过地心，将地球平分为昼半球和夜半球。
2. 垂直关系：晨昏线所在平面与太阳光线始终垂直。
3. 太阳高度：晨昏线上各点的太阳高度角为0°（日出或日落时刻）。
4. 组成：晨昏线由晨线和昏线两段弧组成。
   • 晨线：顺地球自转方向，从夜半球进入昼半球的界线（天亮的地方）
   • 昏线：顺地球自转方向，从昼半球进入夜半球的界线（天黑的地方）
5. 移动方向：晨昏线以15°/时的速度自东向西移动，与地球自转方向相反。
6. 与经线的关系：
   • 春秋分日：晨昏线与经线重合
   • 其他日期：晨昏线与经线斜交（夹角最大时为23°26′，夏至和冬至日）
   • 极昼极夜区域：晨昏线与纬线相切

（3）晨昏线的判读方法#

（4）晨昏线与纬线的关系#

• 当晨昏线与纬线相交时，该纬线被分为昼弧和夜弧两部分
• 当晨昏线与纬线相切时，该纬线出现极昼（全部为昼弧）或极夜（全部为夜弧）
• 切点所在纬线的纬度 = 90° - 太阳直射点纬度

（1）为什么会产生地方时？#

由于地球自西向东自转，同一纬度上，东边的地点比西边的地点先看到日出，因此东边地点的时刻更早（数值更大）。这种因经度不同而不同的时刻称为地方时。

（2）地方时的基本规律#

• 同一经线上地方时相同
• 东早西晚：经度越向东，地方时越早（数值越大）
• 经度每差15°，地方时差1小时
• 经度每差1°，地方时差4分钟
• 经度每差1′，地方时差4秒钟

（3）地方时的计算#

公式：所求地方时 = 已知地方时 ± 经度差 × 4分钟/度

• 东加西减：所求地在已知地东侧用”+""，西侧用”−""
• 经度差计算：同在东经或同在西经用减法（大减小），一东一西用加法

计算示例： 已知北京（116°E）地方时为10:00，求乌鲁木齐（87°E）的地方时。

• 经度差 = 116° − 87° = 29°
• 时间差 = 29° × 4分钟 = 116分钟 = 1小时56分钟
• 乌鲁木齐在北京西侧，用减法
• 乌鲁木齐地方时 = 10:00 − 1:56 = 8:04

（1）时区的划分#

为了避免地方时的混乱，国际上规定全球划分为24个时区。

划分方法：

• 以本初子午线（0°经线）为基准，向东向西各7.5°作为中时区（零时区）
• 从零时区边界向东，依次划分为东1区至东12区；向西依次为西1区至西12区
• 东12区和西12区各跨7.5°，合为一个时区（东西十二区），其中央经线为180°经线

时区范围速查：

（2）时区的计算#

已知经度求时区： 时区序号 = 经度 ÷ 15°

• 余数 < 7.5°，商即为时区序号
• 余数 > 7.5°，时区序号 = 商 + 1

示例：北京（116°E）

• 116° ÷ 15° = 7 余 11°
• 11° > 7.5°，所以北京在东8区

示例：纽约（74°W）

• 74° ÷ 15° = 4 余 14°
• 14° > 7.5°，所以纽约在西5区

（3）区时#

• 定义：每个时区以其中央经线的地方时作为全区统一使用的标准时间，称为区时。
• 中央经线经度 = 时区序号 × 15°（东时区为东经，西时区为西经）
• 相邻两个时区的区时相差1小时

（4）区时的计算#

公式：所求区时 = 已知区时 ± 时区差

• 东加西减：所求时区在已知时区东侧用”+""，西侧用”−""
• 时区差的计算：
  • 同在东时区（或同在西时区）：时区序号相减
  • 分别在东时区和西时区：时区序号相加

完整计算示例： 已知北京时间（东8区）为7月30日14:00，求纽约时间（西5区）。

• 时区差 = 8 + 5 = 13（一东一西，相加）
• 纽约在北京东侧？不对，纽约在西侧（西5区在北京东8区的西侧），用减法
• 纽约区时 = 14:00 − 13:00 = 7月30日1:00

注意：计算结果若出现负数（小于0），则减一天；若超过24，则加一天。

（1）为什么要设立日期变更线？#

因为地球是球体，如果自西向东绕地球一周，会因为时刻的累积而产生一天的时间差。为了避免日期混乱，国际上规定了一条日期变更线。

（2）位置与特征#

• 主体：大致沿180°经线
• 曲折：为了避免穿过陆地，实际日期变更线有三处曲折（绕开俄罗斯、阿留申群岛、太平洋岛国等）
• 性质：是地球上”今天”和”昨天”的分界线

（3）越过日期变更线的日期变化#

• 自西向东越过（从东12区进入西12区）：日期减一天（“东减”）
• 自东向西越过（从西12区进入东12区）：日期加一天（“西加”）
• 口诀：“东减西加”（与区时计算的口诀相反，切勿混淆！）

（4）重要辨析#

• 东12区（180°西侧）是地球上时间最”早”的地方（时刻数值最大）
• 西12区（180°东侧）是地球上时间最”晚”的地方（时刻数值最小）
• 东12区和西12区的区时相同（都是180°经线的地方时），但日期相差一天

（1）河流地貌#

• 北半球：河流右岸冲刷严重（陡岸），左岸泥沙堆积（河漫滩、冲积平原）
  • 例如：长江下游南岸冲刷、北岸堆积（崇明岛位于北岸一侧）
• 南半球：河流左岸冲刷严重，右岸泥沙堆积

（2）洋流#

• 表层洋流在流动过程中受地转偏向力影响偏离风向
• 形成大洋环流：北半球顺时针，南半球逆时针

（3）大气运动#

• 北半球高压中心气流呈顺时针辐散，低压中心气流呈逆时针辐合
• 南半球相反
• 台风（热带气旋）：北半球逆时针旋转，南半球顺时针旋转

（4）铁路磨损#

• 北半球：右侧铁轨磨损更严重（火车向右偏压）

（1）春分日 → 夏至日（3月21日 → 6月22日）#

（2）夏至日 → 秋分日（6月22日 → 9月23日）#

（3）秋分日 → 冬至日（9月23日 → 12月22日）#

（4）冬至日 → 次年春分日（12月22日 → 3月21日）#

（1）根据昼弧/夜弧计算#

• 昼长 = 昼弧所跨经度 ÷ 15°/时
• 夜长 = 夜弧所跨经度 ÷ 15°/时

（2）根据日出日落时间计算#

• 昼长 = 日落时间 − 日出时间
• 日出时间 = 12 − 昼长 ÷ 2
• 日落时间 = 12 + 昼长 ÷ 2
• 夜长 = 24 − 昼长

（3）对称规律#

• 同一纬度地区，夏至日的昼长 = 冬至日的夜长
• 北半球某纬度的昼长 = 南半球相同纬度的夜长（同一日期）

计算示例： 某地日出时间为5:20（地方时），求昼长。

• 日落时间 = 12 + （12 − 5:20）= 12 + 6:40 = 18:40
• 昼长 = 18:40 − 5:20 = 13小时20分钟

（1）北回归线及其以北地区#

• 夏至日：正午太阳高度达到一年中的最大值
• 冬至日：正午太阳高度达到一年中的最小值
• 例如北京（40°N）：
  • 夏至日 H = 90° − |40° − 23°26′| = 73°26′
  • 冬至日 H = 90° − |40° + 23°26′| = 26°34′

（2）南回归线及其以南地区#

• 冬至日：正午太阳高度达到一年中的最大值
• 夏至日：正午太阳高度达到一年中的最小值

（3）南北回归线之间的地区#

• 有太阳直射（H = 90°），一年有两次正午太阳高度最大值
• 最小值出现在夏至日或冬至日（取决于在赤道以北还是以南）

（1）确定地方时#

• 当某地正午太阳高度角达到一天中最大值时，地方时为12:00

（2）确定房屋朝向#

• 北回归线以北：正午太阳始终位于正南方，房屋最佳朝向为朝南（采光好）
• 南回归线以南：正午太阳始终位于正北方，房屋最佳朝向为朝北
• 南北回归线之间：正午太阳可能在正南也可能在正北，视直射点位置而定

（3）判断日影长短及方向#

日影长短：

• 正午太阳高度越大，日影越短
• 正午太阳高度越小，日影越长
• 直射时，日影长度为0

日影方向：

• 与太阳方位相反
• 北回归线以北：正午日影始终朝北
  • 夏至日：日影最短
  • 冬至日：日影最长
• 南回归线以南：正午日影始终朝南
  • 冬至日：日影最短
  • 夏至日：日影最长

（4）计算楼间距#

为了保证一楼全年都有阳光照射，楼间距需要满足冬至日（正午太阳高度最小时）的光照需求。

公式：

1
楼间距 ≥ 前楼高度 × cot H

其中H为冬至日（北半球）或夏至日（南半球）的正午太阳高度角。

示例：北纬40°某小区，前楼高30米，求最小楼间距。

• 冬至日 H = 26°34′
• cot 26°34′ ≈ 2.0
• 楼间距 ≥ 30 × 2.0 = 60米

（5）计算太阳能热水器倾角#

太阳能热水器的集热板倾角应使太阳光线垂直于集热板。

公式：

1
倾角 α = 90° − H = 纬度差

即：倾角 = |当地纬度 − 直射点纬度|

示例：北京（40°N）在春秋分日时的最佳倾角。

• 春秋分日直射赤道，δ = 0°
• 纬度差 = |40° − 0°| = 40°
• 倾角 α = 40°

（1）热带#

• 范围：南北回归线之间（23°26′S ~ 23°26′N）
• 面积：约占地球表面积的40%
• 特征：
  • 有太阳直射（一年一次或两次）
  • 正午太阳高度全年较大
  • 昼夜长短变化小
  • 全年高温，没有真正的冬季

（2）北温带 / 南温带#

• 范围：
  • 北温带：北回归线（23°26′N）~ 北极圈（66°34′N）
  • 南温带：南回归线（23°26′S）~ 南极圈（66°34′S）
• 面积：各约占地球表面积的26%
• 特征：
  • 既无太阳直射，也无极昼极夜
  • 四季变化最明显
  • 正午太阳高度和昼夜长短季节差异大

（3）北寒带 / 南寒带#

• 范围：
  • 北寒带：北极圈（66°34′N）~ 北极点（90°N）
  • 南寒带：南极圈（66°34′S）~ 南极点（90°S）
• 面积：各约占地球表面积的4%
• 特征：
  • 有极昼极夜现象
  • 正午太阳高度全年很小
  • 全年低温，冰雪覆盖

（1）夏至日#

• 日出：东北方向
• 正午：正南方向（正午太阳高度最大）
• 日落：西北方向
• 昼长：最长（大于12小时）

（2）冬至日#

• 日出：东南方向
• 正午：正南方向（正午太阳高度最小）
• 日落：西南方向
• 昼长：最短（小于12小时）

（3）春/秋分日#

• 日出：正东方向
• 正午：正南方向
• 日落：正西方向
• 昼长：12小时（昼夜等长）

（1）夏至日（北半球夏至，南半球冬至）#

• 日出：东北方向
• 正午：正北方向
• 日落：西北方向
• 昼长：最短

（2）冬至日（北半球冬至，南半球夏至）#

• 日出：东南方向
• 正午：正北方向
• 日落：西南方向
• 昼长：最长