地球自转的周期性变化主要包括周年周期的变化，月周期、半月周期变化以及近周日和半周日周期的变化。地球自转具有周日和半周日变化是在最近的十年中才被发现并得到证实的，振幅只有约0.1毫秒，主要是由月亮的周日、半周日潮汐作用引起的。地球自转产生了地球上的昼夜变化，地球公转及黄赤交角的存在造成了四季的交替。......
2023-12-07
地球自转周期与太阳日的关系
【摘要】：如果以太阳为参照点，则1日的时间长度为24h，叫作太阳日，这是我们通常使用的地球自转周期。
地球是人类所知宇宙中唯一存在生命的天体。地球的质量约为5.96×1024 kg，地球的赤道半径r a=6378137m≈6378km，极半径r b=6356752m≈6357km。所以地球并不是一个规则球体，而是一个两极部位略扁、赤道稍鼓的不规则椭圆球体。
2.1.2.1 地球的运动
地球的运动由自转与公转合成，自西向东自转，同时又围绕太阳公转。由于受太阳、月球和附近行星的引力作用以及地球大气、海洋和地球内部物质的各种因素的影响，地球自转轴在空间和地球本体内的方向都要产生变化。
1.地球自转
图2-2 地球自转示意图
如图2-2所示，地球绕自转轴自西向东地转动，从北极点上空看呈逆时针旋转，从南极点上空看呈顺时针旋转。地球自转一周的时间是1日，如果以距离地球遥远的同一恒星为参照点，则1日时间的长度为23h56min4s，叫做恒星日，这是地球自转的真正周期。如果以太阳为参照点，则1日的时间长度为24h，叫作太阳日，这是我们通常使用的地球自转周期。
地球自转产生的地理现象：
（1）南、北半球发生昼夜交替。
（2）不同地方的时间差异：
1）经度不同，地方时不同，经度相差15°，时间相差1h。
2）全球被划分为24个时区。
3）各时区区时采用本时区中央经线（时区数乘以15°）的地方时。
图2-3 黄赤交角示意图
4）时差：相差几个时区，区时就相差几个小时。
5）日界线：国际日期变更线，180°经线。
6）北京时间：东八区区时（120°E的地方时）。
（3）物体偏向。
（4）日月星辰的东升西落。
2.地球公转
地球公转就是地球按一定轨道围绕太阳转动。地球在其公转轨道上的每一点都在相同的平面上，这个平面就是地球轨道面。地球轨道面在天球上表现为黄道面，同太阳周年视运动路线所在的平面在同一个平面上。
地球的自转和公转是同时进行的，在天球上，自转表现为天轴和天赤道，公转表现为黄轴和黄道。天赤道在一个平面上，黄道在另外一个平面上，这两个同心的大圆所在的平面构成一个23°26′的夹角，这个夹角叫做黄赤交角（图2-3）。黄赤交角的存在，实际上意味着，地球在绕太阳公转过程中，自转轴对地球轨道面是倾斜的。由于地轴与天赤道平面是垂直的，地轴与地球轨道面交角应是90°-23°26′，即66°34′。地球无论公转到什么位置，这个倾角是保持不变的。
地球沿着一个偏心率很小的椭圆绕着太阳公转。走完大约9.4亿km的一圈路程要花365天又5h48min46s，即大约一年。地球于每年1月初经过近日点，7月初经过远日点，因此，从1月初到当年7月初，地球与太阳的距离逐渐加大，地球公转速度逐渐减慢；从7月初到来年1月初，地球与太阳的距离逐渐缩小，地球公转速度逐渐加快。由于日地距离的变化，使得到达地球上的太阳辐射能在一年中也发生变化，其变化范围平均为7%。地球直径相对于日地距离很小，只能接受到极窄的一束太阳光，投射到地球任何一处的太阳光都可看做从空间同一方向来的，所以投射到整个地球上的太阳辐射可以近似作为平行光。
地球公转产生的地理现象如下。
（1）正午太阳高度的变化。
1）太阳光线对于地平面的交角，叫做太阳高度角，简称太阳高度（用H表示）。同一时刻正午太阳高度由直射点向南北两侧递减。因此，太阳直射点的位置决定着一个地方的正午太阳高度的大小。在太阳直射点上，太阳高度为90°，在晨昏线上，太阳高度是0°。
2）正午太阳高度变化的原因：由于黄赤交角的存在，太阳直射点的南北移动（图2-4），引起正午太阳高度的变化。
图2-4 日地运动示意图
3）正午太阳高度的纬度变化规律：正午太阳高度就是一日内最大的太阳高度，它的大小随纬度的不同和季节的变化而有规律地变化（图2-5）。
图2-5 6月22日和12月22日不同纬度太阳高度
（a）6月22日；（b）12月22日
（2）昼夜长短的变化（表2-1）。
表2-1 昼夜长短随纬度和季节变化规律
注 春分日、秋分日，全球各地昼夜等长，各12h。
赤道上：全年昼夜等长。
（3）四季更替。
当太阳直射赤道时，地球上各纬度均昼夜等长。地球上所获得的太阳辐射能在一年中的变化范围是很小的，但就南北半球而言，随着地球在公转轨道上位置的不同，所得的太阳辐射能却有着显著的变化，这就是形成一年中有四季的原因。
2.1.2.2 日地运动对太阳辐射的影响
1.四季更替对太阳辐射的影响
四季更替，引起太阳直射点的变化，南北半球各自所得太阳的热能，最大可相差到57%。当地球过近日点时，太阳直射南半球，南半球所获得的太阳热能超过北半球，因此，南半球正值夏季，北半球自然是处于冬季了。同样道理，地球过远日点时，太阳直射北半球，北半球所获得的太阳热量超过南半球，所以北半球为夏季，南半球处于冬季（见图2-4）。
2.太阳高度角变化对太阳辐射的影响
一日当中正午太阳高度角最大，所获得的太阳的热能最多。每天太阳高度的变化从正午时间向早晚递减。
3.日地距离对太阳辐射的影响
由于日地距离的变化，使得到达地球上的太阳辐射能在一年中也发生变化，其变化范围平均为7%。
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