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（1）太阳的日出、日落方向

太阳的日出日落方向，即为“太阳的视运动”，即我们站在地球上，所看到太阳在天空中的运动轨迹。

运动轨迹有4条规律：

①太阳直射北半球时：太阳东北升起、西北落下；

②太阳直射赤道时：太阳正东升起、正西落下；

③太阳直射南半球时：太阳东南升起、西南落下；

④观察者的位置：站在北半球观察，则太阳的视运动轨迹向南倾斜；站在南半球观察，运动轨迹向北倾斜。

图1 北半球的太阳视运动轨迹

（2）正午太阳高度角

正午太阳高度角，指的是中午12:00时（地方时），太阳直射光线与地平面的夹角。

它的计算公式如下，其中α为正午太阳高度角，β为观察者的纬度，γ为太阳直射点的纬度。

α = 90° - | β - γ |

图2 正午太阳高度角示意图

（3）太阳直射点的季节移动

由于地球公转轨道（黄道）与自转轨道（赤道）存在着一个夹角（黄赤交角，23°26′），且地轴永远指向北极星的方向，因此太阳直射点会在南、北回归线之间，往复移动。

运动的周期为一个回归年（365日5时48分46秒）。

具体的运动过程如下：

①春分-夏至：太阳直射点由赤道开始，向北移动，到达北回归线；②夏至-秋分-冬至：太阳直射点向南移动，经过赤道，到达南回归线；③冬至-春分：太阳直射点向北移动，到达赤道。

太阳直射点移动时，会伴随着昼夜长短、极昼极夜现象的变化。

①太阳直射北半球时，北半球昼长夜短，且越往北，昼越长夜越短，北极点周围出现极昼现象；②太阳直射南半球时，北半球昼短夜长，且越往北，昼越短夜越长，北极点周围出现极夜现象；③太阳直射赤道时，全球昼夜平分，没有极昼极夜现象。

图3 太阳直射点的移动轨迹实例——旗杆影子

如下图所示，旗杆影子早晨在西北、中午12:00在正南、黄昏在东北，旗杆影子与太阳光线的夹角为α。

请问旗杆处在南半球还是北半球？处在哪个季节？

图4 一天中的旗杆影子示意图

（1）判断太阳的日出、正午、日落方向

太阳的方向，与影子的方向恰好相反。

因此太阳日出-正午-日落的方向为：东南-正北-西南。

（2）判断季节、昼长、旗杆的大致位置

太阳日出东南、日落西南，因此太阳直射点位于南半球，此时是南半球的夏半年、北半球的冬半年（9.23-次年3.21）。

此时南半球昼长>12h，北半球昼长<12h。

由于太阳的视运动轨迹为：东南-正北-西南，即向北倾斜。

因此可以判断，旗杆位于南半球。

（3）判断旗杆的具体位置

利用正午太阳高度角，进行倒推。

正午太阳高度角α = 90° - | β - γ |，其中β为旗杆的纬度，γ为太阳直射点的纬度。

由于太阳直射南半球，且旗杆也位于南半球，因此β和γ的单位都为“S”，可以直接加减运算。

则旗杆的纬度 β = γ - α 90°或 β = γ α - 90°。

其中太阳高度角α已知，只要再知道今天的日期，便可以推算出太阳直射点的纬度γ，便可以计算处旗杆所在的具体纬度。

例如假设今天是12月20日，则此时太阳直射23°S左右（γ）。

假设太阳高度角α为60°，则此时旗杆纬度β = 53°S。

图5 太阳直射点对应的纬度和日期

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