河北省邢臺(tái)學(xué)院地理系（054001） 楊印書

題目

本文所談的是2010年普通高等學(xué)校招生考試全國Ⅱ卷文綜第9、10、11題。

據(jù)報(bào)道，某年3月9日，我國科考隊(duì)員在中國北極黃河站（78°55′N，11°56′E）觀看了極夜后的首次日出。完成9~11題。

9．當(dāng)日，科考隊(duì)員在黃河站看到日出時(shí)，北京時(shí)間約為（ ）

A.10時(shí) B.13時(shí) C.16時(shí) D.19時(shí)

10．當(dāng)日，日落于黃河站的（ ）

A.東方 B.西方 C.南方 D.北方

11．據(jù)此推算，黃河站此次極夜開始的時(shí)間約在前1年的（ ）

A.9月21～30日 B.10月1～10日

C.10月11～20日 D.10月21～30日

答案 9.D 10.C 11.B

評(píng)議

筆者認(rèn)為該題是有問題的，值得探討。

首先，試析一下該題的命題思路。

第9題。按照題意，3月9日科考隊(duì)員在黃河站看到了極夜后的首次日出，既然是首次日出，那必定日出于約正南方、日落于約正南方；既然是日出于約正南方，日落于約正南方，那必定是在地方時(shí)約12時(shí)。由于黃河站的經(jīng)度為東經(jīng)11°56′，它和東經(jīng)120°的經(jīng)度差為108°04′，二者的地方時(shí)之差約為7時(shí)12分。因北京時(shí)間即東經(jīng)120°的地方時(shí)，所以3月9日在黃河站地方時(shí)約12時(shí)看到日出時(shí)，北京時(shí)間為19時(shí)12分（12時(shí)+7時(shí)12分）。因此，第9題答案為D.19時(shí)。

第10題。在第9題中已述及，首次日出約在地方時(shí)12時(shí)，相應(yīng)地太陽約從正南方升起，隨即又約從正南方落下。因此，第10題答案為C.南方。

第11題。黃河站的緯度為北緯78°55′，地處北極圈內(nèi)，因此有極晝、極夜現(xiàn)象。極晝期是以北半球夏至日（6月22日前后）為中心，而極夜期則以北半球冬至日（12月22日前后）為中心。假如上年的冬至日在12月22日，那么自上年的12月22日至當(dāng)年的3月8日為極夜期的后半段，共計(jì)約77天。這樣，極夜期的前半段也約是77天。照此推算，黃河站的極夜期開始之日應(yīng)約在上年的10月6日。因此，第11題答案為B.10月1日～10日。

事實(shí)上，這樣的命題思路是有問題的。

我們知道，晝夜長(zhǎng)短主要決定于兩個(gè)因素：當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥群彤?dāng)日的太陽直射點(diǎn)緯度。前者代表空間因素，即地點(diǎn)因素；后者代表時(shí)間因素，即季節(jié)因素。如果忽略太陽視半徑、大氣的折射作用和地形等因素的影響，那么一地的晝長(zhǎng)可由公式cost=-tgφtgδ求得（見金祖孟、陳自悟編著的高校教材《地球概論》）。式中t為半晝弧長(zhǎng)度，φ為當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?，δ為太陽直射點(diǎn)的緯度，按照北半球習(xí)慣，φ和δ都以北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù)。

由《2001年中國天文年歷》（中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)編，科學(xué)出版社）中的“太陽表”（各年數(shù)據(jù)差異極其微?。┎榈?，3月9日太陽直射點(diǎn)的緯度約為南緯4°33′即-4°33′。在不考慮太陽視半徑、大氣折射作用和地形等因素下，北緯78°55′處在3月9日的晝長(zhǎng)可這樣求得：cost=-tg78°55′×tg(-4°33′)=0.4064 所以半晝弧t=66°01′，相應(yīng)的半晝長(zhǎng)為4小時(shí)24分，晝長(zhǎng)為8時(shí)48分。即是說，在不考慮太陽視半徑、大氣折射作用和地形等因素下，地處北緯78°55′的黃河站所在地點(diǎn)，3月9日的日出時(shí)間為地方時(shí)7時(shí)36分（12時(shí)—4時(shí)24分）、日落時(shí)間為地方時(shí)16時(shí)24分（12時(shí)+4時(shí)24分）。由于地處東經(jīng)11°56′的黃河站和東經(jīng)120°的地方時(shí)之差為7時(shí)12分，因此相應(yīng)地，日出和日落的北京時(shí)間則分別是14時(shí)48分（7時(shí)36分+7時(shí)12分）和23時(shí)36分（16時(shí)24分+7時(shí)12分）。

前已提及，一地的晝夜長(zhǎng)短除主要決定于當(dāng)?shù)氐乩砭暥群吞栔鄙潼c(diǎn)緯度，還受太陽視半徑、大氣折射作用和地形三個(gè)次要因素的影響。

1．太陽視半徑。太陽在天空中不是一個(gè)光點(diǎn)，而是一個(gè)圓面，它的視半徑大約是16′。通常認(rèn)為，早晨太陽上緣剛出地平時(shí)為日出；傍晚太陽上緣剛?cè)氲仄綍r(shí)為日落。即是說，考慮到太陽的視半徑，那么日出和日落時(shí)的視太陽中心在地平以下16′，當(dāng)時(shí)的視太陽中心和天頂?shù)木嚯x不是90°而是90°16′。

2．大氣折射。陽光是穿過大氣層到達(dá)地表的，而地球大氣的密度是隨高度而遞減的，因此陽光在穿過地球大氣時(shí)，必定要發(fā)生連續(xù)折射現(xiàn)象。這種折射作用，有“抬升”太陽視位置的效應(yīng)，當(dāng)視太陽中心位于地平線上時(shí)，實(shí)際太陽的中心尚在地平以下35′。考慮到太陽視半徑和大氣折光作用的共同影響，日出和日落時(shí)實(shí)際太陽的中心和天頂?shù)木嚯x，既不是90°，也不是90°16′，而是90°51′。

上述51′的差值，使晝半球擴(kuò)大了51′，而夜半球相應(yīng)地縮小了51′，從而使得任何日期和地點(diǎn)的晝長(zhǎng)被延長(zhǎng)，夜長(zhǎng)被縮短；日出時(shí)間提前、日落時(shí)間推后；也使得高緯地區(qū)一年之中的極晝期被延長(zhǎng)，極夜期被縮短。

3．地形。對(duì)于觀察者而言，站得越高，看到的日出越早、日落越晚，白晝?cè)介L(zhǎng)；周圍山體越高，所見日出越晚、日落越早，白晝?cè)蕉?。需要說明的是，在上述三者之中，地形是不確定性因素，不能反映晝夜長(zhǎng)短、日出日落的一般規(guī)律性。而太陽視半徑和大氣折射作用對(duì)晝夜長(zhǎng)短，日出日落的影響是次要的，只對(duì)由地理緯度和太陽直射點(diǎn)緯度決定的晝夜長(zhǎng)度分布、日出日落時(shí)刻起一定的干擾作用。因此，在中學(xué)地理教學(xué)中，對(duì)晝夜長(zhǎng)度、日出日落時(shí)刻作規(guī)律性的分析時(shí)，僅考慮地理緯度和太陽直射點(diǎn)緯度這兩個(gè)主要因素。

由上分析可知，在不考慮太陽視半徑、大氣折射和地形影響下，在北緯78°55′處3月9日這一天日出時(shí)間并非在地方時(shí)約12時(shí)（北京時(shí)間約19時(shí)），而是在地方時(shí)7時(shí)36分（北京時(shí)間14時(shí)48分）；如果再考慮太陽視半徑、大氣折射的影響，那么在北緯78°55′處3月9日這一天日出的時(shí)間則是地方時(shí)7時(shí)17分（北京時(shí)間14時(shí)29分，計(jì)算過程從略）。而第9題把科考隊(duì)員在3月9日看到日出的時(shí)間認(rèn)定是北京時(shí)間約19時(shí)（地方時(shí)約12時(shí)），顯然是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

可以看到，若忽略地形的影響，3月9日這一天，北緯78°55′處日出、日落的時(shí)間有兩種情況：①不考慮太陽視半徑、大氣折射的影響，日出和日落的地方時(shí)分別為7時(shí)36分和16時(shí)24分。②考慮太陽視半徑、大氣折射的影響，則日出和日落的地方時(shí)分別是7時(shí)17分和16時(shí)43分。上述兩種情況下，晝長(zhǎng)分別是8時(shí)48分和9時(shí)26分，均為晝短夜長(zhǎng)，日出于東南、日落于西南。由計(jì)算可知（公式sinA=sinδ/cosφ。式中A為日出點(diǎn)、日落點(diǎn)分別相對(duì)于正東和正西的偏角，其中偏北為正、偏南為負(fù)；δ為太陽直射點(diǎn)緯度，北半球?yàn)檎?，南半球?yàn)樨?fù)；φ為當(dāng)?shù)鼐暥?，北半球?yàn)檎⒛习肭驗(yàn)樨?fù)）日出于東偏南約24°24′、日落于西偏南約24°24′。因此，第10題答案C. 南方是不正確的。

那么第11題又錯(cuò)在何處呢？根據(jù)題干的說法，3月9日是黃河站首次日出之日，這樣的話，3月8日當(dāng)是極夜期的最后一日。我們知道，北半球高緯地區(qū)的極夜期是以冬至日為中點(diǎn)的一段時(shí)間，即是說以北半球冬至日（可假定冬至日為12月22日）為中點(diǎn)，可把黃河站的極夜期分為前后兩個(gè)等長(zhǎng)的部分。按照題意，后半部分從12月22日至3月8日，計(jì)約77天。相應(yīng)地，前半部分也是77天，不難推算前半部分是從10月6日至12月22日。如此說來，答案 B.10月1日～10日符合題意。

實(shí)際上，在不考慮太陽視半徑、大氣折射作用和地形因素前提下，地處北緯78°55′處的黃河站所在地點(diǎn)的極夜時(shí)間并非始于10月6日，止于3月8日，極夜的長(zhǎng)度也并非154天（10月6日～3月8日）左右。根據(jù)半晝弧公式cost=-tgφtgδ可知，當(dāng)δ≤-（90°-78°55′）即δ≤-11°05′時(shí)，北緯78°55′處為極夜期。由《2001年中國天文年歷》中的“太陽表”查得：δ≤-11°05′的相應(yīng)時(shí)期是上年10月22日～2月20日。因此，在不考慮太陽視半徑、大氣折射作用和地形因素前提下，黃河站所在地點(diǎn)的極夜期應(yīng)當(dāng)是上年的10月22日～2月20日，計(jì)約122天，比題意給定154天的要短約1個(gè)月之多。如果我們?cè)侔烟栆暟霃胶痛髿庹凵渥饔每紤]進(jìn)去，那么北緯78°55′的黃河站所在地點(diǎn)的極夜期理應(yīng)更短。由計(jì)算可得，其極夜期為上年10月25日至2月17日，計(jì)約116天，比題意給定的154天要短約近40天之多。顯然，把B.10月1日～10月10日作為第11題正確答案是不正確的。

為了更好地說明筆者的這一觀點(diǎn)，下列出兩表。表1自金祖孟編著的《地球概論》（高教出版社，1983年），表2自徐寶棻、應(yīng)振華編著的《地球概論教程》（高教出版社，1987年）。表1未考慮太陽視半徑、大氣折射作用和地形的影響，表2則考慮了太陽視半徑和大氣折射作用的影響。

表1

表2

由表可知，緯度越高，極晝和極夜的時(shí)間越長(zhǎng)。同一緯度，若考慮太陽視半徑和大氣折射的影響，其極晝期延長(zhǎng)、極夜期縮短。不難理解，北緯78°55′的極夜日數(shù)要少于北緯80處。具體講，在不考慮太陽視半徑、大氣折射作用和地形因素前提下，北緯78°55′的極夜日數(shù)應(yīng)少于127天（見表1）；在考慮太陽視半徑、大氣折射作用因素前提下，北緯78°55′的極夜日數(shù)應(yīng)少于123天（見表2）。而按照題意，地處北緯78°55′的黃河站所在地點(diǎn)極夜期止于3月8日，始于前一年的10月1日～10日，這樣其相應(yīng)的極夜期應(yīng)是150～159天，即便按最短的時(shí)間說也有約150天之多，遠(yuǎn)大于表中提供的123天或127天。

綜上所述，可以看到，試題出現(xiàn)的一系列問題根源就在于命題者把首次日出的日期定在了“3月9日”這一點(diǎn)上?？傊?，北緯78°55′處，在不考慮地形條件下：

1．3月9日并非極夜后的首次日出之日，極夜后的首次日出之日為2月21日（不考慮太陽視半徑和大氣折射作用）或2月18日（考慮太陽視半徑和大氣折射作用）。

2．由于3月9日并非極夜后的首次日出之日，因此3月9日看到日出之時(shí)，并不在地方時(shí)12點(diǎn)即北京時(shí)間19時(shí)，而是在地方時(shí)7時(shí)36分即北京時(shí)間14時(shí)48分（不考慮太陽視半徑和大氣折射作用）或地方時(shí)7時(shí)17分即北京時(shí)間14時(shí)29分（考慮太陽視半徑和大氣折射作用）。

3．由于3月9日并非極夜后的首次日出之日，因此3月9日這一天并非日出于約正南、日落于約正南，而是日出于東南（東偏南24°24′）、日落于西南（西偏南24°24′）。

4．由于3月9日并非極夜后的首次日出之日，因此此次極夜開始的時(shí)間并非約在前1年的10月1日～10日，而是在上一年的10月22日（不考慮太陽視半徑和大氣折射作用）或10月25日（考慮太陽視半徑和大氣折射作用）。

那么命題者為何把3月9日作為極夜之后的首次日出之日呢？筆者由網(wǎng)上查知：2008年3月11日，新華網(wǎng)（許多網(wǎng)站予以轉(zhuǎn)載）發(fā)布了一則報(bào)道：“3月9日晨，在挪威新奧爾松的中國北極黃河站，中國大學(xué)生北極科考團(tuán)成員迎來今冬極夜后的首次日出。太陽在躍出地平線15分鐘后落入群山之中?！眻?bào)道還配發(fā)有新華網(wǎng)記者孫聞拍攝的觀日照片。命題老師是否依據(jù)了與這一報(bào)道有關(guān)的資料，不得而知。同年3月9日，新華網(wǎng)記者孫聞另有一則報(bào)道：“2008年3月9日，挪威新奧爾松中國北極黃河站迎來難得一見的好天氣，天晴，無風(fēng)，氣溫零下12攝氐度。8時(shí)10分，太陽，橘紅色的太陽從黃河站東邊的群山中噴薄而出！……太陽最后終于鉆進(jìn)了群山背后。從日出到日落，不到一刻鐘?！?/p>

由上述兩則報(bào)道可知，2008年3月9日我國北極科考隊(duì)員在黃河站的確看到了當(dāng)?shù)貥O夜后的首次日出。但我們必須重申，在不考慮地形條件下，北緯78°55′處極夜后的首次日出并非在3月9日，而是在2月21日或2月18日。須知，遲至3月9日在黃河站才看到了極夜后的首次日出根本原因就是受到地形條件的影響。不難想像，如果山體再高大些，那么看到首次日出的日期還要推遲些；如果山體的起伏輪廓有別于現(xiàn)在情況，那么即便還是在3月9日看到首次日出，但日出的地方時(shí)、日出的方位也會(huì)有所不同；也完全有這種可能，在3月9日根本看不到日出，而只能看到日落（地方時(shí)12時(shí)之后才看到太陽）。因此試題把3月9日在黃河站首次看到日出之時(shí)認(rèn)定是北京時(shí)間約19時(shí)、當(dāng)日日落于黃河站南方等是沒有什么道理的。

最后，補(bǔ)充說明的一點(diǎn)是：在黃河站，遲至3月9日才看到了極夜后的首次日出，除受到地形的制約外，也和3月9日之前一段時(shí)間內(nèi)極低的太陽高度不無關(guān)系。前已述及，北緯78°55′處的極夜期結(jié)束于2月20日或2月17日，之后正午太陽高度逐日增大。不難算出3月9日，該緯度處的正午太陽高度也只有6°32′（90°－78°55′－4°33′）。高度如此之低，是很難不受地形遮擋的。