太阳与日照
今天白昼有多长?从地轴倾斜到日出日落
简明解读
昼长是日出到日落之间的时间,不等于一整个24小时日,也不等于所有能够看清地面的时间。它随纬度和季节改变:地轴倾斜使北半球夏季的太阳昼弧较长、冬季较短;离赤道越远,季节差通常越明显。Apphemeride 可免费显示当前 GPS 地点的日出与日落。
白昼为什么有长有短
地轴并非垂直于地球轨道面,而是相对于轨道法线倾斜约23.4°。北半球夏季向太阳倾斜,同一地点在一次自转中留在受照半球的时间较长;冬季则相反。地球离太阳远近的变化不是四季昼长变化的主要原因。
在天球上,这表现为太阳**赤纬**的变化,也就是太阳相对于天赤道的角距离。北半球在太阳赤纬为正时,理想日周圆通常有较多部分处在地平线上方;赤纬为负时则较少。南半球情况相反,不能仅凭赤纬正负而不看地点判断昼长。
赤道的地平线把理想日周圆分成接近相等的两半,全年昼长约12小时。向两极移动,地平线与日周圆的相交方式改变,相同赤纬变化对昼长的影响越来越大。极圈以外,某些日期甚至没有日出或日落。
哪些因素真正决定昼长
太阳赤纬决定日周轨迹相对于天赤道的位置;纬度决定当地地平线如何切割这条轨迹;日出日落定义则决定从哪一刻开始和结束计时。由于采用太阳上边缘,而且大气折射把太阳抬高,可见白昼会比只考虑太阳中心与理想地平线的模型略长。
经度主要把日出日落一起向钟表的早或晚平移。对相同纬度、相近日期的比较来说,它不是昼长季节差的主要来源;精密计算仍会处理太阳位置随时刻改变的细小差异。时区则改变时间标签,不会凭空增加真实白昼。若遇到钟表调整,应比较实际经过的时间,而非直接机械相减。
观测高度及真实地平线也会影响体验:无遮挡的高处可能更早看到太阳、更晚失去太阳;黄山山脊和城市楼群却可能把可见直射阳光缩短。标准昼长不是对每一个窗户或山谷的日照时数承诺。
春分秋分为什么不完全昼夜等长
春分秋分指太阳中心越过天赤道的瞬间,并不按日出日落的可见边缘定义。因此,即使太阳中心的理想几何昼弧接近12小时,太阳上边缘和折射仍会让可见日出稍早、日落稍晚,使昼长略超过12小时。
在北半球中纬地区,按通常出没定义得到的昼夜等长日,往往在春分前、秋分后。这种日期有时称为 equilux。具体偏移取决于纬度和采用的模型,不应把某地“多十分钟”的数值当作所有地方的固定规则。
白昼每天增加或减少得一样快吗
不一样。两至前后太阳赤纬变化缓慢,连续几天的昼长差很小;春秋分附近赤纬变化较快,北半球中纬地区白昼通常也增加或减少得更明显。太阳赤纬在分点附近每天变化约0.4°,但不能把这个角度直接当作所有地点相同的分钟数。
上海春季傍晚逐渐变亮的感受,在更高纬的哈尔滨会体现为不同的昼长增速;接近赤道的地点则不那么明显。冬至过后,昼长先慢慢增加,接近春分时变化较快,到了夏至前后又趋于平缓。传统的分段经验规则可以帮助记忆这种节奏,不能代替逐日计算。
在中国不同纬度怎样理解
比较海口、上海与哈尔滨,向北移动通常会放大夏冬昼长差:北方夏季白昼更长,冬季则更短;较低纬地区的全年变化相对温和。经度则另外影响钟表上的日出日落时刻,所以“天亮得早”与“白昼更长”不是一回事。
上海和黄山纬度较接近,昼长的季节节奏大体相似,但山地地平线可让实际见到直射阳光的时间明显不同。如果去北欧或南半球旅行,还要改用目的地的纬度和季节,不应继续沿用上海的时间表。
另外,有太阳在地平线上方与天还亮着必须区分。日出前和日落后都有曙暮光,可以延长适合某些户外活动的自然光时段。云层、空气和现场照明仍会改变实际可用程度。
按太阳上边缘和标准折射计算,可见白昼相对于纯几何太阳中心模型通常有累积增加;但增加量与纬度、地平线及模型有关,不宜把一个中纬年累计小时数推广到全球每个地点。
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太阳页面的日出、上中天和日落数据给出白昼的边界,计算以迭代方法细化。“地平追踪”的24小时可见性带显示太阳在哪些时段位于地平线上方,“光照条件”补充日出前、日落后的曙暮光。
当前 GPS 地点的太阳基础卡片免费。查询过去或未来日期、手动选择其他地点,以及设置用于地平俯角的观测高度,需要完整版的相应功能。实时太阳黑子是另一个需要完整版和网络的数据功能。详情见天体页面。
常见问题
一年中哪一天白昼最长?
北半球通常在六月夏至前后,最短在十二月冬至前后;南半球相反。两至附近变化很慢,连续几天的昼长可能非常接近。极地地区还可能出现整天不落的太阳,不能只用一个普通出没日来描述。
春天每天能多几分钟白昼?
取决于纬度与日期,不能只给中国全国一个数值。上海春分附近增加较快,两至附近较慢;更高纬地点通常变化更明显。查询地点对应的连续日期,才能获得适合当地的结果。
春分秋分的白昼正好12小时吗?
按通常日出日落定义,一般略长于12小时,原因是太阳有视半径,大气又会把太阳抬高。真正按这一出没标准得到的昼夜等长日,可能在分点前后另一天。
哪里全年白昼都接近12小时?
赤道附近。理想几何模型把太阳日周圆接近对半分,太阳圆面和折射会使可见白昼略长于12小时,并有较小变化。因此“全年恰好12小时”仍只是简化说法。