圖解證明觀察北極星的仰角=當地緯度地面反射率如何影響氣溫？

思考

該知識點在南北半球

是否都適用

？？？

為了後邊的證明

需要

先解決以下三個基礎問題

北極星在哪？

什麼是仰角？

當地緯度是如何劃定的？

1

北極星在哪？

地球自轉的繞轉軸——地軸

極北方向

延長線上

當前距地球

445.3光年

圖1 北極星與地軸的位置關系

圖2天空中北鬥七星與北極星的位置關系

由於地球自轉

且北極星位於地球自轉軸

的延長線上

因此

它相對其他恒星靜止不動

圖3 圖中央位置為北極星

2

什麼是仰角？

在進行觀測過程中

視線在水平線以上時

視線與水平線的夾角

即為仰角

圖4 仰角示意圖

在天文學上

主要指

所觀察天體

與

觀察者所處位置地平線

之間的夾角

圖5 該地仰角為90°

3

當地緯度是如何劃定的？

緯度是

該地垂直於地平線的法線

與赤道面的夾角

是一個線面角

例如：北京緯度大約是40°N

圖6 經緯度示意圖

kai

開

shi

始

zheng

證

ming

明

三個基本問題已經解決

那為什麼

觀察北極星

仰角=當地緯度

因觀察點不同

一共有三種情況

01

觀察點在北極點上

圖7 北極點仰望北極星示意圖

我們看到

該地仰角為90°

而北極點緯度為90°

02

觀察點在赤道上

圖8 赤道仰望北極星示意圖

在赤道上

視線方向與地平線平行

角度為0°

而赤道緯度為0°

思考

南半球

能否看到北極星

03

觀察點在北半球任意一點A

圖9 北半球任意點仰望北極星示意圖

設A地緯度為∠4

而∠1為觀察北極星的仰角

∠4+∠3=90°

∠2+∠3=90°

∴∠2=∠4

又∵∠2=∠1（互為內錯角）

∴∠1=∠4

得出

在北半球觀察北極星的仰角=當地緯度

的結論

注：第二種情況中北極星的位置發生了變化，是由於北極星距離地球約445.3光年，這個距離可以忽略地球直徑的影響（相當於你觀察非常遙遠的一個事物，你的移動距離對觀察該事物的角度影響可以忽略），因此，北半球所有地點看北極星的視線都應該和地軸平行。南半球則看不到北極星。

我國某學校開展野外研學活動，出發前的晚上測得北極星仰角為30°，出發時正值日出（正東方向，北京時間7:00），到達第一個考察地時正值日落（北京時間19:04）測得北極星仰角為30.2°。據此完成1~2題。

1、該學校位於我國的（　）

A．東北平原 B．華北平原

C．柴達木盆地 D．四川盆地

2、野外研學活動的前進方向可能是（　）

A．西偏北 B．西偏南

C．東偏北 D．東偏南

答案：1.D 2.A

精講精析：

1.分析該學校的地理位置。①該學校位於我國，即位於北半球，北半球北極星的仰角=當地緯度，該學校北極星的仰角為30°，因此該地的緯度為30°N；②該學校北京時間7:00日出，而北京（以120°E計算）為6:00日出，即該地日出更晚，因此位於北京的西側，用減法，則該地的經度=120°E-（7:00-6:00）×15°=105°E，即該學校的經緯度為（105°E，30°N），即該學校位於我國的四川盆地。

2.分析野外研學活動的前進方向。①由題乾可知，出發時該學校為7:00正東方向日出，正東日出，則此時為春分或者秋分，因此晝長=12小時，因此該學校為7:00+12h=19:00日落；②到達第一個考察地時，為19:02日落，即日落更晚，因此該地位於學校的西邊；③出發時該學校的北極星仰角為30°N，即學校緯度為30°N；到達第一個考察地時北極星仰角為30.2N，即第一個考察地的緯度為30.2N，即該地位於學校的北邊。因此綜合來看，該地位於學校的西北邊，選項A正確。

北回歸線標志塔坐落在廣東省汕頭市(23°26′N,116°35′E)雞籠山，主體為地球模型，模型正中豎直穿過一根中空鋼管。下圖拍攝於2015年，圖中地面上模型影子中心的亮點為陽光照射的光斑。據此完成3～4題。

3．照片拍攝的日期為

A. 3月21日 B. 6月22日

C. 9月23日 D. 12月22日

簡述：這一題大多數同學都會，無需多言。

4．圖中地球模型的北極點正對北極星。地球模型的南極點一年中能被陽光照射的時間是

A. 春分日至秋分日 B. 夏至日至冬至日

C. 秋分日至次年春分日　 D. 冬至日至次年夏至日

簡述：這一題大多數都蒙圈。

點睛：“北極點正對北極星”。北半球某地北極星的仰角即為當地的地理緯度。那麼，模型的地軸與地面的夾角是23°26′，要使地球模型的南極點B點，一年中能被太陽光照射，太陽高度要小於66°34′，即當地正午太陽高度小於66°34′，根據正午太陽高度的計算公式H=90°-緯度差。得出，當太陽直射南半球時，汕頭的正午太陽高度小於66°34′，所以時間是從秋分日至次年春分日。

最大的難點在於能不能吃透題目中的北極點指向北極星，而且要是正午，才有以上解題。因此題目中的要求要加上“地球模型的南極點一年中能被正午陽光照射的時間是……”

下圖所示照片，為某攝影師在夜晚采用連續曝光技術拍攝的。照片中的弧線，為恒星視運動軌跡。讀圖回答5~6題。

5、根據上圖判斷，攝影師拍攝的地點位於

A. 低維地區 B. 中緯地區

C. 北極附近 D. 南極附近

6、上圖中 a 恒星視運動轉過的角度約為50°，據此判斷攝影師連續拍攝的時間為

A. 1個多小時 B. 3個多小時

C. 5個多小時 D. 7個多小時

答案：5.A 6.B

精講精析：

5.分析拍攝北極星的地點。①在北半球，北極星與地面的夾角（仰角）=該地的緯度。圖中的北極星接近地面，與地面的夾角較小，因此拍攝地點應該位於北半球的低緯度地區，因此選項A正確；②南半球看不到北極星，因此不討論南半球的情況。

6.分析拍攝的時間。①在天空中看到恒星的移動（夜晚天空中，星星的移動），其實是地球本身的自轉導致的，恒星本身沒有動（距離地球遙遠，移動距離忽略不計）；②天空中的恒星移動了50°，其實是地球自轉了50°；③地球自轉一周為360°，耗時24個小時，即15°/小時。因此轉過50°需要3個多小時，因此選項B正確。

(2020·鄭州模擬)甲、乙兩地的夜晚北極星的仰角同為60°，甲、乙兩地經度如下圖所示，讀圖，完成7～8題。

7.甲地位於乙地的

A.東方 B.西方

C.西北方向 D.東南方向

8.甲、乙兩地的距離大約是

A.20000千米 B.15 000千米

C.10000千米 D.5 000千米

解析：第7題，北半球某地的地理緯度等於該地北極星的仰角，因為兩地的仰角相同，所以兩地緯度相同，故必然是東西方向。甲為(160°W，60°N)，乙為(110°E，60°N)，東西方向是以劣弧方向為准，所以甲地位於乙地的東方。第8題，任意緯線上相差一個經度的距離為111千米×cos θ(θ為緯度)，然後乘以兩地劣弧的經度差。

答案：7.A 8.D

據記載，公元724年我國唐代天文學家張遂設計了一把拐尺（圖1），AB為長邊空心管，BC為短邊，並在B點系一重錘。通過空心管觀測北極星，實測並計算了地球上北極星高度相差一度的南北兩地距離（圖2）。據此完成下面小題。

9．張遂測量時除使用拐尺外，最有可能使用到的測量工具是

A．司南 B．測繩 C．日晷 D．渾天儀

10．當觀測點由Q地向P地移動時，下列說法正確的是

A．晝夜變化幅度減小

B．白晝時長逐漸減小

C．正午太陽高度增大

D．正午太陽方位不變

11．根據上述測量，最有可能測算地球的

A．半徑 經度 B．經度 海拔

C．海拔 緯度 D．緯度 半徑

答案：9．B 10．A 11．D

解析

9．司南可以指示南北方向不能測距離，故A錯誤；根據材料可知除了觀測北極星仰角外還需要實測並計算北極星高度相差一度的南北兩地距離，測繩可以測量距離，故B正確；日晷可以觀測地方時，故C錯誤；渾天儀用來測量天體在地球球面的坐標，故D錯誤。因此選擇B。

10．P、Q兩地同在北半球且Q緯度較高，P緯度較低。緯度越高晝夜變化幅度越大，故A正確；根據材料不能判斷太陽直射點位置，因此白晝時長無法判斷誰更長，正午太陽方位無法判斷，故B、D錯誤；正午太陽高度根據直射點緯度和所求點緯度差來求，直射點位置無法判斷因此正午太陽高度是否增大也無法判斷，故C錯誤。因此選擇A。

11．利用柺尺觀測北極星，在P地，AB邊空心管對准北極星觀測，所以AB邊平行於地軸，如圖2所示，重錘所受重力指向地心，所以P地的緯度=90°-α；Q地的緯度為=90°-β，故可以測量當地地理緯度；據圖2所示，實測並計算了地球上北極星高度相差一度的南北P和Q兩地距離L，由圓的知識可知弧長公式 = n(圓心角)×π(圓周率)× r(半徑)/180，可得L=π(β-α)R/180° ，所以可能測算地球的半徑；故選D。

到達地面的總輻射只有一部分被地面吸收，另一部分被地面反射，地面反射的這部分太陽總輻射，稱地面反射輻射。

1

不同性質地面反射率

地面對人射太陽輻射反射的能力，用地面反射率r來表示。r的大小取決於地面的性質(水面、陸面)和狀態(顏色深淺、粗滑、乾濕)(表4. 7)。陸地表面的反射率約為10%~ 30%，隨太陽高度的減小而增大，其中深色土比淺色土小，粗糙土比平滑土小，潮濕土比乾燥土小，雪面反，射率最大，平均約60%，潔白的新雪反射率可90%~95%。

水面反射率隨水的平靜程度和太陽高度而變，太陽高度愈小，其反射率愈大。對於波浪起伏的水面，其平均反射率為10%，比陸地稍小。

地面反射率的大小取決於地面的性質和狀態。一般來說：

深色土壤的反射率比淺色土壤小，

潮濕土壤的反射率比乾燥土壤小，粗糙表面的反射率比平滑表面小，

陸地表面的平均反射率為10—35%，新雪面反射率最大，可達95%。

水面反射率隨太陽高度角而變，太陽高度角愈小反射率愈大。

深色土壤的反射率比淺色土壤小，

潮濕土壤的反射率比乾燥土壤小，粗糙表面的反射率比平滑表面小，

陸地表面的平均反射率為10—35%，新雪面反射率最大，可達95%。

水面反射率隨太陽高度角而變，太陽高度角愈小反射率愈大。

2

地面反射率影響氣溫

在同樣的太陽輻射條件下，由於反射率不同，地面所獲得的太陽輻射有很大差異，這就是地面溫度分布不均勻的原因。下墊面的反射率可以通過人為措施來改變，從而影響地面輻射能的收入，以改變氣候，解決生產上的問題。由空氣質點的逆散射、反射、雲的反射，以及地面反射所組成的整個地球反射率，稱地球行星反射率，據計算，全球平均約為31%。

3

地理試題中的反射率

（2023·湖南嶽陽·統考一模）地表反照率是指地面反射輻射量與入射輻射量之比，表示地面對太陽輻射的吸收和反射能力。下圖為我國遼寧省某地地表反照率的日變化曲線，讀圖完成下面小題。

1．有關地表反照率的敘述合理的是

A．一天中，同一下墊面反照率不變

B．一般來說，清晨和傍晚反照率高

C．一天中，太陽高度角越大，反照率越低

D．反照率越高，地面吸收的熱量越多

2．關於該地12月份反照率與8月份反照率差異的原因，描述合理的是

A．12月份地表有積雪，反照率低

B．12月份晝短夜長，反照率高

C．8月份地表植被覆蓋率高，反照率低

D．8月份降水多，土壤濕度較高，反照率高

答案1．B 2．C

解析1．結合圖中地表反照率的日變化曲線可知，一天中，同一下墊面反照率在清晨和傍晚反照率高，B正確A錯誤；由地表反照率的日變化曲線可知，下墊面反照率在清晨和傍晚反照率高，因而不是隨太陽高度角的增大而降低，C錯誤；結合地表反照率的概念可知，反照率越高，地面吸收的熱量越少，D錯誤。故答案選B。

2．結合圖中地表反照率的日變化曲線可知，12月份反照率高，A錯誤；12月份地表有積雪，反照率高，B錯誤；植被的反射率低，因而8月份地表植被覆蓋率高，反照率低，C正確D錯誤。故答案選C。譚老師地理工作室綜合整理

（2022·四川成都·二模）下圖示意不同天氣條件下，祁連山某冰川區地面反射的太陽短波輻射量與到達地面的太陽短波輻射量的比值變化。據此完成下面小題。

3．與陰天相比，該比值晴天低的主要原因是晴天

A．冰川積雪消融量大

B．到達地面的太陽輻射多

C．冰川積雪消融量小

D．到達地面的太陽輻射少

4．該比值7、8月最低的根本原因是

A．太陽高度大，日照時間長

B．降水量大，雲層厚度較大

C．氣溫較高，植被覆蓋率高

D．風力強勁，積雪不易保留

5．隨著氣候變暖，該比值的變化趨勢是

A．陰天增大，晴天減小

B．陰天和晴天都增大

C．陰天減小，晴天增大

D．陰天和晴天都減小

答案3．B 4．A 5．D

解析3.地面反射的太陽輻射量是指由於地面反射率較高（如冰雪水域）等對太陽輻射的反射作用，反射走的短波的太陽輻射量，一般來說地面反射率越低，反射走的短波的太陽輻射量越少。到達地面的太陽短波輻射是指經過大氣削弱作用後到達地面的太陽短波輻射量，一般來說大氣對太陽輻射的削弱作用越弱，到達地面的太陽短波輻射量多。根據題乾和圖中信息可知，與陰天相比，晴天的地面反射的太陽短波輻射量與到達地面的太陽短波輻射量的比值更低，推出地面反射的太陽短波輻射量越小，到達地面的太陽短波輻射量越大，則兩者比值越小。冰雪積雪消融量越大，則冰雪面積越小，地面反射率越低，地面反射的太陽短波輻射量越小，C選項錯誤。但高海拔地區氣溫低，陰天與晴天的冰雪面積差異不會太大，因此不是主要原因，A選項錯誤。晴天由於大氣透明高，大氣對太陽輻射的削弱作用弱，到達地面的太陽短波輻射量多，使晴天比值更小，因此B選項正確，D選項錯誤。故選B。

4.7、8月份為祁連山的夏季，太陽直射北半球，太陽高度大，日照時間長，氣溫相對較高，因此冰川積雪消融量大，導致地面反射的太陽短波輻射量小，因此比值最低，A選項正確。降水量大，雲層厚度較大會使到達地面的太陽短波輻射量減少，比值增大，B選項錯誤。植被對太陽輻射的反射能力較小，因此植被覆蓋率不是主要因素，C選項錯誤。7、8月份不是祁連山風力最大的時候，因此風力不是主要因素，D選項錯誤。故選A。

5.全球氣候變暖的主要表現為氣溫升高，冰川積雪消融量會增大，地面反射的太陽輻射量減少，因此會使陰天和晴天的地面反射的太陽短波輻射量與到達地面的太陽短波輻射量的比值都減小，D選項正確，A、B、C選項錯誤。故選D。

地表反照率是指地面反射的太陽輻射與到達地面的太陽輻射之比。研究表明，影響地表反照率的因素主要有地表土壤顏色、土壤濕度、地表粗糙度和太陽高度角等。下圖為青藏高原某觀測站不同季節一天中地表反照率的變化。據此完成下面小題。

6. 該觀測站的經度約為

A. 72°E B. 92°E C.102°E D.110°E

7. 不同季節反照率對應正確的是

A. 甲——春季 B. 乙——冬季

C.丙——夏季 D.丁——夏季

8. 近幾十年來，青藏高原的地表反照率呈遞減趨勢，這一現象可能會導致

A.東亞季風和南亞季風加強

B.東亞季風和南亞季風削弱

C.南亞季風加強，東亞季風削弱

D.南亞季風削弱，東亞季風加強

答案6 B 7.D 8. B

6題詳解根據地表反照率的定義，地表反照發生在白天。結合圖可知，該地的正午（白天的中點時間）對應的時間是北京時間的14：00，北京時間的經度為120°E，可知該地經度約為90°E，排除A、C、D選項，故選B。

7題詳解根據地表反照率的定義，地表反照發生在白天。結合圖可知，丁白天最長為夏季，甲白天最短為冬季，乙丙白天差不多，為春秋季節。排除A、B、C選項，故選D。

8題詳解青藏高原夏季冰川融化，土壤濕度增大，植被增加，地表粗糙度增加，冰雪少，反照率較低。冬季太陽高度小，冰雪覆蓋，反照率較高。故近幾十年來青藏高原的地表反照率呈遞減趨勢，主要表現為冬季降低。正常情況下，高原面冬季降溫快，近高原面大氣與同高度周圍大氣相比，氣溫低，氣壓高，加強了東亞和南亞季風，但若冬季反照率降低，導致高原面吸收的太陽輻射增多，氣溫升高，氣壓降低，使得東亞季風和南亞季風減弱。故選B。

9.閱讀圖文材料，完成下列要求。

材料一：季節性積雪的時空變化與氣溫、降水、日照、風速等密切相關。青藏高原積雪分布廣泛,對氣候變化反應敏感、反饋強烈,氣候變暖加速積雪消融,導致地面反照率(內涵與反射率相近)降低,地面吸收的太陽輻射增多,地面溫度進一步升高,從而進一步加速積雪消融,這一過程被稱為積雪反照率反饋。

材料二︰不同性質的地面對太陽輻射的平均反照率(見下表)。

地面性質

積雪

草地

沙漠

水面

反照率/%

>50

10~18

25~30

6~8

材料三:青藏高原1980——2016年多年平均積雪覆蓋日數圖(見下圖)與青藏高原地形圖。

（1）說明青藏高原1980—2016年多年平均積雪覆蓋日數的分布特征，並指出最主要的影響因素。

（2）研究發現,青藏高原高海拔山區季節性積雪覆蓋率一年中冬季最小,分析其形成原因。

（3）研究表明,近幾十年來青藏高原與北極地區的升溫速率是全球平均速率的兩倍，對此作出合理解釋。

（4）全球變暖背景下青藏高原大部分湖泊的變化趨勢。

答案

（1）特征：分布極不均衡,西南部（雅魯藏布江穀地等）、柴達木盆地（青海湖等）多年平均積雪覆蓋日數較少，高海拔山區多年平均積雪覆蓋日數多；主導因素:地形（氣溫）。

（2）青藏高原高海拔山區全年氣溫極低,以降雪為主;全年冬季降雪最少,積雪量小,且冬季風力更為強勁，降低了積雪覆蓋率。

（3）北極地區和青藏高原積雪面積廣；北極地區積雪融化後，海洋裸露面積擴大，反照率極低海洋出露；青藏高原緯度低，太陽高度大，太陽輻射強；兩地積雪反照率反饋特別強烈，升溫速率更快。

（4）青藏高原大部分湖泊以冰川積雪融水補給為主，全球氣候變暖導致積雪和冰川融化，前期湖泊水量和面積增加，後期部分冰川積雪萎縮（甚至消失）導致湖泊水量減少（甚至消失）

10.閱讀圖文材料，完成下列要求。（15分）

四川省雅安市素有“天漏”之稱，年降水日數多在200天以上。圖7示意四川盆地部分地區多年平均年降水量分布。

（1）分析地形對雅安“天漏”形成的影響。（6分）

（2）分析青衣江徑流量的特點。（4分）

地面反射率是指地面反射輻射量與入射輻射量之比。一般而言，草地的反射率為15%～25%，深色土壤的反射率為5%～15%。近年來，青衣江流域的草地、林地大面積恢複，裸露的深色土壤變為綠地。

（3）運用大氣受熱過程原理，說明青衣江流域地表植被變化對近地面氣溫的影響。（5分）

答案：

（1）雅安位於四川盆地西緣，地勢北、西、南三面高，東部較低，形成了喇叭形的地形（或三面環山的河穀地形）（2分），來自太平洋的暖濕氣流在此集聚，不易擴散（2分），遇地形抬升，利於形成降水（或地形雨）（2分）。

（2）青衣江流域地處亞熱帶季風氣候區，降水量大且季節、年際變化大（2分），造成青衣江徑流量大且有明顯的季節和年際變化（2分）。

（3）植被增加會導致地面反射率增大，地面吸收的太陽輻射量減少（2分），地面升溫幅度減小，地面輻射減弱（2分），使大氣吸收的地面輻射減少，氣溫較之前低（1分）。

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