第四章 地球运动的地理意义
地球的运动是非常复杂的，它是多种形式运动的综合。本章主要指地球自转和公转产生的地理意义。主要是：由于地球运动的特征，决定了太阳辐射能量在地球上的纬度分布和季节变化，从而决定了地球上的五带和四季；以及由于地球的自转和公转都是一种周期性的运动，人们利用这种运动的周期，创立了历日制度和计时制度。
第一节 昼夜、四季和五带
生活在温带地区的人，都有这样的感觉，春季温暖，夏季炎热，秋季凉爽，冬季寒冷。四季指的就是地球上春、夏、秋、冬的季节变化。常识告诉我们，地球上不同纬度的地区，冷暖状况是不同的。通常纬度愈低，愈炎热；反之，纬度愈高，愈寒冷。五带指的就是地球上随纬度的不同，而划分出的热量带。
四季和五带的明显特征是温度的差异。温度的高低是由接收太阳辐射能量的多少决定的。而地球上某地点接收太阳辐射能量的多少有三个主要的影响因素：一是日地距离的变化；二是日照时间的长短，也就是昼长的变化；三是太阳照射方向，即太阳相对于某地点的高度角。这三个因素中，日地距离的变化是全球性的因素，即全球接受太阳辐射能量的多少随日地距离的变化而改变。根据计算，得出地球在近日点时获得的太阳辐射能量比在远日点时约多6.9％，而地球在近日点时，北半球正是最寒冷的时期，在远日点时，正是最炎热的时期。南半球相反。可见，日地距离的变化对四季的形成并不起决定性的作用。当地球处于近日点时，北半球是冬半年，可以减弱其寒冷程度，而此时南半球正是夏半年，可以增加其炎热程度；当地球处于远日点时，北半球是夏半年，可以减弱其炎热程度，南半球是冬半年，可以增加其寒冷程度。由此可见，日地距离的变化对于四季的形成意义不大，它只在很小的程度上减弱了北半球的炎热和寒冷程度，而增强了南半球的炎热和寒冷程度。
昼夜长短和太阳高度是四季和五带形成的决定性因素，要弄清某地点昼夜长短和太阳高度的情况，首先必须搞清太阳回归运动。
一、太阳回归运动
1.太阳回归运动概述
地球的自转和公转有两个突出的特征，一是地轴相对于黄道面是倾斜的，即存在着一个23°26′的黄赤交角，这个角度值是相对不变的；二是地轴的倾斜方向在较长时期内是不变的，特别是在以年为单位的时间内，地轴有个稳定不变的倾斜方向，即地轴的空间指向保持相对不变，北极总是指向北极星附近的（如图4－1）。
地球的运动在天球上，表现为太阳在黄道上的周年视运动。所以，在黄道上看太阳的周年运动是永远向前的，即只有太阳黄经的改变。但是，在天赤道上看，由于黄赤交角的存在，太阳的周年视运动则表现为太阳对于天赤道的往返穿越运动。即天球上的太阳，半年在天赤道以北，半年在天赤道以南；半年向北运行，半年向南运行。太阳的这种周期运动是太阳周年视运动的一个侧面，称为太阳的回归运动（如图4－2）。
因为太阳的一次回归运动是以太阳连续两次经过春分点为标志的，所以，回归年就是太阳回归运动的周期。
2.太阳赤纬的周年变化
太阳的回归运动表现为太阳赤纬的周年变化。当太阳在天赤道以北的黄道上运动时，太阳赤纬值为正值，即从北半球的春分到秋分期间，太阳赤纬值大于0°；当太阳在天赤道以南的黄道上运行时，太阳赤纬值为负值，即从北半球的秋分到次年春分期间，太阳赤纬值小于0°。当太阳由南向北运行时，即从北半球的冬至到次年夏至期间，太阳赤纬值逐渐增大；当太阳由北向南运行时，即从北半球的夏至到冬至期间，太阳赤纬值逐渐减小。从定量的角度来讲，太阳视位置在春分点时，赤纬为0°；在此之后，太阳视位置移向天赤道以北，其赤纬值则不断增大，当移到赤纬值是+23°26′时，即为夏至点，此时是太阳视位置赤纬的最大值；尔后，太阳视位置向南移动，赤纬值又逐渐减少，赤纬值减小为0°时，即为秋分点；太阳继续向南运动，赤纬变为负值，当移动到赤纬值为-23°26′时，即为冬至点，太阳视位置赤纬达到最小值，从这以后，太阳返回向北移动，赤纬逐渐增大，最后回到春分点，赤纬又为0°。这样，太阳就完成了一次以一年为周期的运行。由于太阳周年视运动，年复一年，太阳视位置循环往复于冬至点到夏至点之间，即太阳的赤纬变化于（+23°26′）～（-23°26′）之间（如图4－3）。太阳赤纬的变化周期同太阳的回归运动周期相同，即都是回归年。
太阳的视位置由春分点经夏至点到秋分点，太阳赤纬变化在0°～+23°26′～0°的范围内，是北半球的夏半年；太阳的视位置由秋分点经冬至点到春分点，太阳赤纬变化在0°～（-23°26′）～0°的范围内，是北半球的冬半年。由此可见，地球运动导致的太阳回归运动是形成四季交替的最根本原因。
3.太阳直射点的周年变化
太阳的回归运动，直观地反映在地球上，就是太阳直射点在赤道南北两侧的周年性往返运动。
太阳直射点就是太阳光垂直照射在地表上的点。当太阳直射时，太阳位于该地点的天顶位置。因为太阳和地球都是球体，只有太阳中心与地球中心的连线与地球表面相交的那一点，太阳光才是垂直照射的。因此，在任何时刻，太阳直射点只有一点。地球在持续地自转，太阳直射点也就随之不断移动。由于太阳赤纬在短时间内不会有太大的改变，在一天的时间里可以认为是一个固定的常数。所以可以认为，在一天的时间里，太阳直射点基本上是沿着同一条纬线移动的。这样，随着太阳在天球上的回归运动，太阳直射点也就在地球赤道南北两侧来回移动，即半年在赤道以北，半年在赤道以南；半年在向南移动，半年在向北移动。
太阳直射点在地表的移动有一个规律，即太阳直射点的地理纬度总是与太阳赤纬数值相对应。当太阳赤纬为正值时，则太阳直射点位于北半球，其地理纬度与太阳赤纬值相等；当太阳赤纬为负值时，则太阳直射点位于南半球，其地理纬度与太阳赤纬的绝对值相等。例如，当太阳赤纬为15°时，太阳直射点的纬度是北纬15°；当太阳赤纬为-15°时，太阳直射点的纬度则在南纬15°。
太阳赤纬之所以与太阳直射点的地理纬度相对应，原因在于：地球上某地天顶的赤纬等于当地的地理纬度。当太阳直射某地时，则说明太阳一定位于该地的天顶处，也就是说，此时该地的天顶的赤纬即是此时太阳的赤纬。又知道，某地天顶的赤纬和地理纬度都等于天极的高度。所以，当太阳直射某地时，太阳的赤纬与该地的地理纬度是相等。以上的论证是以北半球为例的，在南半球这种关系仍是成立的，只不过要考虑到赤纬的正负号，即太阳直射在南半球，当地的地理纬度与太阳赤纬的绝对值是相等的。
如前所述，太阳赤纬变化于（+23°26′）～（-23°26′）之间，所以，太阳直射点的变化范围在北纬23°26′。到南纬23°26′之间。也就是说，在太阳的回归运动中，太阳在地球上直射的最北界是北纬23°26′，最南界是南纬23°26′。因此，人们规定，北纬23°26′是北回归线，南纬23°26′是南回归线。
关于太阳赤纬的周年变化与太阳直射点的地理纬度的周年变化，对应情况可见表4－1。