用太阳判断方向剖析.docx

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用太阳判断方向剖析

用太阳判断方向

不久前，在网上看到一篇关于特种兵野外生存训练的文章，里面提到一种利用太阳判断方向的方法：

用一根直标杆,使其与地面垂直,把一块石子放在标杆影子的顶点A处；过大约10分钟,标杆影子的顶点移动到B处时再放一块石子,将A、B两点连成一条直线,这条直线的指向就是西东方向,与AB线垂直的方向是南北方向。

通过搜索，还可以找到另外两种利用指针式手表对着太阳判定方向的方法：

1.手表水平放置，将时针指示的（24小时制）时间数减半后的位置朝向太阳，表盘上12点时刻度所指示的方向就是概略北方。

假如现在时间是16时，则手表8时的刻度指向太阳，12时刻度所指的就是北方。

即“时钟折半对太阳，零点位置指北方”。

2.观察太阳的位置，将手表的时针（短针）对准太阳的方向。

此时时针与手表12点位置构成的角取角平分线，角平分线指示的方向就是南方。

从搜索结果来看，这些方法转载、转贴的很多，流传甚广；而在半个世纪前的军体教材里就看到过这些方法，可谓由来已久。

在进一步的思考和研究之后，我发现，这些方法在实际应用中存在着不少问题，如果使用不当，做出的判断与实际方向的偏差，足以超出我们可以接受的程度，有必要做详细的分析和了解。

一.用投影的运行轨迹判断方向（轨迹法）

也就是文章开头提到的方法：

用一根直标杆,使其与地面垂直，把一块石子放在标杆影子的顶点A处；过大约10分钟，标杆影子的顶点移动到B处时再放一块石子，将A、B两点连成一条直线，这条直线的指向就是西东方向，与AB线垂直的方向是南北方向。

投影轨迹法的基本原理，就是我们的日常生活经验，太阳每天东升西落，自东向西运行，相应的，标杆顶端的影子轨迹也就应该从西往东走。

但实际上，一年的绝大多数日子里，杆顶在地面的投影运行的轨迹，是一条双曲线（中国范围内），而并非一条东西直线，不可能在这条曲线上随便截取一小段，就是准确的东西方向，误差是必定存在的。

既然轨迹法的基础是太阳的东升西落，在容易观察到太阳东升西落的低纬度地区，这个方法是比较适用的，误差也小。

但在高纬度地区，就不适用了。

一个极端的例子，在高纬度地区的夏季，会有极昼，太阳不是东升西落，而是在四周绕圈转，这时标杆顶端在地面的投影是一个椭圆，而接近极点的地方，投影轨迹甚至接近圆，你不会认为从圆或椭圆上随意截取一小段，指示的都是东西方向吧？

即便不是极昼，误差也会大到无法接受。

用轨迹法判断方向，产生误差大小的基本规律是：

太阳直射纬度越低，误差越小，直射纬度越高，误差越大；观测者所处纬度越低，误差越小，纬度越高，误差越大。

以季节和日期来说，距离春分日或秋分日越近，误差越小，春秋季误差小，冬夏季误差大，尤以冬季误差最大；以一天内的时间来说，越接近中午12点（地方时），误差越小，越远离12点，误差越大。

季节和日期直接决定着太阳直射地球的纬度，是影响轨迹法误差大小的首要因素。

只有在太阳直射赤道的日子，即春分日（3月21日）和秋分日（9月23日）这两天，标杆顶端在地面的投影轨迹才基本是一条东西直线，全天任何时刻用本方法判断东西方向都是准确的。

只要观测时离春分或秋分日不太远，误差就不会很大。

在一天内不同的时刻（当地地方时），使用轨迹法测方向的误差是不同的，在12点左右用轨迹法，误差为0，离12点越远，误差越大，尽可能不在早晨或傍晚使用此法。

观测者纬度也是影响误差大小的重要因素。

纬度越低，越容易看到太阳东升西落，判断东西方向，误差越小，纬度越高，误差越大。

纬度因素要与季节因素、时间因素结合使用，不要让那些误差大的因素同时起作用，即不要在冬季的早晨或傍晚，在高纬度地区使用轨迹法，在高纬度地区，只在春分日或秋分日前后用此法，或者只在中午用此法。

下面的图表列示了在不同纬度不同季节上午9:

00-9:

12用投影轨迹法测定的方位与实际方位的偏差。

从表中可以看出，在20纬度以下地区，即使冬至，误差也只有19.7度，可以接受，在30纬度，冬至误差22.8度，也算可以接受，所以纬度30以下的地区基本全年都可以用轨迹法判断方位。

在40纬度地区（如北京即北纬40度），冬至误差达27.9度，偏大了，一般不宜使用，而春夏秋三季的最大误差不过18.2度，可以使用。

在50纬度地区，冬至误差达36.6度，立春及立冬前后误差也达23.3度，所以最好只在雨水到霜降之间的8个月里，即2月19日---10月22日之间的8个月用轨迹法判断方向。

网上说投影轨迹法要求用直的标杆，且与地面垂直，这种说法是错误的。

因为我们看的仅仅是标杆的顶端这个点在地面的投影，并不看标杆本身，杆是直是弯，是不是垂直于地面，又有什么关系？

再设想一下，我们把一根弯曲的树枝斜插地面，从树枝的顶端向地面吊一根垂线，我们以这根垂线做标杆，显然完全符合要求。

那么垂线标杆的顶端，与弯曲树枝的顶端，其实是同一个点，吊不吊垂线，顶端都是那个点。

所以，只要是空中一个确定的点，不管是枝头，树梢，还是扎在树干上的刀柄，或是其他什么东西，只要这点在地面的投影清晰可辨，都可以从其运动轨迹来判断方向，无需什么标杆。

有时候，我们迷失方向的地方，连树木或树枝也没有，比如荒漠，又该怎么办？

这时如果身上有一根长点的线绳，就可以做一根“软标杆”----线绳下端拴一个小物件，用来吊垂线。

接近线绳上端处，可以打个结，或做个记号，每次使用都捏在那里，确保吊线的长度固定。

侧向时先在地上找个固定点O，让垂线下端的影子与O点重合，看垂线上端的投影在哪里，做记号1，过十几分钟后，用同样方法再测一次，还让垂线下端的影子与O点重合，在垂线上端的投影处做记号2，两次记号的连线就是东西方向。

如果连线绳也没有，那我们只好用自己的身体做根标杆。

背对太阳，立正站直，两臂伸直从两侧上举，掌心相合，指尖处于全身最高处，整个人体就成为一根长达2米多的标杆，看指尖在地面的投影在何处，做个记号；过上十几、二十分钟（建议时间长一点），站在原处再做一次，看指尖投影移动到了何处，两次指尖投影的连线就是东西方向。

使用此方法需注意几点：

1.两次必须站在同一位置。

2.身体务必立正站直，不要东倒西歪。

3.只在人影较长时使用，临近中午，人影较短时不宜使用。

4.为减小误差，两次的时间间隔不要太短，最好能到20分钟。

人体标杆可以简化，背对太阳站直后，右臂抬起，右掌心正压头顶百会穴，手掌放平，指尖向左，看右手指尖在地面的投影位置，做好标记，过十几二十分钟后再看一次，两次指尖投影点连线就是东西方向。

在临近中午，人影较短时，人体标杆就不适用了。

不仅因姿势变化而导致的误差会增大，指尖的投影说不定也会被自己的身体挡住。

这时可采用下面的办法：

立正站直，左侧朝着太阳，在自己正前方寻找一个容易辨识的点P，比如一块石头，或者是自己放置的小物件，左臂伸直向前抬起，左手握拳，拳心向下，伸出拇指，让单眼的视线通过左手拇指尖正好落在点P，即眼、拇指尖、点P三点一线，保持姿势，看拇指尖在地上的投影1，过一段时间，站在原处，用同样的方法找出拇指尖在地上的投影2，两点连线2----1就是东西方向。

之所以让眼、指尖、点P三点一线，是为了保证拇指尖在空中的高度和位置是确定的。

二.看太阳的方位和时间来判断方向（太阳方位法）

太阳方位法，也就是前面说的用指针式手表和太阳方位判断方向的方法，这里不再重复。

首先要指出的是，这是一种更适用于高纬度地区的辨向方法，在中低纬度地区只能在有限的季节段使用。

地球每24小时自转一周360度，每小时转过15度，每4分钟1度。

在北极点的极昼期，立一根垂直的标杆，在水平投影面上就可以清楚地看到每小时匀速转过15度的现象。

在投影面上标上刻度，就可以当太阳时钟使用，当然，是一圈24小时。

北极的水平面是与赤道平面平行的，标杆方向也与地球自转轴相重合。

在地球上其他地区，只要设置一个与赤道平面平行的投影面，在投影面上立一根与地轴平行的直杆，同样可以看到杆影每小时匀速转过15度，这就是日晷，即太阳钟，人类使用了几千年的计时方法，用太阳方位来判断方向，即由日晷原理衍生而来。

在北极，四方都是南，没有其他方向，在不同时间，太阳方位在不同的经线上。

如果在时间0点时，把时钟或手表上的12对准太阳，经过n小时后，太阳转过了n*15度，由于时钟盘面上只有12小时，每小时对应30度，所以n小时后太阳的方位应该在时钟上n/2点的方向上。

稍离开北极点后，就有了东西南北方向，但太阳的方位仍基本是匀速转动，这时时钟盘面就可以当罗盘来使用。

中午12点，太阳应在正南，24点，太阳正北，早6点，太阳正东，18点，太阳正西。

我们可以算出任何时间太阳应该所处的方位，进而用于判断方向。

我们也可以直接把时间的一半对准太阳后（即例如14点时把7对准太阳），12点方向即为北方。

这就是前面的方法1。

方法2也是同一原理，如果12点时太阳在正南，那么实际时间每与12点相差1小时，太阳方位就与正南相差15度，但由于钟表盘面上1小时对应30度，所以把实际时针与12点夹角的角平分线对准太阳，12点指的就是正南方向。

或者，把时针对着太阳，时针与12点夹角的角平分线指的就是正南方向。

现在戴指针式手表的人已经很少了，而如果理解了用太阳方位判断方向的基本原理，则根本无需用钟表，只要能算出太阳所在的方位即可。

比如下午4点钟，与中午12点相差4小时，太阳应该在南偏西60度方向，我们调整自己的面朝方向，让太阳在我们的前方偏右60度方位，我们面对的就是正南方。

太阳耀眼，不能直接看，可以用线绳吊根垂线，垂线在地面的投影可以准确指示太阳方位；也可以用树干的影子看太阳方位。

前面说的方法主要适用于高纬度地区。

随着纬度降低，该方法的误差及适用条件都会变化。

尽管正午12点太阳还是正南（北回归线以北，且是地方时），但别的时间太阳的实际方位，与理论计算值的偏差可能会很大。

在北回归线以南地区，夏季前后太阳直射纬度可能会高于观测者所在纬度，那时太阳全天都不可能在偏南方向，而是早晨从东北方升起，中午运行到正北，下午在西北方落下。

下面两表是夏至日（6月22日）和立夏日（5月7日）在不同纬度地区上午7---11点太阳实际方位与理论计算值的偏差：

立秋日的太阳直射纬度，与立夏日基本相同，所以这2表可以反映整个夏季的误差情况。

从表中可以看出，纬度越高，误差越小，随纬度降低，误差逐渐增大。

在60纬度以上，误差最多不过十几度，宜于使用；但50纬度以下，误差已经达到难以接受，不宜使用。

由于中国最北端的漠河纬度也才53度，所以在夏季，中国绝大多数地区都不适用太阳方位法。

以下2表是立春日（2月4日）和冬至日（12月22日）不同纬度地区上午7---11点太阳实际方位与理论计算值的偏差：

中国绝大部分陆地都位于北纬20---50度之间，所以表中只列出了从北纬20---50度之间的偏差情况。

从表中数据可以看出，整个冬季用方位法判断方向的最大误差不过-12.6度，这完全可以接受。

通过计算对比，得到的结论是，只有当观测者所在纬度与太阳直射纬度相差30度以上时，用太阳方位判断方向的误差才在可以接受的范围（±20度）内。

所以

在北纬20度及以上地区，只有在冬至前后各2个月里（共4个月）使用太阳方位法；

在北纬30度及以上地区，可以在冬至前后各3个月里（共6个月）使用太阳方位法；

在北纬40度及以上地区，可以在冬至前后各4个月里（共8个月）使用太阳方位法；

在北纬53度及以上以上地区，全年都可以使用太阳方位法——只要能看到太阳，极夜期不行。

太阳方位法要求使用的时间是当地地方时。

中国普遍使用北京时间，在与北京经度相差不大的东部地区，问题不大，但在中国的中西部地区，必须消除时差因素，使用当地的地方时。

太阳方位法要求使用者大致知道自己所处的经纬度，经度用于计算当地地方时，纬度用于了解当下季节是否适用太阳方位法。

而一般人很难做到这点，所以太阳方位法在使用上存在很大不便。

如果是经常在野外不确定地区出行的人，如地质工作者或旅行者，应该对要出行地区的经纬度有所了解，以备不时之需。

当然直接了解一下当地当季一天内不同时刻的太阳准确方位会更方便。