徐州地区太阳辐射强度的计算.doc

徐州地区太阳辐射强度的计算
太阳辐射强度的计算基础知识
日地相对运动与赤纬角
贯穿地球中心与南北两极相连的线称为地轴。地球除了绕地轴自转以每天(24h)为一个周期外;同时又沿椭圆形轨道围绕太阳进行公转,运行周期约为一年。太阳位于椭圆形的一个焦点上。该椭圆形轨道称为黄道,在黄道平面内长半袖约为152 。短半轴约为;椭圆偏心率不大,1月l 日为近日点,日地距离约;7月1日为远日点时,相差约3%。一年中任一天的日地距离可以表示为:
R=?108[1+(2π(n-93)/365)]km
式中 R --- 日地距离;
n --- 为1月1日算起,一年中的第几天;
地球的赤道平面与黄道平面的夹角称为赤黄角,它就是地轴与黄道平面法线间的夹角,°。太阳、地球的相对运动如图所示
以太为中心的日-地俯视图
以地球为中心的俯视图
在地球上任一位置观察太阳在天空中每天的视运动是以年为周期性变化的,并取决于太阳赤纬角的大小。赤纬角δ即正午时的太阳光与地球赤道平面间的夹角。取赤道向北为正方向,而向南为负方向,用δ表示。赤纬角δ从+°到-°变化,它导致地球表面上太阳辐射入射角的
变化,使白天的长短随季节性有所不同。在赤道地区,从太阳升起到日落的持续时间为12h。但在较高纬度地区,不同季节其昼长就有相当大变化。赤纬角δ是地球围绕太阳运行规律造成的,它使地球上不同的地理位置所接受到的太阳入射光线方向不同,从而形成地球上一年有四季的变化。一年中有四个特殊日期,即:夏至、冬至、春分、秋分。北半球夏至(6月21日或22日)阳光正射北回归线赤纬角δ=°;北半球冬至(12月22日或21日),太阳光线正射南回归线,δ=-°;春分(3月20日或21日)和秋分(9月22日或23日)太阳正射赤道,赤纬角都为零,地球南北半球昼夜长度相等。
赤纬角的日变化可用如下近似表达式计算:
δ=[360(284+n)/365]
式中 n---从1月1日算起一年中的第几天的天数;
一年中赤纬角(δ)的变化范围±°之间;
太阳时和时差
天球坐标系统
从观测者的位置,作一个水平面,和天球的交线称为天球的水平圈;作一铅垂线,和天球的交点分别称为天球的天顶和天底。通过天顶和天底的大圆称为垂直圈,通过天球极点的垂直圈称为子午圈。通过天体的时圈和子午圈在北极点的夹角或在赤道上所跨的弧长称为该天体的时角。
在本坐标系里,天体在天球上的位置是用高度角和方位角来确定的。所谓太阳高度角就是观测天体视线和水平面的夹角,而方位角则是通过该天体的垂直圈和子午线圈在天顶的夹角。这个坐标是固定在观测者所在地
球上的。由于地球的自转,从这个坐标系看来,所有的日月星辰在天球上,围绕天球的极点每昼夜旋转一周。即某天体的时角每隔一小时就要相差15度,这就是我们日常观察星空所看到的景象。太阳经过观测点相应的子午圈为当地正午十二时和子夜零时。太阳在正午时,时角为0°;上午时角为负,下午时角为正。即以中午太阳时十二点在基点,顺时针为负;逆时针为正。
以太阳时角所确定的时间称为当地的真太阳时。由于太阳与地球之间的距离和相对位置随时