第二章 太阳辐射.ppt

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1、山东建筑大学太阳辐射王惠临办公地点：XX113、BG611理学院光信教研室2.1太阳简介太阳是距离地球最近的恒星，有磁场和自转。直径约140万公里，相当于109个地球直径之和，是太阳系内最大的天体，包含了太阳系将近98％的质量，它的内部则能容纳超过130万个地球。太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停的释放出巨大的能量并向宇宙空间辐射，这就是太阳能。太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能都来自太阳能。科学家研究表明，太阳每小时辐射到地球的能量约为18万兆瓦，相当于燃烧90兆吨优质煤的热量。一、太阳构造太阳从中心到边缘可以分为：核反应区——太阳

2、热能产生的基地。辐射区——太阳能先通过这里传播出去。对流区——太阳能经过这里向太阳表层传播，是“输送带”。太阳大气——大致可分为光球、色球、日冕等层次。太阳核：0-0.25rs，30%-50%ms构成宇宙原始成分（H96%He4%）较高的重元素含量（H50%重元素50%）辐射区：0.25-0.86rs，13万度气体完全电离对流区：0.86-1rs，温度5000K能量主要靠对流传播太阳大气：光球、色球、日冕2.2日地相对运动地球绕“地轴”自西向东自转一周（360°）为一昼夜每小时自转15°。地球自转同时，绕太阳“公转”椭圆形轨道称为“黄道”公转一周为一年。地轴与黄道

3、面夹角23°27′公转时，自转轴方向始终不变。太阳赤纬角：正午时的太阳与地球赤道平面的夹角。简称赤纬。用δ表示。取从赤道向北方为正，向南为负。太阳赤纬角δ[-23.45°23.45°]太阳赤纬角可由库伯（Cooper）方程计算计算，春分（3月21日）的赤纬2.3太阳与地球的位置关系一、天球与天球坐标系天球：以观察者为球心，以任意长为半径，其上分布着所有天体的球面。天球坐标系：通过天球中心的铅直线与天球的交点分别称为天顶和天底。通过天球的中心与铅直线相垂直的平面称为地平面；地平面与天球的交线是个大圆，称为地平圈。周日运动：地球每天绕着地轴自西向东自地转一周，若假定地

4、球不动，那么天球将每天绕着它本身的轴线自东向西地自转一周，我们称之为周日运动。周日运动中，天球上有两个点不动，叫做南天极和北天极。连接两个天极的直线，称为天轴。通过天球中心与天轴相垂直的平面称为天球赤道平面。天球赤道平面与天球的交线是个大圆，称为天赤道。通过天顶和天极的大圆称为子午圈。二、地平坐标系以地平圈为基本圈，天顶为基本点，南点为原点的坐标系，叫做地平坐标系。地平经圈：过天顶和太阳X的大圆。地平经度：弧SM，或方位角地平纬度：弧XM，或高度角天顶距：弧ZX，自Z起计量用Z表示由于天体有周日运动，天底地平坐标随着时间不断地变化。此外，随观测地点而异。三、时角坐

5、标系以天赤道为基本圈，北天极为基本点，天赤道和子午圈在南点附近的交点为原点的坐标系，叫做时角坐标系。时圈：过北天极和太阳X的大圆。时角τ：弧QT，用度、分、秒表示赤纬δ：弧XT，用度、分、秒表示天体周日运动时，赤纬不变，时角从0均匀地增加到360°。太阳时角用ω表示，用度、分、秒衡量。定义：在正午时ω=0，每隔1小时增加15°，每分钟15′，每秒钟15″。上午为正，下午为负。计算：上午11时，上午8时，下午1时，下午3时的时角2.3太阳高度角、方位角、日照时间的计算一、太阳高度角对于北半球而言，h=90°-（φ-δ）对于南半球而言，h=90°+（φ-δ）例题：计算

6、夏至日南回归线上的正午太阳高度角。例题：计算春分日北极圈(φ=66°33′)上的正午太阳高度角。南北回归线内，有时φ=δ，此时h=90°，正午时太阳正对天顶。解：δ=23°27′，φ=-23°27′h=90°+（φ-δ）=43°06′解：δ=0°，φ=66°33′h=90°-（φ-δ）=23°27′二、太阳方位角根据地理纬度、太阳赤纬及观测时间，可以求出任何地区、任何季节某一时刻的太阳方位角。太阳向量在地面上的投影线与南北方向线之间的夹角，称为太阳方位角。三、日照时间太阳在地平线的出没瞬间，其太阳高度角h=0。由例题：计算北纬34.5度，东经110度，5月10日正

7、午时太阳的高度角、方位角及该日的日出、日落时间。解：由题可知n=130可得δ=17.52°正午时ω=0，代入可得h=73°可得方位角=0代入数据，可得ω1=102.53°ω2=-102.53°则日出时间为日落时间2.4太阳常数和太阳光谱太阳与地球间的距离不是一个常数，因此，地球大气层上界的太阳辐射强度随日地间距离的不同而不同。一、太阳常数实际上，由于日地间距离很大（15000万公里），其相对变化量很小，由此引起的太阳辐射强度的相对变化不超过3.4%，这就意味着地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。我们使用“大气常数”来描述大气层上界的太阳辐射强度。在日地平均距

8、离时，地球