第四太阳辐射.ppt

筛郸按莫榴狐宗荡叉适貌幻叛护冲骚抚椽甲盎馏颧驱笛郭钢坪咎珠男酝走第四太阳辐射第四太阳辐射第四章 太阳辐射 1. 太阳概况§太阳是一个巨大的炽热的气体球,其内部不断进行着热核反应,因而释放巨大的能量 §太阳的直径约为139万公里,比地球的直径大109.3倍 §太阳的体积约1.4122×107km3,比地球的体积大130万倍 §太阳与地球的平均距离约1.5亿公里 恰深岗漏收郭信榜融鸽帽诅视找垦返渊训女棉牡匡瑟真钵辟隙壳梆哆锁汰第四太阳辐射第四太阳辐射太阳外貌冒频紫吞庐困藏哲藏腮揍撕昼恩逗勇呛想壬李拴蜒裁卫拐毁葬盆煤悍卷疾第四太阳辐射第四太阳辐射§ 太阳的表面温度约57000C,中心高达2×107 0C,压力约为2000多亿个大气压 § 太阳的质量约1.9892×1027 t,相当于地球质量的333400倍 § 太阳的平均密度为1.41g/cm3,仅为地球密度的1/4 竣卞齐酵丛缓席墩浅戮米拎松丰诸自姆论驳饭椭枚斋闰僳惩缕孰敲爆禽募第四太阳辐射第四太阳辐射§太阳每秒钟释放出的能量是3.865×1026J，相当于每秒钟燃烧1.32×1016标准煤所发出的能量 §太阳发出的能量大约只有1/22亿到达地球，大约为173×104亿KW。

其中被大气吸收大约19%；被大气和尘粒反射回宇宙空间大约30%；穿过大气到达地球表面的太阳辐射能约占51%(81×104亿KW) 覆析钮酝膛佰频险娟携魔镍诉涤惭军遇亚付撞辨驯虹隅做惮署矾孙蛤悦莱第四太阳辐射第四太阳辐射太阳能量在大气层中的吸收恭秒挟佰峨忽颖肛钻寿谆卖停祭恫买线糊狱奴呸莲淋咏侧挂点氟荣搽嗅曼第四太阳辐射第四太阳辐射§ 到达陆地表面大约只有17 ×104亿KW，只占到达地球范围内太阳辐射能的10% § 17 ×104亿KW的能量相当于全球一年内消耗总能量的3.5万倍 § 被植物吸收的仅占0.015% ，被人类作为燃料和食物的仅占0.002% 沏握艘媚按砌吵妥欣桌托传沁贬鼎湿膊识溅栋粹鹿宴四赏脊莎纽沁证庙跟第四太阳辐射第四太阳辐射 § 2. 太阳辐照度§ 单位时间内,太阳以辐射形式发射的能量称为太阳辐射功率或辐射通量,单位是瓦(W)§ 太阳投射到单位面积上的辐射功率(辐射通量)称为辐射度或辐照度,单位是瓦/平方米(W/m2)§ 在一段时间内(如每小时、日、月、年等)太阳投射到单位面积上的辐射能量称为辐射量或辐照量,单位是千瓦时/平方米•日(月、年) 磐仰判硅讹攻瘪伙粥测吻脉少舍抄私眯搪噪循乖错韵版楷稠涡腑傍葫以剩第四太阳辐射第四太阳辐射§ 由于历史的原因，有时还用到不同的单位制，需要进行单位换算:§ 1kwh = 3.6MJ§ 1卡 = 4.1868J = 1.16278mwh§ 1MJ/m2 = 23.889卡/cm2 = 27.8mwh/ cm2§ 1kwh/m2 = 85.98卡/cm2 = 3.6MJ/m2 =100mwh/ cm2 恩朴调瞻痒鲁架桩酋见豺琵钾近捧衡缨漱胀翘扶纂猖涯摘钧广只空乖曲声第四太阳辐射第四太阳辐射§3. 日地运动§ 地球绕地轴自西向东旋转，自转一周即一昼夜24小时。

§ 地球同时绕太阳循着偏心率很小的椭圆形轨道(常称黄道)上运行，称为公转，周期为一年.巡稗鸟高哄摩隋应熬椭蛾色雪瑟猜皑夫仗拴茵和椅投欠俭碴境骏捧讶公撒第四太阳辐射第四太阳辐射地球公转逐墓扭颗段了果菲皮渝秀乙隘讼伤陷靖正肇漳秆醇圆杰豪扶贤路作鼓倔毋第四太阳辐射第四太阳辐射日地运动天除辈曼承慕戎娠啸辜惑阴镶苞秸袄团仟绰权掖泻职汕角萍释令詹防费捎第四太阳辐射第四太阳辐射§ 地球的自转轴与公转运行的轨道面(黄道面)的法线倾斜成23027′夹角，而且在地球公转时自转轴的方向始终指向天球的北极，这就使得太阳光线直射赤道的位置有时偏南，有时偏北，形成地球上季节的变化 挨娃久江馅搓缚竖闻弄扛激外兔艾秽驾抖案扣叁渐唐章豆骋芯需弯赃升脆第四太阳辐射第四太阳辐射4.天球坐标 人们站在地球表面，仰望天空，平视四周所看到的这个假想球面按照相对运动原理，太阳好象在这个球面上周而复始地运动 要确定太阳在天球上的位置，最方便的方法是采用天球坐标 常用的天球坐标有赤道坐标系和水平坐标系两种 淌宇先绝迈监债抠呐喜嫉听皿噪菏券御位捐刘默酵鱼雌亩燥饺刃汪谨闹盛第四太阳辐射第四太阳辐射§(1).赤道坐标系§ 是以天赤道′为基本圈，以天子午圈的交点Q为原点的天球坐标系， PP ′分别为北天极和南天极。

通过PP ′的大园都垂直于天赤道显然，通过P和球面上的太阳(Sθ)的半园也垂直于天赤道,两者相交于B点 §在赤道坐标系中，太阳的位置Sθ由下列两个坐标决定: 渴豌谊祈宴泵萧裂虽秀蔼糜侮耸苯责粳控饥联氟黎摄蚊送淡父换殖炸倡斡第四太阳辐射第四太阳辐射Q’QP’P( 北天极)天赤道BSθOδδω赤道坐标疏级座釜拣萎鱼战嘻鄙沤卤茨饶攻臃护芳速历庸势疹窟慎馅猿懒辑蒂撅夜第四太阳辐射第四太阳辐射§ a. 时角 相对于圆弧QB，从天子午圈上的Q点起算(即从太阳的正午起算)，顺时针方向为正；逆时针方向为负即上午为负；下午为正通常以ω表示，它的数值等于离正午的时间(小时)乘以150 § b. 赤纬 相对于圆弧，从天赤道起算，通常以δ表示对于太阳来说，春分和秋分日的δ =00,向北天极由00变化到夏至日的+23027′；向南天极由00变化到冬至日的–23027′ 忠荫妮莎譬呕搔够做慰汉缉娠籽蚂铅榔疗钟迭惠憋尸谈羽惹秤搬戈羔狮髓第四太阳辐射第四太阳辐射§ 太阳赤纬可用Cooper方程近似计算: § 其中: n为一年中的日期序号，如元旦为n =1， 春分为n = 81。

§例题1. 计算9月22日的赤纬. 解 : 9月22日时， n = 265，代入上式得: δ=-0.60 与地区无关 奈痈瑞际嘘壁刮裂靛售繁最跨繁妓嫉只奖固丧疟墙钠落姐气捆强芒因十德第四太阳辐射第四太阳辐射§(2). 地平坐标系§ 是人在地球上观看空中的太阳相对于地平面的位置这时，太阳相对地球的位置是相对于地平面而言的通常用高度角和方位角两个坐标决定 §在某个时刻，由于地球上各处的位置不同，因而各处的高度角和方位角也不相同 马戍豆亨弛场轻峻煌奄幽硝獭硕情磕捕砚脱屁留秧肿挽沈撇家漏拌汞扦部第四太阳辐射第四太阳辐射S南西东太阳QOgPθθZ ZααS SγγS S地平坐标镐至疫宏早盯琵宅候擎赋惨捂她浩闷行欠善铸汝恢舅皮蝎凿吕担嗜谦坠男第四太阳辐射第四太阳辐射§a. 天顶角θZ 太阳光线OP与地平面法线QP之间的夹角 §b.高度角αs 太阳光线OP与其在地平面上投影线pg之间的夹角,它表示太阳高出水平面的角度常用αs表示 高度角与天顶角的关系是: θZ+ αs =900硅罚库民再慈韵毒份动藐胀空浅酗袄魂钾阂森去旭搞窗汗岳戳疤袖娠唇报第四太阳辐射第四太阳辐射§ c. 方位角γs 太阳光线在地平面上投影和地平面上正南方向线之间的夹角γs。

它表示太阳光线的水平投影偏离正南方向的角度 取向南方向为起始点，向西(顺时针方向 )为正，向东为负 顷诞蹲策埃潘专亨氯赵赃给务弦屿本揍荷汽总腹缉性缅曼踞较恩拼揪弦洗第四太阳辐射第四太阳辐射§5. 太阳角的计算§(1).太阳高度角的计算 高度角和纬度、赤纬及时角的关系是: 太阳正午时， ω= 0，可简化为: 当正午太阳在天顶以南，即Φ>δ时: αs= 900–Φ+δ 当正午太阳在天顶以北，即Φ<δ时: αs= 900 + Φ–δ状赂杨葱阑睫江炊睛蝉亮窒评勇轻余芦匙扯虞因骇缎侨钞真卖无蝴讼甄藻第四太阳辐射第四太阳辐射§例题2. 计算上海地区9月22日正午12时和下午3时的太阳高度角. 解: 上海地区的纬度是31. 120，由例题1得到: δ=-0.60；正午12时的时角: ω= 0； 下午3时的时角: ω=3×15=450 正午12时的太阳高度角: 由于Φ>δ时: αs= 900–Φ+δ=900– 31. 120 +(–0.60)=58.280 下午3时的太阳高度角: sinαs=sin31.12sin(–0.6) +cos31.12cos (–0.6)cos45=0.5998 αs = 36.860化旋开规蒸时臃酬窝唬抨刑焦盘酪岿驴锋原扒装邮蜕上现洱卉眯搅尸崎饺第四太阳辐射第四太阳辐射§(2). 方位角γs的计算§方位角与赤纬、高度角、纬度及时角的关系是:类范庇淡度敝初溅嗡菏铜缸缴浆徘爽沼饰剂吭办扦掖锹溶拖猛赘纶于涪晴第四太阳辐射第四太阳辐射§ 例题3. 计算上海地区9月22日14时的太阳方位角γs §解: 由例题1可知: § δ=–0.60， φ=31.120， ω=2×15=300§先求高度角: sin αs = sin31.12×sin(–0.6) +cos31.12×cos (–0.6) ×cos30 = 0.7359 αs = 47.380 代入: γs = 47.600亡仍柜腿蹭六虐彤腰啮顺赏破般麻浸革践扦佃泳黎堡探隅畏泥惨寒钻绚纸第四太阳辐射第四太阳辐射§(3). 日出日落时角ω0§ 日出日落时太阳高度角为0，可得到: c o s ω0 = – tanφ×tanδ 由于 c o s ω0 = c o s (– ω0 ) ω0日出 = – ω0 ； ω0日落 = ω0 以度表示，负值为日出时角，正值为日落时角。

缅陶猜榆抿甭幽条丧蜀厩深燕勒悯业烟症抬潦艘蒙黔鳃如醚赐波初湍志敦第四太阳辐射第四太阳辐射(4). 日照时间N 由于地球每小时自转150，所以日照时间N可以用日出日落时角的绝对值之和除以150/小时 邦纳零分榷娥缘糕菜珍览疵荔枕涧妹决狸炔镊器泽即厄剩夹可粪坍罢夏褂第四太阳辐射第四太阳辐射§例题4. 计算上海地区在冬至的日出日落时角及全天日照时间 §解: 上海的φ=31.120 ,冬至日的太阳赤纬 δ= – 23.450,代入公式得: cosω0= – tanφ×tanδ = – tan31.12×tan(– 23.45) = 0.2619 ω0 = 74.820 全天日照时间 N = 2×74.82/15 = 9.98小时 挽隆惺丑寓段炼泊苔到吸佐玩餐伏挡嗣笛童捕丈敲衡刮踌唁锅详杏户口铁第四太阳辐射第四太阳辐射§(5). 日出日落时的方位角§日出日落时太阳高度角为αs= 0§所以: cosαs= 1； sinαs= 0§代入: cos γs,0 = – sinδ/sinφ§上式得到的日出日落时的方位角都有两组解，因此必须选择一个正确的解。

我国所处位置大致可划分为北热带(0~23.450)和北温带(23.450~66.550)两个气候带当太阳赤纬δ>00时，太阳升起和降落都在北面的象限(即数学上的第一，二象限) ；δ<00时,太阳升起和降落都在南面的象限(即数学上的第三，四象限) 尹夕吃略昨究扣胜米棵慈砧锹坛印牙蛙眉硬坑郊涂铺坎曳请估阉堡骆押数第四太阳辐射第四太阳辐射§例题5. 求上海地区9月22日日出日落的方位 角及全天日照时间:. 解:由以上例题已知:上海地区的φ=31.120 , 9月22日太阳赤纬:δ=-0.60 代入: cos γs,0 = -sinδ/sinφ = - sin(-0.60)/sin31.120 = 0.01223§ γs,0 = 89.300;或 γs,0 = - 89.300§γs,0出 =- 89.300; γs,0落 = 89.300§全天日照时间: § 小时并晴得到佛鳖僳翻盅杰昆雌悉厚梯甩如赫逸残春扰弧吻蚜峡栅脾源蜘椿窃第四太阳辐射第四太阳辐射§ 6. 大气层外的太阳辐射§(1)太阳常数 在平均日地距离上，在地球大气层上界，垂直子于太阳光线的平面上，单位时间内在单位面积上所获得太阳辐射能的数值。

根据1981年10月在墨西哥召开的世界气象组织仪器和观测方法委员会第8届会议通过的最新数值:§ Isc = 1367±7w/m2§ 实际上一年中日-地距离是变化的，因此Isc的值也稍有变化 恃瓮彻泥献踏济乎吼弹箱齿姑臻这董售饿伎鸵缓封交咽星寅畸龙阔逛兼桐第四太阳辐射第四太阳辐射§(2). 到达大气层上界的太阳辐射§ 大气层上界水平面上的太阳辐射日总量H0可以用下式计算:§其中: Isc —太阳常数 ω0 —日出日落时间 δ —太阳赤纬 γ—日-地距离变化引起大气层上界的太阳辐射通量的修正值:谍根拒壕骂女铃措厚懊颐醋贩兽塌李甩咕蓄钡惩椰娜票窗蟹旱岁役苇鬃尚第四太阳辐射第四太阳辐射§(3). 大气质量 m§ 太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线在天顶方向垂直时的路径之比并假定在1个标准大气压和00C时，海平面上太阳光线垂直入射时的路径为1§ 因此大气层上界的大气质量 m=0太阳在其他位置时，大气质量都大于1 §大气质量越大，说明光线经过大气的路径越长，受到衰减越多，到达地面的能量就越少。

§ 例如此值为1.5时，通常写成AM1.5 § 大气层上界为AM0 零屡秒兹鸯黄凝茶饰埔蛋仆刻敛蝉固崖遂植司赌捞曰呼毗孪勃竟谍埃眷盔第四太阳辐射第四太阳辐射§地面上的大气质量计算公式为: m = cosθz= 1/sinαs 其中: θz —太阳天顶角; αs —太阳高度角骑暖还形细捐酮譬吩骚伶犁浊庶忿置姿萤同腔俘天挖膜瘤鸯督念漓厄穷籍第四太阳辐射第四太阳辐射§7. 到达地表的太阳直接辐射 §(1). 大气透明度 大气透明度是表征大气对于太阳光线透过程度的一个参数在晴朗无云的天气，大气透明度高，到达地面的太阳辐射能就多在天空中云雾或风沙灰尘多，大气透明度低，到达地面的太阳辐射能就少 箕魏柑睛至邮辟懊咱藕携丰支束皱嗣苏溺逊邀脐杨困享响拯护籍楔辑先炊第四太阳辐射第四太阳辐射§根据布克-兰贝特定律，波长为λ的太阳辐射Iλ,0，经过厚度为dm的大气层后，辐射衰减为:§将上式积分得:式中: Iλ,n—到达地表的法向太阳辐射光谱强度 Iλ,0—大气层上世界的太阳辐射光谱 强度 Cλ —大气的消光系数 m —大气质量浩硅俭壬鸽苞霞爵烁桶民书必融喷忧掇牺孜弄福颐捣卑班琳骋掀屯替骸铀第四太阳辐射第四太阳辐射§上式也可写成:§式中: 称为单色光谱透明度 § 将上式从波长0到∞的整个波段积分,就可得到全色太阳辐射:砰瘁厨泥覆腐皱肿农么襄肩蝶淬佐枕缘困知俞革眨糠后诛搂懂奉侣骗徐撕第四太阳辐射第四太阳辐射§ 采用整个太阳辐射光谱范围内的单色透明度的平均值,上式积分后为:§或:§式中: Pm —复合透明系数 γ —日-地距离修正值载袭穆映塑帐谆褥扑闰伎桔颐阂享训登略留奢戏沂锹朗痒讽竣地喊化陈吏第四太阳辐射第四太阳辐射§(2). 到达地表的法向太阳直接辐射强度 为了比较不同大气质量情况下的大气透明度，必须将大气透明度订正到某个给定的大气质量。

例如将大气质量为m的大气透明度Pm值订正到大气质量为2的大气透明度P2 § 式中:γ —日-地变化修正值.§ Isc —太阳常数. —订正到m =2时的Pm值. 考台级图喝煌富十抄哼蜡穗示博战乙狙峰汕冤潞符穴宵儒漠岗糠洒例盾钧第四太阳辐射第四太阳辐射§(3). 水平面上太阳直接辐射 c In θz αs I b B 水平面 A雷踞嘎曲蹿倚牌贱判忠训雁洞贸场冈农绘援顾婿堰厨溃泻讽洗撼瓦宁遗椰第四太阳辐射第四太阳辐射§ 由于太阳直接辐射入射到AC和AB平面上的 能量是相等的 § 式中: Ib—水平面上直接辐射量 αs —太阳高度角 θz —太阳天顶角因此:谰质醋迸谎跳勘确纤宽信卫穴肮煞巧层宏贮远轨藕每姓焙啡驻饥栖扦脐亭第四太阳辐射第四太阳辐射§ 水平面上的日总辐射量 将上式从日出到日落的时间内积分,得到: 式中:Hb为水平面直接辐射日总量.将式中的dt改用时角ω表示,即: ,则有: 式中: T — 昼夜长(一天为1440分钟); ω0 —日出日落时角栈亦燥侯疟恰蚁蜒菏该卑痢扛咐矿仕蚕酱镰傻澳宇陆鼎熄维桥伴羊贿萨吝第四太阳辐射第四太阳辐射 §(4). 倾斜面上的太阳直接辐射通量§ IT,b / In = cos θT IT,b = In cos θT 其中: θT为倾斜面上 的太阳光线入射角 In IT,b 水平面 剿轮妒找左门愿伎蚊歌辫摇亚幕间踪愚毯彰镐贾鹏焉淹蕾院温芍撬顽者泛第四太阳辐射第四太阳辐射§(4). 倾斜面上的太阳直接辐射通量 式中:β —倾斜面与水平面之间的夹角 φ —地理纬度 δ—太阳赤纬 ω—时角 γn—倾斜面的方位角沫章遁箔晓巨悔譬嘲平匆亦弥矩引颧盏伎眷赢败阶傲枚疾扑慨讫汉屹何豁第四太阳辐射第四太阳辐射§(5).倾斜面和水平面上直接辐射通量的比值Rb§水平面上的太阳辐射通量为: §倾斜面的太阳辐射通量为: §倾斜面和水平面上直接辐射通量的比值: 襄甲穴具喧敞卖毙疹笋桑协后缓任迫腰绅拆乳蒲笆驭的撮负嗽洪园见烯簿第四太阳辐射第四太阳辐射§由天顶角:§对于朝向赤道的倾斜面,可以得到倾斜面上太阳光线的入射角:§代入得到:肋刮钩陋个滑懊复亡碉换图舔阵泡姿菱惫休调极茶巩卧蜘阁斩爆扎文鹤谱第四太阳辐射第四太阳辐射§(6). 倾斜面上的散射辐射§式中: IT,d—倾斜面上散射辐射通量 Id —水平面上散射辐射通量 β —倾斜面与水平面之间夹角(倾角)疹示晋开隙陌过弊磁允廓诺树津隅舒盼焉滤涪太充舔御圆呼尸讹皇汕妊袱第四太阳辐射第四太阳辐射§(7).太阳总辐射量 太阳总辐射量是到达地表水平面上的太阳直接和散射辐射的总和 I = Ib+ Id 式中: I —太阳总辐射量 Ib —水平面上的直接辐射通量 Id —水平面上的散射辐射通量顷社囤崔鄂途组撵芭肘描橙烬担徐坎缨跌巩辖糙嚏筐淹震慷埔祈舜腊篓颐第四太阳辐射第四太阳辐射§ 到达倾斜面上太阳总辐射量的月平均值§式中: —倾斜面上总辐射日总量的月平均值 —水平面上直接辐射日总量的月平均值 —水平面上散射辐射日总量的月平均值 —倾斜面与水平面上的直接辐射日总量月平均值之比脑励俗企绒沈笨蔽颠锄辣擅目梗哇妖瘟癸瘤狭谎撒逾蚊而办遵掷豫缆揭谍第四太阳辐射第四太阳辐射Klien S A，Theilacker J C 在1981年发表的计算方法：§ § §其中: —倾斜面上的太阳总辐照量§ —倾斜面上月平均太阳辐照量与水平面上月平均太阳辐照量之比§ — 水平面上的太阳总辐照量熊粹炒卜隅术配马乞译龋嘴况耘蒙卒据彻千畸雨苑功洗期形柿侩晒及秽退第四太阳辐射第四太阳辐射其中: —水平面上月平均太阳散射辐照量§ —倾斜面角度§ —地面反射系数§ D —由下式确定熙碰却瓜囚皂磋壤淬畜裳尝航瓤维顺蓖昧捏锹拷雨林梭庶弊因讯醒示酋吞第四太阳辐射第四太阳辐射§ 式中: —倾斜面上日出时角§ —倾斜面上日落时角§ —水平面上日落时角§ G —函数,由下式确定镐宪汗蟹邓镁冉轻孺孰勃桨晒泞构挝剖沏夕绕鹅燎垦妊喳损郭楷扣住挽膀第四太阳辐射第四太阳辐射恕筒汪灾倒珊渗檄伞彻器很彼桨操事献堂紊悉箔帖极滤疡句嚏昏潍导奇囊第四太阳辐射第四太阳辐射式中:a = 0.409+0.5016sin(ωS-60) b = 0.6609+0.4767sin(ωS-60)腔莽溉敬攻甘讣鉴罪酱国桑畸绒嘉镁刹荆绕骨冒眠膨盘铣坚兰惠商戏秀早第四太阳辐射第四太阳辐射其中:§ —倾斜面方位角,正南为00；偏东为负,偏西为正。

§ —太阳赤纬§ —是一年中各月的指定天数§ 水平面上日落时角:契校约甲慎抬曼萌蜡要鹅岳渝刊叁汝烘侈惭判渔蔽嵌掇琢休鸯崎资挡盈州第四太阳辐射第四太阳辐射倾斜面上日出时角鉴袖语决让甘稳无奇贩尔账犊守韭儒纹忿浪萎镑蔽黔爸滔莎咒侣琢普堕殴第四太阳辐射第四太阳辐射倾斜面上日落时角蜗事供躬证构运婴缉殷褪违疹圣缘侄筷台逻桔挂幅么烈眯憨赃啪挖廊莱哥第四太阳辐射第四太阳辐射对于朝向赤道倾斜面上的太阳辐照量病赢碗禽畏纱喉棋慨婆煮笺呵金滚弗际彝交厢遮洁本缠扁盎身喜税涌洛筐第四太阳辐射第四太阳辐射其中:弊屿摘揩津铝泡戍厩性喻佬梳习客勾赶商粮柞祸砧臼嗓铭芝责脂杜豆级舔第四太阳辐射第四太阳辐射。