第四太阳辐射.ppt
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1、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1.4122107km3,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。,太阳外貌,太阳的表面温度约57000C,中心高达2107 0C,压力约为2000多亿个大气压。太阳的质量约1.98921027 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。,太阳每秒钟释放出的能量是3.8651026J,相当于每秒钟燃烧1.321016标准煤所发出的能量。太阳发出的能量
2、大约只有1/22亿到达地球,大约为173104亿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%(81104亿KW)。,太阳能量在大气层中的吸收,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%。,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(
3、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)。,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/cm2,3.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.,地球公转,日地运动,地球的自转轴与公转运行的轨道面(
4、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。,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。,(1).赤道坐标系 是以天赤道QQ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(S)的半园也垂直于天赤道,两者相交于B点。在赤
5、道坐标系中,太阳的位置S由下列两个坐标决定:,赤道坐标,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,通常以表示。对于太阳来说,春分和秋分日的=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。,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:=-0.60 与地区无关
6、。,(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。,地平坐标,a.天顶角Z 太阳光线OP与地平面法线QP之间的夹角。b.高度角s 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s表示 高度角与天顶角的关系是:Z+s=900,c.方位角s 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s。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。,
7、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,=0,可简化为:当正午太阳在天顶以南,即时:s=900+当正午太阳在天顶以北,即时:s=900+,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:=-0.60;正午12时的时角:=0;下午3时的时角:=315=450 正午12时的太阳高度角:由于时:s=900+=900 31.120+(0.60)=58.280 下午3时的太阳高度角:sins=sin31.12sin(0.6)+cos31.12cos(0.6)cos45=0.5998 s=36.
8、860,(2).方位角s的计算方位角与赤纬、高度角、纬度及时角的关系是:,例题3.计算上海地区9月22日14时的太阳方位角s 解:由例题1可知:=0.60,=31.120,=215=300先求高度角:sin s=sin31.12sin(0.6)+cos31.12cos(0.6)cos30=0.7359 s=47.380 代入:s=47.600,(3).日出日落时角0 日出日落时太阳高度角为0,可得到:c o s 0=tantan 由于 c o s 0=c o s(0)0日出=0;0日落=0 以度表示,负值为日出时角,正值为日落时角。,(4).日照时间N 由于地球每小时自转150,所以日照时间N
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