太陽(yáng)輻射知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)介課件

太陽(yáng)輻射知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)介太陽(yáng)輻射知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)介1地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律地球的公轉(zhuǎn)與赤緯角地軸：貫穿地球中心與南、北極相連的線自轉(zhuǎn)：地球繞地軸的轉(zhuǎn)動(dòng)Rotation：Earthrotatesonitsaxisonceevery24hours。公轉(zhuǎn)：地球在橢圓形軌道上圍繞太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行周期為一年。Revolution：EarthrevolvesaroundtheSun，Voyagetakesoneyear黃道平面：地球公轉(zhuǎn)的橢圓軌道平面eclipticplane(planeoforbitofearth)。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律地球的公轉(zhuǎn)與赤緯角2RevolutionandRotationRevolutionandRotation3地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律橢圓的偏心率：１月１日近日點(diǎn)（perihelion）時(shí)，日地距離為147.1×106km，７月１日遠(yuǎn)日點(diǎn)（aphelion）時(shí)為152.1×106km，相差約為３％。Theshapeoftheearth’spatharoundthesunrangesfromanearlyperfectcircletoamoreellipticshapeoverthe100,000-yearcycle(eccentricity).地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律橢圓的偏心率：１月１日近日點(diǎn)（perih4赤道平面與黃道平面的夾角為23°27′，始終不變。TiltofEarth’saxis:Axisistilted23.5°fromplaneofecliptic。赤緯角δ（Solardeclination）：地心與太陽(yáng)中心的連線（即午時(shí)太陽(yáng)光線）與地球赤道平面的夾角是一個(gè)以一年為周期變化的量，它的變化范圍為±23°27′，這個(gè)角就是太陽(yáng)赤緯角。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律赤道平面與黃道平面的夾角為23°27′，始終不變。地球繞太陽(yáng)5AxialTiltandParallelismAxialTiltandParallelism6地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律赤緯角是地球繞日運(yùn)行規(guī)律造成的特殊現(xiàn)象，它使處于黃道平面不同位置上的地球接受到的太陽(yáng)光線方向也不同，從而形成地球四季的變化，如圖所示。北半球夏至（6月22日）即南半球冬至，太陽(yáng)光線正射北回歸線δ＝23°27′；北半球冬至（12月22日）即南半球夏至，太陽(yáng)光線正射南回歸線，δ＝－23°27′；春分及秋分太陽(yáng)正射赤道，赤緯角都為零，地球南、北半球日夜相等。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律赤緯角是地球繞日運(yùn)行規(guī)律造成的特殊現(xiàn)象，7JuneSolstice(SummerSolstice)

June20-21JuneSolstice(SummerSolstice8SeptemberEquinox(AutumnalEquinox)

September22-23SeptemberEquinox(AutumnalEq9DecemberSolstice(WinterSolstice)

December21-22DecemberSolstice(WinterSols10MarchEquinox(VernalEquinox)

March20-21MarchEquinox(VernalEquinox)11ReasonsforseasonsRevolutionRotationTiltofEarth’saxisAxialparallelismSphericity地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律Reasonsforseasons地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律12AnnualMarchoftheSeasonsAnnualMarchoftheSeasons13地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律每天的赤緯角可由下式計(jì)算：式中ｎ是所求日期在一年中的日子數(shù)，也可借助表２-１查出。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律每天的赤緯角可由下式計(jì)算：14地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律表2-1推薦每月的平均日及相應(yīng)的日子數(shù)地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律表2-1推薦每月的平均日及相應(yīng)的日子數(shù)15地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)

地球自轉(zhuǎn)：每轉(zhuǎn)一周（360°）為一晝夜（24小時(shí)），每小時(shí)相當(dāng)于地球自轉(zhuǎn)15°當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)：當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)的中午12點(diǎn)（午時(shí)），陽(yáng)光正好通過當(dāng)?shù)刈游缇€，即在空中最高點(diǎn)處，它與日常使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間并不一致。轉(zhuǎn)換公式為：地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)地球自轉(zhuǎn)：每轉(zhuǎn)一周（360°）為一晝夜（16地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)式中 Ｌst—當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間采用的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)度（°）； Ｌloc—當(dāng)?shù)亟?jīng)度，（°）。

±—所在地點(diǎn)在東半球取負(fù)號(hào)，西半球取正號(hào)。我國(guó)以北京時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，前式成為 太陽(yáng)時(shí)＝北京時(shí)＋Ｅ-4（120-Lloc）

地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)式中17地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)

兩項(xiàng)修正第一項(xiàng)Ｅ：是地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)動(dòng)和轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生的修正，時(shí)差Ｅ以分為單位，可按下式計(jì)算式中ｎ為所求日期在一年中的日子數(shù)，1≤ｎ≤365。地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí) 兩項(xiàng)修正18地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)第二項(xiàng)是考慮所在地區(qū)的經(jīng)度Lloc與制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的經(jīng)度（我國(guó)定為東經(jīng)120°）之差所產(chǎn)生的修正。經(jīng)度每相差１°，在時(shí)間上就相差４min，所以公式中最后一項(xiàng)乘４，單位也是分。地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)第二項(xiàng)是考慮所在地區(qū)的經(jīng)度Lloc與制定標(biāo)19地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)時(shí)角：用角度表示的太陽(yáng)時(shí)叫太陽(yáng)時(shí)角，以表示。它是以一晝夜為變化周期的量，太陽(yáng)午時(shí)=0，上午取負(fù)值，下午取正值。每晝夜變化為180，每小時(shí)相當(dāng)于15，例如上午10點(diǎn)相當(dāng)于=-30；下午3點(diǎn)，=-45。地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)時(shí)角：用角度表示的太陽(yáng)時(shí)叫太陽(yáng)時(shí)角，以20太陽(yáng)輻射度

大氣層外的太陽(yáng)輻照度隨著日地距離的改變，在±３％范圍內(nèi)變化。它可由下式確定：

這里Gon

是一年中第ｎ天在法向平面上測(cè)得的大氣層外的輻照度，Gsc

為太陽(yáng)常數(shù)。太陽(yáng)輻射度 21與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)太陽(yáng)輻射按方向可分為：直射輻射（又稱直達(dá)輻射或束輻射）———直接來自太陽(yáng)而不改變方向的太陽(yáng)輻射。散射輻射（又稱擴(kuò)散輻射或天空輻射）———受大氣層散射影響而改變了方向的太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)總輻射———接受到的太陽(yáng)輻射總和，等于直射輻射加散射輻射。總輻射的概念有時(shí)用來表示太陽(yáng)光譜在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的積分值。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)太陽(yáng)輻射按方向可分為：22a–c.Solarradiationpaths.aDirect.bDiffuse.cReflectea–c.Solarradiationpaths.a23與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)按波長(zhǎng)可分為短波幅射和長(zhǎng)波輻射兩類太陽(yáng)輻射（短波輻射）———由太陽(yáng)產(chǎn)生的輻射，波長(zhǎng)范圍由～ｍ。它包含直射和散射輻射。長(zhǎng)波輻射———任何物體當(dāng)其溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，都會(huì)發(fā)射輻射能。當(dāng)物體溫度接近環(huán)境溫度時(shí)，發(fā)出的輻射波長(zhǎng)一般都大于3μm。如大氣、集熱器、地面或任何其他常溫物體發(fā)出的都是長(zhǎng)波輻射。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)按波長(zhǎng)可分為短波幅射和長(zhǎng)波輻射兩類24與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)輻射量（名稱用得不統(tǒng)一）輻［射］能單位為焦（Ｊ）；輻［射］能密度（輻照量）單位為Ｊ／ｍ2；輻［射能］通量（輻［射］功率）單位為Ｗ；輻［射能］通量密度（輻［射］能流率）單位為Ｗ／ｍ2。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)輻射量（名稱用得不統(tǒng)一）25與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)考慮到輻射可區(qū)分為發(fā)射和接收兩種情況，因而又派生出一些專有名詞。如輻［射］照度和輻［射］出［射］度，前者指照射到單位表面上的輻通量，后者是單位表面發(fā)出的輻通量，單位一樣但含義不同，必須嚴(yán)格加以區(qū)分。以后見到單位為Ｗ／ｍ2的量，它可能是輻照度也可能是輻出度，把它稱為輻通量密度總是對(duì)的。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)考慮到輻射可區(qū)分為發(fā)射和接收兩種情26與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)本書常采用輻照度Ｇ（Ｗ／ｍ2）和輻照量Ｈ或Ｉ（Ｊ／ｍ2）。太陽(yáng)輻照量可通過輻照度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)積分求得，全天的用符號(hào)Ｈ表示，一小時(shí)的用Ｉ表示，單位都是Ｊ／ｍ2或ＭＪ／ｍ2。Ｇ。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)本書常采用輻照度Ｇ（Ｗ／ｍ2）和輻27與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)Ｈ，Ｉ符號(hào)下面可加注角標(biāo)，Ｈ上面可加一橫表示月平均。角標(biāo)有：ｏ———大氣層外ｂ———直射輻射；ｄ———散射輻射；Ｔ———傾斜平面；ｎ———法向平面。

若角標(biāo)中不出現(xiàn)Ｔ和ｎ就代表水平面，不出現(xiàn)ｂ和ｄ就代表總輻射。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)Ｈ，Ｉ符號(hào)下面可加注角標(biāo)，Ｈ上面28集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義太陽(yáng)入射角θ：太陽(yáng)光線與集熱器表面法線之間的夾角θ，稱為太陽(yáng)光線的入射角。太陽(yáng)光線可分為兩個(gè)分量，一個(gè)垂直于集熱器表面，一個(gè)平行于集熱器表面，只有前者的輻射能被集熱器所截取。由此可見，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)使入射角θ越小越好。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算有關(guān)角度的定義29集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義

太陽(yáng)高度角α：從地面某一觀察點(diǎn)向太陽(yáng)中心作一條射線，該射線在地平面上有一投影線，這兩條線的夾角α叫太陽(yáng)高度角。該射線與地面法線的夾角叫太陽(yáng)天頂角θｚ。這兩個(gè)角度互為余角。假如集熱器水平放置，則入射角θ與高度角α互為余角。太陽(yáng)方位角γs：地面上投影線與正南方的夾角γs

為太陽(yáng)的方位角。并規(guī)定正南方為零度，向西為正，向東為負(fù)。它的變化范圍是－１８０°～＋１８０°。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 有關(guān)角度的定義30集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義

集熱器方位角γ：集熱器表面法線在地平面上的投影線與正南方的夾角γ為集熱器的方位角。度量方法與太陽(yáng)方位角γｓ相同。集熱器傾斜角β：集熱器平面與水平面的夾角β叫集熱器傾斜角。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 有關(guān)角度的定義31集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算32集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義

太陽(yáng)入射角θ：太陽(yáng)光線與集熱器表面法線之間的夾角θ，稱為太陽(yáng)光線的入射角。太陽(yáng)光線可分為兩個(gè)分量，一個(gè)垂直于集熱器表面，一個(gè)平行于集熱器表面，只有前者的輻射能被集熱器所截取。由此可見，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)使入射角θ越小越好。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 有關(guān)角度的定義33集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式

太陽(yáng)入射角θ：θ＝ｆ（δ，，β，γ，ω），它是太陽(yáng)赤緯角δ，地理緯度；集熱器的傾斜角β和方位角γ以及太陽(yáng)時(shí)角ω的函數(shù)。公式為：集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式34集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式

整理后寫成：用此公式（２－６）可以求出處于任何地理位置、任何季節(jié)、任何時(shí)候、太陽(yáng)能集熱器處于任何幾何位置上的太陽(yáng)入射角。由此可見，這是一個(gè)重要公式。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式35集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

各種情況的討論

若集熱器方位角γ＝０，公式變?yōu)椋捍耸剑ǎ玻罚┱f明，北半球緯度為處，朝南放置（γ＝０）、傾角為β的集熱器表面上的太陽(yáng)入射角，等于假想緯度（－β）處水平表面上的入射角。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 各種情況的討論36集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

各種情況的討論在前一假定的基礎(chǔ)上，若把集熱器傾斜角置于和當(dāng)?shù)鼐暥冉窍嗤?，即β＝，上式?jiǎn)化為若β＝０°，公式（２-６）和（２-７）都變?yōu)椋哼@是集熱器在水平位置上入射角的計(jì)算公式，也是太陽(yáng)高度角α的算式（２－９）。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 各種情況的討論37集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

式（２－９）的幾種特殊情況

（１）在正午時(shí)刻，時(shí)角ω＝０°，變?yōu)椋喝簦溅模瑒t太陽(yáng)高度角α＝９０°。這就是說，最大的太陽(yáng)輻射發(fā)生在緯度剛好等于該日太陽(yáng)赤緯角的那些地區(qū)的正午時(shí)刻。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 式（２－９）的幾種特殊情況38集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

式（２－９）的幾種特殊情況

（２）若在春、秋分日的正午時(shí)刻，即δ=0°；ω=0°，上式變成

這說明太陽(yáng)高度角隨緯度增加而減小。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 式（２－９）的幾種特殊情況39集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

式（２－９）的幾種特殊情況

（３）每天日出及日落時(shí)刻，太陽(yáng)處于地平面上，此時(shí)太陽(yáng)高度角α＝０°，上式變?yōu)檫M(jìn)一步：根據(jù)此式可求出地面上任何地區(qū)、任何一天的日出和日落時(shí)的時(shí)角。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 式（２－９）的幾種特殊情況40集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式

對(duì)于聚光型太陽(yáng)能集熱器，往往需要跟蹤太陽(yáng)，對(duì)于不同的跟蹤方式，式（２-６）的形式也不同。（１）集熱器平面沿東西向的水平軸，每天調(diào)節(jié)一次，以使中午太陽(yáng)光始終保持與集熱器相垂直，則有：

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式41集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式

（２）為使太陽(yáng)入射角最小，集熱器平面連續(xù)沿著東西向的水平軸調(diào)節(jié)，則有：

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式42集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式

（３）為使太陽(yáng)入射角最小，集熱器平面連續(xù)沿著南北向的水平軸調(diào)節(jié)，則有：集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式43集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式

（４）集熱器平面連續(xù)沿著平行于地球自轉(zhuǎn)軸方向的南北軸調(diào)節(jié)，公式成為（５）集熱器沿雙軸連續(xù)跟蹤，始終使太陽(yáng)光垂直于集熱器平面，此時(shí)

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式44HorizontalplaneextraterrestrialandterrestrialirradiationsHorizontalplaneextraterrestr45地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射

任何地區(qū)、任何一天、白天內(nèi)的任何時(shí)刻，大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻照度可由下式計(jì)算。Ｇsc是太陽(yáng)常數(shù)，ｎ為所求日期在一年中的日子數(shù)，cosz可從式（２-９）求得。因而(2-24)，地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射任何地區(qū)、任何一天、白天內(nèi)的46地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射常常需要知道大氣層外水平面上，１天內(nèi)太陽(yáng)的輻照量Ｈ0(J／m2)，它可通過對(duì)上式從日出到日落時(shí)間區(qū)間內(nèi)的積分求出。

2-25ωs是日落時(shí)角，單位是度，可用式（2-10）求出。地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射常常需要知道大氣層外水平面上，47地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射至于計(jì)算大氣層外水平面上，每小時(shí)內(nèi)太陽(yáng)的輻照量I0，可通過對(duì)式（２-２４）在１ｈ內(nèi)的積分求得。ω1對(duì)應(yīng)１ｈ的起始時(shí)角，ω2是終了時(shí)角，ω２大于ω1。地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射至于計(jì)算大氣層外水平面上，每小48地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射49地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射地球大氣層外水平面上的太陽(yáng)輻射50

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減

1．大氣的吸收對(duì)于太陽(yáng)輻射光譜范圍內(nèi)的絕大部分單色光束來說，通過大氣后由于吸收的衰減，都遵循布給(P．Bouguer，1729)—朗伯(J．H.Lambert,1760)定律： 其中和分別為在地面上和大氣上界給定波長(zhǎng)A的太陽(yáng)輻照度，為單色透過率，為單色衰減系數(shù)，m為相對(duì)大氣光學(xué)質(zhì)量或簡(jiǎn)稱大氣質(zhì)量。太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減1．大氣的吸收51應(yīng)當(dāng)指出，布給—朗伯定律是在均勻介質(zhì)條件下得到的，這就要求大氣中各處的溫度、濕度和氣壓等項(xiàng)參數(shù)都是相同的，而在實(shí)際大氣中是無法滿足這樣嚴(yán)格的條件的。例如，大氣中的溫度和壓力均隨高度而改變，甚至其部分組成成分，諸如水蒸氣、臭氧和氣溶膠的含量等，也隨高度的不同而有所變化。因此，實(shí)際上大氣是一種不均勻介質(zhì)。通常為了討論問題方便起見，引入均質(zhì)大氣的概念，這是一種有條件的大氣，其中空氣密度到處都相同，組成成分也與實(shí)際大氣無異，且地面氣壓p亦與實(shí)際大氣相同。由此顯見，均質(zhì)大氣與實(shí)際大氣的主要區(qū)別就在于前者的高度H只是一個(gè)完全確定的數(shù)值，并滿足下式

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減應(yīng)當(dāng)指出，布給—朗伯定律是在均勻介質(zhì)條件下得到的，這就要求大52

其中g(shù)為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。取?biāo)準(zhǔn)狀況(氣溫t0＝0℃，氣壓p0＝1.0133×l05Pa)下、緯度45°處海平面上的均質(zhì)大氣為標(biāo)準(zhǔn)均質(zhì)大氣，此時(shí)空氣密度0＝1.29×103kgm-3，重力加速度g0＝9.806m·s2，由此可以求得由以上兩式可以導(dǎo)出

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減53引入均質(zhì)大氣的概念后，即可將太陽(yáng)輻射通過大氣層的路徑用長(zhǎng)度單位表示出來。但在習(xí)慣上，計(jì)量光程長(zhǎng)短往往不用長(zhǎng)度單位而用所謂的相對(duì)大氣光學(xué)質(zhì)量m：以太陽(yáng)位于天頂時(shí)光線從大氣上界至海洋面的距離為一個(gè)單位，去度量太陽(yáng)位于其它位置時(shí)從大氣上界至同一海平面的距離值。應(yīng)當(dāng)指出，這個(gè)術(shù)語(yǔ)的使用很不恰當(dāng)，因?yàn)樗c通常意義下的質(zhì)量根本無關(guān)。大氣質(zhì)量：太陽(yáng)直射光線通過大氣層時(shí)的實(shí)際光學(xué)厚度與大氣層法向厚度之比，用符號(hào)ｍ表示。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減引入均質(zhì)大氣的概念后，即可將太陽(yáng)輻射通過大氣層的路徑用長(zhǎng)度單54SolarradiationpathsSun’sangleanddistancethroughatmosphereSolarradiationpathsSun’sang55由圖可見，當(dāng)θｚ＝０°時(shí)，太陽(yáng)在天頂，ｍ＝１；當(dāng)θｚ＝６０°時(shí)，ｍ＝２。太陽(yáng)高度角ａ越小，ｍ越大，地面受到的太陽(yáng)輻射越少。當(dāng)ａ＝０°時(shí)，對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)落山的情形。夏至?xí)r，處于北回歸圈地區(qū)，該天的赤緯角δ正好和地理緯度φ相等，午時(shí)太陽(yáng)高度角ａ＝９０°使ｍ＝１，陽(yáng)光最強(qiáng)烈。這天北極的太陽(yáng)高度角為23.5°。盡管日照２４ｈ，但太陽(yáng)光線通過大氣層的路徑約為北回歸線處的倍，輻射量較小，加上冰雪的高反射率，不易吸收陽(yáng)光等因素，是造成極區(qū)嚴(yán)寒的原因。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減求算相對(duì)大氣光學(xué)質(zhì)量的近似表達(dá)式如下式所示：太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減求算相對(duì)大氣光學(xué)質(zhì)量的近似表達(dá)式如56右圖給出五種不同大氣質(zhì)量的太陽(yáng)輻射光譜，ｍ＝1，4，7，10。它們是在很潔凈大氣條件下繪制的，大氣中凝結(jié)水高度為20ｍｍ，臭氧層為ｍｍ。其中ｍ＝０，代表大氣層外的太陽(yáng)輻射光譜，不受大氣層影響。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減右圖給出五種不同大氣質(zhì)量的太陽(yáng)輻射光譜，ｍ＝1，4，7，1572．大氣的散射：太陽(yáng)輻射作為電磁波入射到大氣層中時(shí)，與大氣中物質(zhì)(氣、液、固)內(nèi)的電子發(fā)生相互作用，電磁波的電場(chǎng)使物質(zhì)中的電子受到加速，這些加速的電子沿不同方向輻射出電磁波．因此，沿原來入射波方向的輻射將有所減弱，所減弱的能量分布到其它方向上去．電磁波的散射是自然界中重要而普遍的現(xiàn)象之一，有著十分廣泛的應(yīng)用。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減2．大氣的散射：太陽(yáng)輻射作為電磁波入射到大氣層中時(shí)，與大氣中58按照入射波和散射波的頻率有無變化，散射還可以分為彈性的和非彈性的兩類。前者在散射過程中電磁波只有相移而沒有頻移，這主要是由于熱力學(xué)漲落(例如溫度漲落和密度漲落、懸浮微粒等)所引起的。在固體中，這種效應(yīng)往往被缺陷和雜質(zhì)的散射所掩蓋。在流體中，假設(shè)散射粒子的線度遠(yuǎn)小于入射光的波長(zhǎng)，則即可導(dǎo)出下列瑞利(T．B．Rayleigh，1871)散射定律；

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減按照入射波和散射波的頻率有無變化，散射還可以分為彈性的和非彈59式中，E(o)和分別是入射波的輻照度和波長(zhǎng)；E(0)是在(R，)處的散射波輻照度；d是散射粒子數(shù);V是粒子的體積；n是流體的折射率；是入射線與散射線之間的夾角，通常稱為散射角。由上式可見，散射波的輻照度與入射波波長(zhǎng)的四次方成反比，意即在可見光頻譜中，＝400nm的紫光散射輻照度要比＝700nm的紅光散射輻照度大10倍左右．下表中列出了可見光頻譜中6種譜色的相對(duì)輻照度E／Er，其中Er表示紅光散射輻照度。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減60相對(duì)福照度紅橙黃綠藍(lán)紫E/Er12.02.53610表——根據(jù)瑞利散射定律計(jì)算出的6種譜色的相對(duì)輻照度當(dāng)太陽(yáng)輻射進(jìn)入大氣層中時(shí)，頻譜中各種成分受到大氣分子散射的結(jié)果使天空呈現(xiàn)淺藍(lán)色，這一顏色是上表中列出的6種譜色的相對(duì)輻照度的混合產(chǎn)物。日出或日落時(shí)，太陽(yáng)輻射穿過較厚的大氣層，除紅色外，日光中的其它譜色都被強(qiáng)烈地散射掉，因而太陽(yáng)呈現(xiàn)紅色。如果散射粒子的線度和波長(zhǎng)相當(dāng)于或大于波長(zhǎng)，則此時(shí)散射波輻照度與入射波頻率幾乎無關(guān)，這種散射稱為廷德耳(J．Tyndall，1869)效應(yīng)．在云層中，水滴的線度大于可見光波長(zhǎng)，因而呈現(xiàn)白色。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減相對(duì)福照度紅橙黃綠藍(lán)紫E/Er12.02.53610表——根61此外，1928年C．V喇曼(Raman)發(fā)現(xiàn)了光在水及其它多種液體、一些氣體與蒸氣以及潔凈的冰中還會(huì)發(fā)生非彈性散射，即除有頻率(或波長(zhǎng))不變的瑞利散射光外，還有頻率減小()和增大()的散射光，分別稱為G．G．斯托克斯(Stokes)線和反斯托克斯線，頻率差即等于分子中原子振動(dòng)的頻率(一般在紅外波段)．這種散射稱為喇曼散射，其輻照度遠(yuǎn)較瑞利散射為小。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減此外，1928年C．V喇曼(Raman)發(fā)現(xiàn)了光在水及其它多623．太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減：根據(jù)以上所述，可將(1—4—1)式中的單色透過率表示成

(1—4—20)式中is和ia分別為某種散射和吸收過程所具有的單色透過因子；而單色衰減系數(shù)則可表為

(1—4—21)式中cis和cia分別表示由于某種散射和吸收過程所導(dǎo)致的單色太陽(yáng)輻照度的衰減程度。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減3．太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減：太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減63就目前已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知或c主要由四部分所組成，即

（1-4-22）

和（1-4-23）

現(xiàn)在分別討論如下：

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減就目前已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可知或c主要由四部分所組成，64表——C1、C2、C

3與的關(guān)系

瑞利散射．按文獻(xiàn)，大氣中分子散射的單色衰減系數(shù)為

(1—4—24)

將C1值隨波長(zhǎng)的變化列于右表中．

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減表——C1、C2、C3與的關(guān)系 瑞利散射．按文獻(xiàn)65

(2)臭氧吸收．對(duì)太陽(yáng)輻射來說，臭氧有兩個(gè)吸收帶，其中主要的強(qiáng)吸收帶在m的紫外區(qū)內(nèi)，尤其是對(duì)＜m的太陽(yáng)輻射幾乎能全部吸收；另一個(gè)弱吸收帶在m的可見光區(qū)內(nèi)。此外，臭氧在大氣中的分布是不均勻的，主要包含在地球表面以上2330km、厚約1015km的大氣層中，表征臭氧吸收的單色衰減系數(shù)C2隨波長(zhǎng)的變化也列于前表中。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減(2)臭氧吸收．對(duì)太陽(yáng)輻射來說，臭氧有兩個(gè)吸收帶，其中主要66(3)煙霧散射。在大氣中懸浮的煙霧顆粒有塵埃、水滴等．煙霧對(duì)太陽(yáng)輻射的散射過程很復(fù)雜，它與煙霧顆粒的線度、形狀、密度以及光學(xué)性質(zhì)有關(guān)，且又隨時(shí)間、地點(diǎn)和高度而變化．安格斯特羅姆(Angstrom,1929—30)提出了一個(gè)計(jì)算煙霧散射衰減系數(shù)C3的簡(jiǎn)化公式：式中，為安格斯待羅姆系數(shù)或稱混濁度系數(shù)；為波長(zhǎng)指數(shù)；為波長(zhǎng)(m)．其中。，兩個(gè)參數(shù)的值按大氣的污染程度而定：對(duì)于非常清潔的大氣，?。剑?；對(duì)于比較清潔的大氣，?。剑?；對(duì)于大城市或工業(yè)中心比較混濁的大氣，?。剑?；而對(duì)于非常混濁的大氣，則?。剑?，前表中列出了最后一種情況下的C3值．從整體上反映了粒子數(shù)成分多少,越小,則大氣中大粒子較多。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減(3)煙霧散射。在大氣中懸浮的煙霧顆粒有塵埃、水滴等．煙霧對(duì)67(4)水蒸氣吸收．水蒸氣在紅外區(qū)對(duì)太陽(yáng)輻射具有強(qiáng)烈的選擇性吸收能力．最強(qiáng)的吸收帶位于m和m附近，這兩個(gè)波長(zhǎng)附近的太陽(yáng)輻射幾乎全部可被水蒸氣所吸收；比較強(qiáng)的吸收帶則分別位于m．m和m附近。對(duì)于不同的光譜波長(zhǎng)，水蒸氣吸收的透過因子4具有下列兩種不同的形式：或 (1—4-27)式中w為大氣中的水蒸氣含量，以凝結(jié)水的高度(單位為mm)表示，m為相對(duì)大氣光學(xué)質(zhì)量，k1和k2為水蒸氣在不同波長(zhǎng)下的系數(shù)，其值由表中查取。

太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減(4)水蒸氣吸收．水蒸氣在紅外區(qū)對(duì)太陽(yáng)輻射具有強(qiáng)烈的選擇性吸68如前所述，由于太陽(yáng)輻射通過大氣層時(shí)，經(jīng)受多種吸收和散射過程，因此到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射光語(yǔ)顯然與大氣上界處的情況有相當(dāng)明顯的差別。下頁(yè)兩圖分別表示在非常清潔(＝和＝0.02)和比較清潔(＝和＝0.04)的空氣的條件下，當(dāng)大氣質(zhì)量為1，4，7，10(分別對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)天頂角為0°，75.5°，81.7°和84.3°)時(shí)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射光譜分布情況。

到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射光譜如前所述，由于太陽(yáng)輻射通過大氣層時(shí)，經(jīng)受多種吸收和散射過程，69到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射光譜到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射光譜70大氣中的空氣分子、水蒸氣和灰塵會(huì)使太陽(yáng)光線的能量減小并改變其傳播方向，這種衰減和變向的綜合作用稱為散射。此外，還要考慮大氣中氧、臭氧、水分、二氧化碳對(duì)輻射的吸收作用。紫外線部分主要被Ｏ3吸收，紅外線由Ｈ２Ｏ及ＣＯ２吸收。到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射光譜大氣中的空氣分子、水蒸氣和灰塵會(huì)使太陽(yáng)光線的能量減小并改變其71小于ｍ的短波幾乎全被大氣上層的臭氧吸收，在～ｍ范圍內(nèi)臭氧的吸收能力降低，但在ｍ處還有一個(gè)弱吸收區(qū)。水蒸氣在，和ｍ處都有強(qiáng)吸收帶。大于ｍ的輻射大部分被H2O和CO2吸收，到達(dá)地面時(shí)不到大氣層外總輻射的５％。考慮到大氣的散射和吸收，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射中紫外線范圍占５％（大氣層外為７％），可見光占45％（大氣層外為％），紅外線占50％（大氣層外為％）。到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射光譜小于ｍ的短波幾乎全被大氣上層的臭氧吸收，在～ｍ范圍內(nèi)臭氧的72SolarspectrumEMspectrumSolarspectrumEMspectrum73大氣透明度τ（或混濁度）是另一重要指標(biāo)。它是氣象條件、海拔高度、大氣質(zhì)量、大氣組分（如水汽和氣溶膠含量）等因素的復(fù)雜函數(shù)。中外科學(xué)家在這方面都做了許多研究，想通過建立大氣透明度的精確模型直接計(jì)算到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射量。下面介紹Hottle(1976年)提出的標(biāo)準(zhǔn)晴空大氣透明度計(jì)算模型。對(duì)于直射輻射的大氣透明度τb，可由下式計(jì)算，即大氣透明度計(jì)算模型大氣透明度τ（或混濁度）是另一重要指標(biāo)。大氣透明度計(jì)算模型74式中a0，a1和k是具有23km能見度的標(biāo)準(zhǔn)晴空大氣的物理常數(shù)。當(dāng)海拔高度小于時(shí)，可首先算出相應(yīng)的再通過考慮氣候類型的修正系數(shù)最后求出a0，a1和k。大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響式中a0，a1和k是具有23km能見度的標(biāo)準(zhǔn)晴空大氣的物理75的計(jì)算公式為其中，A為海拔高度，單位是km。修正系數(shù)由表2-4給出。大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響的計(jì)算公式為大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響76大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響77對(duì)于散射輻射，相應(yīng)的大氣透明度為上述大氣透明度公式是在標(biāo)準(zhǔn)晴空（23km能見度）下考慮了大氣質(zhì)量（即太陽(yáng)天頂角）、海拔高度和四種氣候類型所建的數(shù)學(xué)模型。大氣中水汽和氣溶膠含量、大氣質(zhì)量以及海拔高度等因素研究大氣透明度。云對(duì)太陽(yáng)輻射有明顯的吸收和反射作用，它是研究大氣影響的一個(gè)綜合指標(biāo)。大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響對(duì)于散射輻射，相應(yīng)的大氣透明度為大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的影響78地面上太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

平均太陽(yáng)輻照量的計(jì)算各月平均日的日子數(shù)，可按表２-１的規(guī)定。用下式（即式２-２５）或圖２-１６求出；太陽(yáng)常數(shù)的單位是W/m2，平均輻照量的單位H0等是J/m2

月平均日的日照時(shí)數(shù)由實(shí)測(cè)得到（可參考表２-９）；可按式（２-１１）算出。地面上太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 平均太陽(yáng)輻照量的計(jì)算79地面上太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)晴天水平面上輻射量的計(jì)算式中：b—晴天，直射輻射的大氣透明度，

—大氣層外，垂直于輻射方向上的太陽(yáng)輻照度，可由式（2－5）計(jì)算；

—晴天，垂直于輻射方向上的直射輻照度。地面上太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)晴天水平面上輻射量的計(jì)算80地面上太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)晴天水平面上輻射量的計(jì)算水平面上的直射輻照度為一小時(shí)內(nèi)，水平面上直射輻照量為相對(duì)應(yīng)的散射輻射部分計(jì)算式為一小時(shí)內(nèi)，水平面上的總輻照量為把全天各個(gè)小時(shí)的量加起來，就是晴天水平面上的總輻照量Ｈc地面上太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)晴天水平面上輻射量的計(jì)算81線性太陽(yáng)能模型地平面上的總輻射：所討論的地面上可資利用的太陽(yáng)能，主要是對(duì)總輻射而言的，并且主要是對(duì)觀察者所在地水平面上所接收到的總輻射而言的。由于到達(dá)地面上的太陽(yáng)輻射受到所在地的天氣和氣候條件的影響十分顯著，所以在一般情況下，無法通過嚴(yán)格的理論計(jì)算求得，而只能采用一定的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。對(duì)于太陽(yáng)能利用來說，了解國(guó)內(nèi)不同地區(qū)的太陽(yáng)能資源狀況是十分必要的。但是，由于太陽(yáng)輻射測(cè)量站點(diǎn)稀疏，僅靠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足各方面的需求。國(guó)際上通用的解決方法，是借助現(xiàn)有日射測(cè)量站點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，與一些與日射有關(guān)的、且普遍開展觀測(cè)的其它氣象要素建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系，然后再將這些定量化的關(guān)系應(yīng)用到無日射觀測(cè)地區(qū)，計(jì)算出相應(yīng)的日射數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，影響日射的氣象要素很多，重要的有云量、云狀、大氣透明度等。此外，海拔高度、地理緯度、季節(jié)、時(shí)刻等因素的影響也不容忽視。云量、云狀和大氣透明度可以說是變化多端，難以計(jì)量。因此，大多數(shù)計(jì)算方法也都是限定于晴天，實(shí)用價(jià)值受到了限制。線性太陽(yáng)能模型地平面上的總輻射：所討論的地面上可資利用的太陽(yáng)82線性太陽(yáng)能模型在水平面上的瞬時(shí)(小時(shí)、日、月)總輻射和擴(kuò)散輻射在一段時(shí)期內(nèi)的平均值對(duì)太陽(yáng)能設(shè)計(jì)是非常有用的。這些參數(shù)的測(cè)量值在少量的測(cè)量點(diǎn)得到。在沒有測(cè)量點(diǎn)地方，通常是利用在測(cè)量基礎(chǔ)上開發(fā)出來的理論或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸浪阍趯?shí)際研究中，符合邏輯的和合理的想法是太陽(yáng)能輻射正比于日照時(shí)間。這一比例的公式化來自于散點(diǎn)分布參數(shù)的測(cè)量，通常使用統(tǒng)計(jì)回歸方法。像其他任何科學(xué)定律一樣，早期的太陽(yáng)能模型是線性的數(shù)學(xué)形式，類似于科學(xué)定律（牛頓、胡克、傅立葉、菲克、哈勃、歐姆、達(dá)西），表達(dá)了兩個(gè)相關(guān)事件間的線性關(guān)系。線性太陽(yáng)能模型在水平面上的瞬時(shí)(小時(shí)、日、月)總輻射和擴(kuò)散83線性太陽(yáng)能模型原始模型表達(dá)了太陽(yáng)輻射與日照時(shí)間的關(guān)系。這些先驅(qū)地位的關(guān)系式由Angstr?m在1924年發(fā)表。第一個(gè)嘗試分析小時(shí)輻射數(shù)據(jù)的是Hoyt(1978)，他利用廣泛分布于各地的數(shù)據(jù)，獲得了對(duì)應(yīng)上午9點(diǎn)到下午3點(diǎn)的各小時(shí)內(nèi)，總輻射與太陽(yáng)時(shí)角的曲線或比例。LiuandJordan(1960)將這些曲線擴(kuò)展到日長(zhǎng)度。知道落到地球表面的太陽(yáng)輻射總量對(duì)太陽(yáng)能系統(tǒng)的開發(fā)是最重要的。在實(shí)際中，許多熱和光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法需要知道每月在水平面上的平均日輻射作為輸入數(shù)據(jù)，以便預(yù)測(cè)每月基礎(chǔ)上的系統(tǒng)的能量產(chǎn)出(Beckmanetal.,1977;MaandIqbal1984;Thevenardetal.,2000)。線性太陽(yáng)能模型原始模型表達(dá)了太陽(yáng)輻射與日照時(shí)間的關(guān)系。這些先84線性太陽(yáng)能模型系統(tǒng)地測(cè)量水平面上的擴(kuò)散太陽(yáng)能和總輻射能通常由國(guó)家機(jī)構(gòu)來完成，在許多國(guó)家是歸氣象部門。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)包括日射強(qiáng)度儀、日射儀或光強(qiáng)度測(cè)量?jī)x器。測(cè)量要先于模型研究，包括太陽(yáng)輻射和日照時(shí)間?，F(xiàn)有的太陽(yáng)輻射和日照模型接近于測(cè)量設(shè)備設(shè)定的精度限值(Gueymard2003;Perezetal.,1990)。已有相對(duì)豐富的日照時(shí)間數(shù)據(jù)，因此，實(shí)際的工作就是建立太陽(yáng)輻射與日照期間的關(guān)系。線性太陽(yáng)能模型系統(tǒng)地測(cè)量水平面上的擴(kuò)散太陽(yáng)能和總輻射能通常由85線性太陽(yáng)能模型光照的時(shí)數(shù)是時(shí)間單位，在該時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)是可見的。利用坎貝爾-司托克斯日照計(jì)CampbellStokesSunshineRecorder測(cè)量。地球的移動(dòng)與各地區(qū)的大氣的綜合影響導(dǎo)致兩種類型的太陽(yáng)輻射量，即平均日輻射量和小時(shí)輻射量。線性太陽(yáng)能模型光照的時(shí)數(shù)是時(shí)間單位，在該時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)是可見的。86SeasonalObservationsSeasonalObservations87最廣泛使用的和最簡(jiǎn)單的太陽(yáng)輻射與日照時(shí)間關(guān)聯(lián)的公式是Angstr?m-Prescott關(guān)系式(Angstr?m1924;Prescott1940)，可表示為線性回歸表達(dá)式是水平面上的月平均日輻射，n是每月明亮陽(yáng)光的小時(shí)數(shù)N是每月白天的小時(shí)總數(shù)，a和b是模型常數(shù)，由給定的數(shù)據(jù)組中用經(jīng)驗(yàn)方法確定。Angstr?m(1929),Gueymardetal.(1995),?Sahinetal.(2001),和Wahab(1993)根據(jù)所考慮的地理位置假定了一個(gè)寬范圍的值。對(duì)一個(gè)特定位置，如果不能根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)估計(jì)這些參數(shù)，可以根據(jù)鄰近位置建立起來的關(guān)系式推斷。是大氣層外界水平面上的月平均日輻射，最廣泛使用的和最簡(jiǎn)單的太陽(yáng)輻射與日照時(shí)間關(guān)聯(lián)的公式是Angs88線性太陽(yáng)能模型對(duì)日照時(shí)數(shù)為n的給定月份，晴空陽(yáng)光分?jǐn)?shù)fclear定義為：(Suehrcke2000;SuehrckeandMcCormick1992)Suehrcke(2000)將晴空分?jǐn)?shù)近似地等于：是月平均的每日水平面上的直射輻射，是月平均的每日晴天水平面上直射輻射。線性太陽(yáng)能模型對(duì)日照時(shí)數(shù)為n的給定月份，晴空陽(yáng)光分?jǐn)?shù)fcle89為了建立與月平均的每日水平面上的輻射的關(guān)系

Suehrcke使用了Page(1961)散射分?jǐn)?shù)關(guān)系式此處，是月平均的每日水平面上的散射輻射，是月平均的每日晴空指數(shù)，定義為C是常數(shù)，是月平均的每日大氣層外水平上的輻射。為了建立與月平均的每日水平面上的輻射的關(guān)系Suehrcke90由定義得出導(dǎo)出利用同樣的方法，得到此處，是月平均的晴空指數(shù)，定義為這里，是月平均的每日水平面上的晴空輻射。消去常數(shù)C，得到Suehrcke關(guān)系式唯一的半經(jīng)驗(yàn)常數(shù)是根據(jù)Suehrcke(2000)的數(shù)據(jù)，在和之間。，是可測(cè)量量，取決于當(dāng)?shù)氐拇髿鈼l件由定義得出導(dǎo)出利用同樣的方法，得到此處，是月平均的晴空指數(shù)91修正的Angstr?m模型，被稱為Angstr?m-Prescott公式(Gueymardetal.,1995;Martinez-Lozanoetal.,1984)是此處，上劃線注明是月平均值，c2和c3是Prescott(1940)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。自那時(shí)以來，許多模型被開發(fā)出來，利用晴空的日照時(shí)數(shù)估算總輻射、直接輻射和散射輻射(Ahmadetal.,1991;Hay1979;Iqbal1979;L?fetal.,1966;Rietveld1978;?Sahinand?Sen1998)。所有這些模型利用的系數(shù)都具有特定地域和/或考慮了平均時(shí)間。這限定了它們只能用于這些場(chǎng)合，即系數(shù)值被確定時(shí)的場(chǎng)合，或者相似氣候和同樣平均時(shí)間內(nèi)的場(chǎng)合。是平均的天文日長(zhǎng)（daylength）

是平均的實(shí)際日長(zhǎng)修正的Angstr?m模型，被稱為Angstr?m-Pres92Angstr?m模型（AM）Angstr?m(1924)給出了第一個(gè)總太陽(yáng)輻射量的估算模型，利用的是太陽(yáng)日照數(shù)據(jù)。在給定地域用太陽(yáng)日照時(shí)間數(shù)據(jù)作為預(yù)測(cè)變量。將陸地的太陽(yáng)輻射與預(yù)測(cè)參數(shù)關(guān)聯(lián)起來。與大氣層外輻射這個(gè)比例以線性的關(guān)系與平均日照時(shí)間的比例關(guān)聯(lián)，即模型表達(dá)了平均地面輻射和無云日照時(shí)間的比例關(guān)系A(chǔ)ngstr?m模型（AM）Angstr?m(1924)93Angstr?m模型（AM）Stockholm、Sweden用到的和。Kimball(1919)在1919年根據(jù)歷史記錄提出了相同的概念，并提出和。后來，Prescott(1940)修正了這個(gè)公式，所用的方法是和（a+b）不等于。他建議和，此后，得到了更實(shí)際估算。實(shí)質(zhì)上，在公式中，a對(duì)應(yīng)于陰天氣象條件下的相對(duì)散射輻射，而（a+b）對(duì)應(yīng)相對(duì)無云條件下的總輻射。這一線性模型結(jié)構(gòu)中暗含的假定是兩種極端云層狀態(tài)下的自疊加作用，以（a+b）之和的形式反映出來。但是，在實(shí)際情況下，自疊加性不可能關(guān)聯(lián)所有可能的大氣參數(shù)，除了云層外。這是第一項(xiàng)要說明的為什么(a+b)之和如Prescott(1940)所說的不等于。進(jìn)一步，在實(shí)際應(yīng)用中，還提出了各種非線性估算模型，以試圖消除自疊加性的假定。Angstr?m模型（AM）Stockholm、Sweden94Angstr?m模型（AM）另外，太陽(yáng)輻射的模型應(yīng)該包括非線性效應(yīng)的一個(gè)物理事實(shí)是在星際邊界的大氣渾濁度和紊流并不必然地隨總云量線性變化。在太陽(yáng)能文獻(xiàn)中有大量的研究并提出了線性模型的替代模型，希望未來有更多的研究，Gueymardetal.(1995)曾指出，仔細(xì)考察與太陽(yáng)輻射有關(guān)的研究，應(yīng)特別該清楚的是，利用局部區(qū)域的日照數(shù)據(jù)估算總輻射的Angstr?m公式的應(yīng)用，總起來說不能用于發(fā)表，除非沒有新的模型版本出現(xiàn)。所有這些解釋說明，線性模型是非常有限的，因此，許多研究者嘗試非線性模型。Angstr?m模型（AM）另外，太陽(yáng)輻射的模型應(yīng)該包括非線95Angstr?m模型（AM）AM模型利用日照時(shí)間S的相對(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)量估算總的日（H）輻射、月輻射（）和年輻射（）。根據(jù)此處，H0和S0是無云的、在地面水平面上的日總輻射，即來自地球外的和最大可能的太陽(yáng)日照數(shù)；a和b是模型參數(shù)。這一公式最常用于計(jì)算日照時(shí)間測(cè)量區(qū)域的總輻射和外推至短期測(cè)量數(shù)據(jù)下的總太陽(yáng)輻射。后來，該公式被修正，考慮了某些相關(guān)的氣象參數(shù)（AbouzahrandRamkumar1991）。（30）Angstr?m模型（AM）AM模型利用日照時(shí)間S的相對(duì)簡(jiǎn)單96Angstr?m模型（AM）最小二乘法的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析及回歸方法產(chǎn)生了AM參數(shù)估計(jì)許多研究者(Ahmadetal.,1991;Akino?gluandEcevit1990;Angstr?m1924,1929,1956;BallingandCerveny1983;Barbaroetal.,1978;Beckmanetal.,1977)考慮在公式中添加氣象因素，以便增加估計(jì)值的精度。Angstr?m模型（AM）最小二乘法的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)分析及回歸方97遞代法（SS）模型為了考慮未知部分的影響，有必要利用局部區(qū)域的連續(xù)數(shù)據(jù)對(duì)，而不是用AM方法中的全局?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)來估計(jì)系數(shù)(SahinandSen1998)。在公式（30）中考慮參數(shù)a和b的實(shí)際意義與物理意義。a代表了實(shí)際的每日的總輻射Ｈ與每日（或每月的）大氣層外的輻射H0之比。b對(duì)應(yīng)線性模型的斜率，微分定義如下這是一個(gè)一階常微分方程遞代法（SS）模型為了考慮未知部分的影響，有必要利用局部區(qū)域98遞代法（SS）模型向后的有限差分式為

（i=2,3,4,…,n）此處，n是記錄的個(gè)數(shù)，

是局部區(qū)域輻射隨日照時(shí)數(shù)變化的速率，時(shí)間區(qū)間為i-1和i。對(duì)應(yīng)每日的數(shù)據(jù)，是每日的連續(xù)變化速率，對(duì)應(yīng)每月的數(shù)據(jù)，是每月的連續(xù)變化速率。遞代法（SS）模型向后的有限差分式為（i=2,3,4,…,99每一對(duì)系數(shù)估計(jì)（，）解釋了總輻射與對(duì)應(yīng)的日照時(shí)數(shù)記錄連續(xù)數(shù)據(jù)對(duì)的信息。遞代法（SS）模型的連續(xù)的時(shí)間估計(jì)應(yīng)用到實(shí)際的相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)生n(n-1)/2個(gè)系數(shù)估計(jì)。，每一對(duì)系數(shù)估計(jì)（，）解釋了總輻射與對(duì)應(yīng)的日照100遞代法（SS）模型導(dǎo)出新的Angstr?m系數(shù)的有限差分平均值如下SS方法獨(dú)立地應(yīng)用于每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，并獲得了和參數(shù)估計(jì)系列SS方法模型所考慮的不再是AM那樣的算術(shù)平均值遞代法（SS）模型導(dǎo)出新的Angstr?m系數(shù)的有限差分平均101無約束模型（UM）太陽(yáng)輻射和日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)的平均值及方差在計(jì)算中起主要作用。GordonandReddy(1988)指出，日太陽(yáng)輻射的固定相對(duì)頻率分布的簡(jiǎn)單函數(shù)形式僅需要知道平均值和方差。(Bucciarelli1986)基于獲得的數(shù)據(jù)利用回歸技術(shù)估算模型參數(shù)，導(dǎo)出此處，rhs是太陽(yáng)總輻射與日照時(shí)間數(shù)據(jù)的互相關(guān)系數(shù)，Var（…）是參數(shù)方差,上劃線指的是算術(shù)平均。無約束模型（UM）太陽(yáng)輻射和日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)的平均值及方差在計(jì)算102主成分分析（PCA）模型

線性聚類法（LCM）模型主成分分析（PCA）模型

線性聚類法（LCM）模型103太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

已知日輻射總量，如何估算小時(shí)輻射量

假定某日是中等天氣，即處于晴天和全陰之間。已知總輻射量，要準(zhǔn)確推算每小時(shí)的輻射量。難度：因?yàn)橹械瓤偭靠捎筛鞣N天氣情況形成。如一天中曾出現(xiàn)過間歇性的濃云或者是連續(xù)的淡云，總量可以相同，但每小時(shí)的輻射量可能差別很大。下面介紹的方法是統(tǒng)計(jì)了許多氣象站的數(shù)據(jù)，用月平均日的輻射來推算小時(shí)輻射量，應(yīng)當(dāng)指出，在晴天條件下結(jié)果和實(shí)際情況比較吻合。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 已知日輻射總量，如何估算小時(shí)輻射量104太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

已知日輻射總量，如何估算小時(shí)輻射量

式中rt———小時(shí)總輻射與全天總輻射之比；ω———太陽(yáng)時(shí)角；ωｓ———日落時(shí)角。。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 已知日輻射總量，如何估算小時(shí)輻射量105太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

已知日輻射總量，如何估算小時(shí)輻射量rd代表小時(shí)散射輻射與全天散射輻射之比，相對(duì)應(yīng)的公式是太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 已知日輻射總量，如何估算小時(shí)輻射量106太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

水平面與傾斜面上輻照量的比較前面討論如何計(jì)算等，無論是月平均日或以小時(shí)平均的輻照量都是指水平面上接受到的太陽(yáng)輻射。實(shí)際使用中，集熱器都是傾斜安放的（β≠０°），如何將水平面上的輻射量轉(zhuǎn)換到傾斜平面上去，這是本節(jié)要解決的問題。首先討論直射輻射的轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 水平面與傾斜面上輻照量的比較107太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

水平面與傾斜面上輻照量的比較水平面上的入射角為θｚ，傾斜面上為θ。傾斜面和水平面上接受到的直射輻照量之比，稱為修正因子Ｒｂ

太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 水平面與傾斜面上輻照量的比較108太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

水平面與傾斜面上輻照量的比較若集熱器方位角ｒ＝０°（北半球朝南放置），則上式變成平板型太陽(yáng)能集熱器既能接受直射輻射，又能接受散射輻射（包括來自太陽(yáng)的散射和太陽(yáng)照到地面反射回來的散射兩個(gè)部分）。直射輻射轉(zhuǎn)換時(shí)有個(gè)修正因子Ｒｂ，對(duì)于散射輻射也分別有修正因子Ｒｄ和Ｒρ。集熱器傾斜角為β，假設(shè)散射輻射是各向同性的，集熱器對(duì)天空的可見因子為(1＋cosβ)/2，它就是對(duì)太陽(yáng)散射的修正因子Rd。集熱面對(duì)地面的可見因子(1-cosβ)/2，是對(duì)地面反射的修正因子Ｒρ。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 水平面與傾斜面上輻照量的比較109太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

水平面與傾斜面上輻照量的比較總的修正因子Ｒ可寫成式中ρ是地面反射率，普通地面為；積雪時(shí)可取為。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 水平面與傾斜面上輻照量的比較110太陽(yáng)輻射量的計(jì)算太陽(yáng)輻射量計(jì)算的目的在于求出傾斜面上每小時(shí)的輻射量。路線：已知水平面上全天的總輻射H（一般采用實(shí)測(cè)值），根據(jù)H、H0——Hd/H的相關(guān)關(guān)系求全天的散射輻射量Hd，相應(yīng)的公式求每小時(shí)的Ib和Id(I=Ib+Id)，最后用式（2－54）求出每小時(shí)傾斜面上的輻射量。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算太陽(yáng)輻射量計(jì)算的目的在于求出傾斜面上每小時(shí)的111太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

集熱器的最佳方位

集熱器最佳方位的確定，應(yīng)根據(jù)使用周期內(nèi)收集的太陽(yáng)能最多為原則。任意方位集熱器上的月平均日輻照量它是隨地理緯度φ，傾斜角β，方位角γ和赤緯角δ變化的。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 集熱器的最佳方位112太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

集熱器的最佳方位

右圖是在給定的條件下，表示的圖線。赤緯角δ是以一年為周期的變化量，因而橫坐標(biāo)是一年的天數(shù)（代表δ的變化）?？v坐標(biāo)是，傾斜角β是參變量。從圖上可以清楚地看到，要使收集的能量最多，不同季節(jié)要求集熱器的傾斜角β不同。若集熱器不可調(diào)，則應(yīng)根據(jù)使用周期確定相應(yīng)的最佳傾斜角β。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 集熱器的最佳方位113太陽(yáng)輻射量的計(jì)算

集熱器的最佳方位

分析發(fā)現(xiàn)：方位角對(duì)年收集量變化是不敏感的，即使在20°

～30°范圍內(nèi)變化影響也很小，但是北半球＝0°和南半球＝180°（面向赤道）時(shí)年收集量總是最多；對(duì)于全年，?。剑粚?duì)于夏半年（春分到秋分），?。剑?0°～15°）；對(duì)于冬半年（秋分到第二年春分），?。剑?0°～15°）；如無特殊情況，方位角應(yīng)取＝0°（北半球）。太陽(yáng)輻射量的計(jì)算 集熱器的最佳方位114謝謝大家！

結(jié)語(yǔ)謝謝大家！結(jié)語(yǔ)115太陽(yáng)輻射知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)介太陽(yáng)輻射知識(shí)點(diǎn)簡(jiǎn)介116地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律地球的公轉(zhuǎn)與赤緯角地軸：貫穿地球中心與南、北極相連的線自轉(zhuǎn)：地球繞地軸的轉(zhuǎn)動(dòng)Rotation：Earthrotatesonitsaxisonceevery24hours。公轉(zhuǎn)：地球在橢圓形軌道上圍繞太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)行周期為一年。Revolution：EarthrevolvesaroundtheSun，Voyagetakesoneyear黃道平面：地球公轉(zhuǎn)的橢圓軌道平面eclipticplane(planeoforbitofearth)。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律地球的公轉(zhuǎn)與赤緯角117RevolutionandRotationRevolutionandRotation118地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律橢圓的偏心率：１月１日近日點(diǎn)（perihelion）時(shí)，日地距離為147.1×106km，７月１日遠(yuǎn)日點(diǎn)（aphelion）時(shí)為152.1×106km，相差約為３％。Theshapeoftheearth’spatharoundthesunrangesfromanearlyperfectcircletoamoreellipticshapeoverthe100,000-yearcycle(eccentricity).地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律橢圓的偏心率：１月１日近日點(diǎn)（perih119赤道平面與黃道平面的夾角為23°27′，始終不變。TiltofEarth’saxis:Axisistilted23.5°fromplaneofecliptic。赤緯角δ（Solardeclination）：地心與太陽(yáng)中心的連線（即午時(shí)太陽(yáng)光線）與地球赤道平面的夾角是一個(gè)以一年為周期變化的量，它的變化范圍為±23°27′，這個(gè)角就是太陽(yáng)赤緯角。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律赤道平面與黃道平面的夾角為23°27′，始終不變。地球繞太陽(yáng)120AxialTiltandParallelismAxialTiltandParallelism121地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律赤緯角是地球繞日運(yùn)行規(guī)律造成的特殊現(xiàn)象，它使處于黃道平面不同位置上的地球接受到的太陽(yáng)光線方向也不同，從而形成地球四季的變化，如圖所示。北半球夏至（6月22日）即南半球冬至，太陽(yáng)光線正射北回歸線δ＝23°27′；北半球冬至（12月22日）即南半球夏至，太陽(yáng)光線正射南回歸線，δ＝－23°27′；春分及秋分太陽(yáng)正射赤道，赤緯角都為零，地球南、北半球日夜相等。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律赤緯角是地球繞日運(yùn)行規(guī)律造成的特殊現(xiàn)象，122JuneSolstice(SummerSolstice)

June20-21JuneSolstice(SummerSolstice123SeptemberEquinox(AutumnalEquinox)

September22-23SeptemberEquinox(AutumnalEq124DecemberSolstice(WinterSolstice)

December21-22DecemberSolstice(WinterSols125MarchEquinox(VernalEquinox)

March20-21MarchEquinox(VernalEquinox)126ReasonsforseasonsRevolutionRotationTiltofEarth’saxisAxialparallelismSphericity地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律Reasonsforseasons地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律127AnnualMarchoftheSeasonsAnnualMarchoftheSeasons128地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律每天的赤緯角可由下式計(jì)算：式中ｎ是所求日期在一年中的日子數(shù)，也可借助表２-１查出。地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律每天的赤緯角可由下式計(jì)算：129地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律表2-1推薦每月的平均日及相應(yīng)的日子數(shù)地球繞太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律表2-1推薦每月的平均日及相應(yīng)的日子數(shù)130地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)

地球自轉(zhuǎn)：每轉(zhuǎn)一周（360°）為一晝夜（24小時(shí)），每小時(shí)相當(dāng)于地球自轉(zhuǎn)15°當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)：當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)的中午12點(diǎn)（午時(shí)），陽(yáng)光正好通過當(dāng)?shù)刈游缇€，即在空中最高點(diǎn)處，它與日常使用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間并不一致。轉(zhuǎn)換公式為：地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)地球自轉(zhuǎn)：每轉(zhuǎn)一周（360°）為一晝夜（131地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)式中 Ｌst—當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時(shí)間采用的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)度（°）； Ｌloc—當(dāng)?shù)亟?jīng)度，（°）。

±—所在地點(diǎn)在東半球取負(fù)號(hào)，西半球取正號(hào)。我國(guó)以北京時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，前式成為 太陽(yáng)時(shí)＝北京時(shí)＋Ｅ-4（120-Lloc）

地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)式中132地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)

兩項(xiàng)修正第一項(xiàng)Ｅ：是地球繞日公轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)動(dòng)和轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生的修正，時(shí)差Ｅ以分為單位，可按下式計(jì)算式中ｎ為所求日期在一年中的日子數(shù)，1≤ｎ≤365。地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí) 兩項(xiàng)修正133地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)第二項(xiàng)是考慮所在地區(qū)的經(jīng)度Lloc與制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的經(jīng)度（我國(guó)定為東經(jīng)120°）之差所產(chǎn)生的修正。經(jīng)度每相差１°，在時(shí)間上就相差４min，所以公式中最后一項(xiàng)乘４，單位也是分。地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)第二項(xiàng)是考慮所在地區(qū)的經(jīng)度Lloc與制定標(biāo)134地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)時(shí)角：用角度表示的太陽(yáng)時(shí)叫太陽(yáng)時(shí)角，以表示。它是以一晝夜為變化周期的量，太陽(yáng)午時(shí)=0，上午取負(fù)值，下午取正值。每晝夜變化為180，每小時(shí)相當(dāng)于15，例如上午10點(diǎn)相當(dāng)于=-30；下午3點(diǎn)，=-45。地球的自轉(zhuǎn)與太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)時(shí)角：用角度表示的太陽(yáng)時(shí)叫太陽(yáng)時(shí)角，以135太陽(yáng)輻射度

大氣層外的太陽(yáng)輻照度隨著日地距離的改變，在±３％范圍內(nèi)變化。它可由下式確定：

這里Gon

是一年中第ｎ天在法向平面上測(cè)得的大氣層外的輻照度，Gsc

為太陽(yáng)常數(shù)。太陽(yáng)輻射度 136與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)太陽(yáng)輻射按方向可分為：直射輻射（又稱直達(dá)輻射或束輻射）———直接來自太陽(yáng)而不改變方向的太陽(yáng)輻射。散射輻射（又稱擴(kuò)散輻射或天空輻射）———受大氣層散射影響而改變了方向的太陽(yáng)輻射。太陽(yáng)總輻射———接受到的太陽(yáng)輻射總和，等于直射輻射加散射輻射?？傒椛涞母拍钣袝r(shí)用來表示太陽(yáng)光譜在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的積分值。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)太陽(yáng)輻射按方向可分為：137a–c.Solarradiationpaths.aDirect.bDiffuse.cReflectea–c.Solarradiationpaths.a138與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)按波長(zhǎng)可分為短波幅射和長(zhǎng)波輻射兩類太陽(yáng)輻射（短波輻射）———由太陽(yáng)產(chǎn)生的輻射，波長(zhǎng)范圍由～ｍ。它包含直射和散射輻射。長(zhǎng)波輻射———任何物體當(dāng)其溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，都會(huì)發(fā)射輻射能。當(dāng)物體溫度接近環(huán)境溫度時(shí)，發(fā)出的輻射波長(zhǎng)一般都大于3μm。如大氣、集熱器、地面或任何其他常溫物體發(fā)出的都是長(zhǎng)波輻射。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)按波長(zhǎng)可分為短波幅射和長(zhǎng)波輻射兩類139與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)輻射量（名稱用得不統(tǒng)一）輻［射］能單位為焦（Ｊ）；輻［射］能密度（輻照量）單位為Ｊ／ｍ2；輻［射能］通量（輻［射］功率）單位為Ｗ；輻［射能］通量密度（輻［射］能流率）單位為Ｗ／ｍ2。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)輻射量（名稱用得不統(tǒng)一）140與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)考慮到輻射可區(qū)分為發(fā)射和接收兩種情況，因而又派生出一些專有名詞。如輻［射］照度和輻［射］出［射］度，前者指照射到單位表面上的輻通量，后者是單位表面發(fā)出的輻通量，單位一樣但含義不同，必須嚴(yán)格加以區(qū)分。以后見到單位為Ｗ／ｍ2的量，它可能是輻照度也可能是輻出度，把它稱為輻通量密度總是對(duì)的。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)考慮到輻射可區(qū)分為發(fā)射和接收兩種情141與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)本書常采用輻照度Ｇ（Ｗ／ｍ2）和輻照量Ｈ或Ｉ（Ｊ／ｍ2）。太陽(yáng)輻照量可通過輻照度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)積分求得，全天的用符號(hào)Ｈ表示，一小時(shí)的用Ｉ表示，單位都是Ｊ／ｍ2或ＭＪ／ｍ2。Ｇ。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)本書常采用輻照度Ｇ（Ｗ／ｍ2）和輻142與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)Ｈ，Ｉ符號(hào)下面可加注角標(biāo)，Ｈ上面可加一橫表示月平均。角標(biāo)有：ｏ———大氣層外ｂ———直射輻射；ｄ———散射輻射；Ｔ———傾斜平面；ｎ———法向平面。

若角標(biāo)中不出現(xiàn)Ｔ和ｎ就代表水平面，不出現(xiàn)ｂ和ｄ就代表總輻射。與太陽(yáng)輻射有關(guān)的名詞和符號(hào)Ｈ，Ｉ符號(hào)下面可加注角標(biāo)，Ｈ上面143集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義太陽(yáng)入射角θ：太陽(yáng)光線與集熱器表面法線之間的夾角θ，稱為太陽(yáng)光線的入射角。太陽(yáng)光線可分為兩個(gè)分量，一個(gè)垂直于集熱器表面，一個(gè)平行于集熱器表面，只有前者的輻射能被集熱器所截取。由此可見，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)使入射角θ越小越好。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算有關(guān)角度的定義144集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義

太陽(yáng)高度角α：從地面某一觀察點(diǎn)向太陽(yáng)中心作一條射線，該射線在地平面上有一投影線，這兩條線的夾角α叫太陽(yáng)高度角。該射線與地面法線的夾角叫太陽(yáng)天頂角θｚ。這兩個(gè)角度互為余角。假如集熱器水平放置，則入射角θ與高度角α互為余角。太陽(yáng)方位角γs：地面上投影線與正南方的夾角γs

為太陽(yáng)的方位角。并規(guī)定正南方為零度，向西為正，向東為負(fù)。它的變化范圍是－１８０°～＋１８０°。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 有關(guān)角度的定義145集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義

集熱器方位角γ：集熱器表面法線在地平面上的投影線與正南方的夾角γ為集熱器的方位角。度量方法與太陽(yáng)方位角γｓ相同。集熱器傾斜角β：集熱器平面與水平面的夾角β叫集熱器傾斜角。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 有關(guān)角度的定義146集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算147集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

有關(guān)角度的定義

太陽(yáng)入射角θ：太陽(yáng)光線與集熱器表面法線之間的夾角θ，稱為太陽(yáng)光線的入射角。太陽(yáng)光線可分為兩個(gè)分量，一個(gè)垂直于集熱器表面，一個(gè)平行于集熱器表面，只有前者的輻射能被集熱器所截取。由此可見，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)使入射角θ越小越好。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 有關(guān)角度的定義148集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式

太陽(yáng)入射角θ：θ＝ｆ（δ，，β，γ，ω），它是太陽(yáng)赤緯角δ，地理緯度；集熱器的傾斜角β和方位角γ以及太陽(yáng)時(shí)角ω的函數(shù)。公式為：集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式149集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式

整理后寫成：用此公式（２－６）可以求出處于任何地理位置、任何季節(jié)、任何時(shí)候、太陽(yáng)能集熱器處于任何幾何位置上的太陽(yáng)入射角。由此可見，這是一個(gè)重要公式。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 角度之間的關(guān)系和有關(guān)公式150集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

各種情況的討論

若集熱器方位角γ＝０，公式變?yōu)椋捍耸剑ǎ玻罚┱f明，北半球緯度為處，朝南放置（γ＝０）、傾角為β的集熱器表面上的太陽(yáng)入射角，等于假想緯度（－β）處水平表面上的入射角。集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 各種情況的討論151集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

各種情況的討論在前一假定的基礎(chǔ)上，若把集熱器傾斜角置于和當(dāng)?shù)鼐暥冉窍嗤处拢?，上式?jiǎn)化為若β＝０°，公式（２-６）和（２-７）都變?yōu)椋哼@是集熱器在水平位置上入射角的計(jì)算公式，也是太陽(yáng)高度角α的算式（２－９）。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 各種情況的討論152集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

式（２－９）的幾種特殊情況

（１）在正午時(shí)刻，時(shí)角ω＝０°，變?yōu)椋喝簦溅?，則太陽(yáng)高度角α＝９０°。這就是說，最大的太陽(yáng)輻射發(fā)生在緯度剛好等于該日太陽(yáng)赤緯角的那些地區(qū)的正午時(shí)刻。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 式（２－９）的幾種特殊情況153集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

式（２－９）的幾種特殊情況

（２）若在春、秋分日的正午時(shí)刻，即δ=0°；ω=0°，上式變成

這說明太陽(yáng)高度角隨緯度增加而減小。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 式（２－９）的幾種特殊情況154集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

式（２－９）的幾種特殊情況

（３）每天日出及日落時(shí)刻，太陽(yáng)處于地平面上，此時(shí)太陽(yáng)高度角α＝０°，上式變?yōu)檫M(jìn)一步：根據(jù)此式可求出地面上任何地區(qū)、任何一天的日出和日落時(shí)的時(shí)角。

集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算 式（２－９）的幾種特殊情況155集熱面上太陽(yáng)入射角的計(jì)算

跟蹤太陽(yáng)時(shí)式（２-６）的形式

對(duì)于聚光型太陽(yáng)能集熱器，往往需要跟蹤太陽(yáng)，對(duì)于不同的跟蹤方式，式（２-６）的形式也不同。（１）集熱器平面沿東西向的水平軸，每天調(diào)節(jié)一次，以使中午太陽(yáng)光始終保持與集熱器相垂直，則有：

集熱面上太