《第二章节太阳辐射幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二章节太阳辐射幻灯片（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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： 核反应区太阳热能产生的基
2、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：0-0.25 rs， 30%-50% ms 构成 宇宙原始成分 （H 96% He4%） 较高的重元素含量 （H50% 重元素50%）,辐射区：0.25-0.86 rs， 13万度 气体完全电离,对流区：0.86-1 rs， 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。
3、地轴与黄道面夹角2327 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。用表示。,取从赤道向北方为正，向南为负。 太阳赤纬角-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，若假定地球不
4、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、时角坐标系,
5、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：弧QT，用度、分、秒表示,赤纬 ：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。,太阳时角用表示，用度、分、秒衡量。,定义：在正午时=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-（-） 对于南半球而言，h = 90+（-）,例题：计算夏至日南回归线上的正午太
6、阳高度角。,例题：计算春分日北极圈(= 6633)上的正午太阳高度角。,南北回归线内，有时=，此时 h=90，正午时太阳正对天顶。,解： = 2327， = -2327 h = 90+ （-）= 4306,解： = 0， = 6633 h = 90- （-）= 2327,二、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日正午时太阳的高度角、方位角及该日的日出、日落
7、时间。,解：由题可知 n = 130,可得 = 17.52,正午时 =0，代入,可得 h = 73,可得方位角 = 0,代入数据，可得 1 =102.53 2 = -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。,在日地平均距离时，地球大气层上界垂直
8、于太阳光线表面的单位面积单位时间内所接收到的太阳辐射能。,太阳常数：,用 Isc 表示。 参考值为 Isc = （1367 7）W/m2,任意时刻的太阳辐射强度,二、太阳光谱,太阳发射的电磁辐射在大气顶上随波长的分布。,2.5 地面太阳辐射的理论估算,一、大气质量（大气光学质量）,“大气质量”是一个无量纲量，用 m 表示。,太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线在天顶角方向时穿过大气路径之比。,地球大气上界的大气质量为零。,天顶角为60时 大气质量,m = 2,太阳位于S点时，大气质量为,上式忽略了大气的曲率 及折射因素的影响。,h30时，计算值与观测值非常接近。,h30时，采用下式计算,温度对
9、m的影响，一般可以忽略不计,对于海拔高度较大的地区，应对大气压力进行修正,二、大气透明度（p）,太阳辐射能在通过大气层时会产生一定衰减，用大气透明度来表征大气对辐射衰减的程度。 用 p 表示。,太阳辐射通过大气后的强度,根据布克-兰贝特（Bonguer-Lambert）定律,三、垂直于太阳光线的地表上的直接辐射强度,大气透明度p与大气质量m相关，为了简化，通常将大气透明度订正到某一给定的大气质量，例如，将pm修正到m=2的透明度p2，此时，垂直于太阳光表面上的直接辐射强度,Pm 为太阳辐射范围内单色透明度的平均值,四、水平面上的直接辐射,太阳直接入射到AC和BC平面上的能量是相等的，则,水平面上的太阳直接辐射强度,代入,得,从日出至日落对时间进行积分，则水平面上直接太阳辐射通量为,2.6 工程中常用的计算太阳辐射的方法,倾斜面上的太阳辐射总量Ht由直接太阳辐射量Hbt、天空散射辐射量Hdt和地面反射辐射量Hrt三部分所组成,倾斜面上天空散射辐射量Hdt由太阳光盘的辐射量和其余天空穹顶均匀分布的散射辐射量两部分组成。,天空散射 Hay模型,将水平面上的太阳辐射数据转化为倾斜面上太阳辐射数据的基本计算步骤：,
