第2章 太陽輻射

2.1 地球繞太陽的運行規律

2.1.1 地球的公轉與赤緯角

貫穿地球中心與南、北極相連的線稱為地軸。地球除了繞地軸自轉外，還在橢圓形軌道上圍繞太陽公轉，運行周期為一年。地球自轉軸與橢圓軌道平面（稱為黃道平面）的夾角為66°33′，該軸在空間中的方向始終不變，因而赤道平面與黃道平面的夾角為23°27′。但是，地心與太陽中心的連線（即午時太陽光線）與地球赤道平面的夾角是一個以一年為周期變化的量，它的變化范圍為±23°27′，這個角就是太陽赤緯角。赤緯角是地球繞日運行規律造成的特殊現象，它使處于黃道平面不同位置上的地球接受到的太陽光線方向也不同，從而形成地球四季的變化，如圖2.1所示。北半球夏至（6月22日）即南半球冬至，太陽光線正射北回歸線δ=23°27′；北半球冬至（12月22日）即南半球夏至，太陽光線正射南回歸線δ=-23°27′；春分及秋分太陽正射赤道，赤緯角都為零，地球南、北半球日夜相等。每天的赤緯角可由庫柏（Cooper）方程計算得到

式中:n為所求日期在一年中的日子數，可借助表2.1查出。

2.1.2 地球的自轉與太陽時角

地球始終繞著地軸由西向東在自轉，每轉一周（360°）為一晝夜（24h）。顯而易見，對地球上的觀察者來說，太陽每天清晨從東方升起，傍晚從西方落下。時間可以用角度來表示，每小時相當于地球自轉15°。

在以后導出的太陽角度公式中，涉及的時間都是當地太陽時，它的特點是中午12:00陽光正好通過當地子午線，即在空中最高點處，它與日常使用的標準時間并不一致。轉換公式為

式中：E為時差，min；L_st為制定標準時間采用的標準經度，（°）；L_loc為當地經度，（°）。

所在地點在東半球取負號，西半球取正號。

我國以北京時為標準時間，將式（2.2）進行轉化，即北京時與太陽時的轉換式為

轉換時考慮了以下兩項修正：

（1）E是地球繞日公轉時進動和轉速變化而產生的修正，時差E以分為單位，可按下式計算

式中：n為所求日期在一年中的日子數。

（2）考慮所在地區的經度L_loc與制定標準時間的經度（我國定為東經120°）之差所產生的修正。由于經度每相差1°，在時間上就相差4min，所以公式中最后一項乘4，單位也是min。

用角度表示的太陽時稱為太陽時角，以ω表示，可按下式計算

太陽時角是以一晝夜為變化周期的量，太陽午時ω=0°。每晝夜變化為±180°，每小時相當于15°，例如10:00相當于ω=-30°；15:00相當于ω=45°。