太阳辐照度的日变化

对于一组给定的大气条件，地球表面任何一点的辐照度由太阳高度b决定。太阳高度b在白天从黎明时的零(或夏季北极或南极的最小值)上升到中午的最大值，然后在黄昏时以精确对称的方式下降到零(或最小值)。b随时间变化的确切方式取决于当时的纬度和太阳赤纬d。赤纬是一个给定的半球(北或南)向太阳倾斜的角度(图2.5)。夏季为正值，冬季为负值;在春分和秋分时，其值为零。其最大值，正负均为23°27'。已出版的表中存在太阳赤纬为北方

3月21日

3月21日

12月22日

北方的冬天

图2.5太阳偏斜在全年的变化。

12月22日

北方的冬天

图2.5太阳偏斜在全年的变化。

半球可以在一年中的任何一天找到。或者，可以使用Spencer(1971)推导的关系式d = 0.39637 - 22.9133 cos C + 4.02543 sin C - 0.3872cos 2C + 0.052 sin 2C

其中C是用角度表示的日期(C = 360°x d/365;d =日数，从1月1日的0到12月31日的364):d和C都是度数。在某一特定日期，南半球的赤纬与北半球的赤纬数值相同，但符号相反。

太阳高度b，在任意纬度g上，随时间t变化(表示为角度)，其关系为sin b = sin g sin d - cos g cos d cos t

t是360°x t /24 (t是从00.00 h开始经过的小时数)如果我们把它写成更简单的形式sinb = c - c2 cos t

其中c1和c2是特定纬度和日期的常数(c1 = sin g sin d, c2 = cos g cos d)，那么很明显，sin b随时间的变化是正弦的。图2.6显示了澳大利亚堪培拉纬度(35°S)最长的夏日(12月21日)和最短的冬日(6月21日)对应的24小时内b和sin b的变化。为完整起见，在黑暗时段显示了b和sin b的值:它们为负值，对应于太阳角在水平面以下的。

图2.6 35°纬度上夏季白昼最长、冬季白昼最短的24小时太阳高程(b)和sinb的变化

sinb的变化与24小时周期内测量的时间呈正弦关系，但与白天的小时数无关。

太阳仰角b的正弦等于太阳天顶角0的余弦。根据余弦定律，太阳直射在水平表面上的辐照度与cos0成正比。因此，我们可以预期，在没有云的情况下，地球表面的太阳辐照度在24小时内的变化方式与sinb大致相同(图2.6)，只是在黑暗的几个小时内它的值为零。在辐照度和sinb的行为之间的精确一致是不可能的，因为，例如，大气的影响随着太阳高度的变化而变化。由于大气路径长度的增加，在低太阳高度处直接光束的衰减更大，尽管部分由天窗的更大贡献(成比例地)平衡，但确实使清晨和日落时的辐照度降低到低于根据eqn 2.8可能预期的值。这样做有一个有用的效果，即使辐照度的日变化曲线与日照时数近似为正弦曲线，尽管如我们所见，严格地说sinb的变化仅是00:00 h以来与小时的正弦曲线。图2.7给出了在一年不同时间和不同大气条件下总辐照度的日变化的一些例子。

当然，平滑的曲线只有在没有云层覆盖的情况下才能得到，或者在一天中保持不变。破碎的云对辐照度的正弦变化施加了短期的不规则性(图2.7)。如果E(t)是日出后th时刻的总辐照度，那么通过对E(t)与时间的积分，我们得到总的辐照度太阳辐射能白天每单位水平面积收到的。这被称为日日照，我们将给它一个符号，Qs

Qs, N是一天的长度。

如果E(t)的单位为W m~2, N的单位为s，则Qs的单位为J m~2。在无云量或不变云量的一天，E(t)的日变化近似为

Em是太阳中午的辐照度。928根据eqn 2.9对该表达式进行积分，可得该日日日照与最大(中午)辐照度相关

因此，如图2.7c(3月16日)所示，在一天12小时内的最大辐照度为940 W m~2，则接收到的总能量约为26 MJ。

在有破云的日子里，云的覆盖程度在任何一天都是不断变化的。然而，在世界上的许多地方，在长达一个月的时间里，平均云量在一天中几乎是恒定的因此，平均一个月的总辐照度的日变化将近似于正弦曲线，并符合eqn 2.10。根据平均最大辐照度，可以用eqn 2.11计算出平均日日照。

太阳能

太阳能

图2.7不同季节及不同大气条件下太阳总辐照度的日变化。测量地点在澳大利亚新南威尔士州的Krawaree(东经149°27′，南纬35°49′;海拔770米)，日期接近(a)最短的冬天，(b)最长的夏天，(c)秋分。(清晰的天空;断断续续的云;一般阴)。数据由堪培拉CSIRO F.X. Dunin先生提供。

时间(澳大利亚东部标准时间)

图2.7不同季节及不同大气条件下太阳总辐照度的日变化。测量地点在澳大利亚新南威尔士州的Krawaree(东经149°27′，南纬35°49′;海拔770米)，日期接近(a)最短的冬天，(b)最长的夏天，(c)秋分。(清晰的天空;断断续续的云;一般阴)。数据由堪培拉CSIRO F.X. Dunin先生提供。

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