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1.太阳高度角（h⊙）: 指太阳光线与水平面的交角。

sin h⊙ ＝sinφ·sinδ＋cosφ·cosδ·cosω

ω(时角): 以当地真太阳时正午为零度，下午为正，上午为负，每小时15°。

φ: 地理纬度; δ:太阳赤纬 ;ω:时角

正午时刻（ω＝0）太阳高度角的表达式：

h⊙＝90°―φ＋δ（太阳在天顶以南）

h⊙＝90°＋φ―δ（太阳在天顶以北）
当计算出h⊙＞90°时，则取其补角。

正午太阳高度角变化规律：

在南北回归线上（φ＝23.5°）：正午h⊙每年有一次最大值和一次最小值。
在赤道上（φ＝0°）：正午h⊙每年有两次最大值和两次最小值。
在赤道与南、北回归线之间:正午h⊙每年有两次最大值和一次最小值。
在北回归线以北与南回归线以南地区:正午h⊙每年有一次最大值和一次最小值，并且在一年中任何时刻，太阳高度均小于90°，太阳永远不会升至天顶。

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2 .方位角（A）: 指阳光在水平面上投影和当地子午线间的夹角。

cosA=- sinδ·secφ

A(方位角): 取正南为零度，以西为正，以东为负。

北半球各地日出、日没时方位角变化规律：
春秋分日（δ=0°）:太阳从正东方升起，在正西方落入地平线下；
从春分到秋分的夏半年内（δ：0°→+23.5°→0°）:太阳从东偏北方升起，在西偏北方落入地平线下；
从秋分到春分的冬半年内(δ：0°→-23.5°→0°):太阳从东偏南方升起，在西偏南方落入地平线下，越接近冬至日，日出日落的方位越偏南。

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可照时间: 由日出至日没太阳可能照射的时间间隔

实照时数:一天中太阳直接照射地面的实际时数

曙暮光时间:太阳在地平线以下0-18°的一 段时间。

光照时间：可照时间 + 曙暮光时间

北半球可照时间随季节和纬度的变化规律为：


δ=0°: 昼夜平分，昼长不随纬度而变化；

δ：0°→-23.5°→0°:白昼短于黑夜，而且纬度越高，白昼越短，冬至日白昼达一年中的最短。在北极圈内可出现有夜无昼现象，称为极夜；

δ：0°→+23.5°→0°:白昼长于黑夜，而且纬度越高，白昼越长，夏至日白昼达一年中的最长。在北极圈内可出现有昼无夜现象，称为极昼；
赤道上，终年昼夜平分，中高纬度地区，随纬度增高，一年中昼长变化越大；低纬度地区终年昼长变化较小。

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辐射的一般知识

辐 射: 能量或物质微粒从辐射体向空间各方向发送的过程。

辐射能：通过辐射传输的能量。

电磁波：10exp(-10)微米～几千米

气象学：0.15～120μm

可见光：0.39～0.76μm

紫外线指数：度量太阳紫外线影响人类皮肤的程度.

紫外线指数为1=25毫瓦/平方米

紫外线又分为：


UV-A:315 nm～ 400nm

UV-B :280nm ～ 315nm (对皮对肤的伤害最大)


UV-C :100nm ～ 280nm

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辐射的度量单位

辐射通量（F）：单位时间内通过或到达任一表面的辐射能。单位：J·s-1或W。

辐射通量密度（E）：单位面积上的辐射通量。单位：W·m-2

光通量密度（E1）：单位面积上通过或到达的光通量　单位：Lm·m-2(流明·米-2)

辐照度：到达接受面的辐射通量密度。

照度：单位面积上接收的光通量称为。单位：lux(勒克斯) ;1lux=lLm·m-2。

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辐射的基本定律

斯蒂芬-波耳兹曼定律 ：



黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比。

ET=σTexp4　　σ= 5.67×10-8 W·m-2·Kexp(-4)

维恩位移定律： 黑体辐射能力最大值所对应的波长（λmax）与绝对温度成反比

λmax = C/T
C = 2898μm·K.

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1.太阳辐射光谱



2.太阳常数(solar constant)：在大气上界，当日地间处于平均距离时，垂直于太 阳入射光表面的太阳直接辐射照度。1981年世界气象组织推荐使用1367W·m-2


3.太阳光量常数：在大气上界，当日地间处于平均距离时，垂直于

太阳入射光表面的太阳可见光照度。其值为14万Lux.太阳辐射在大气中的削弱

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N2:对太阳辐射几乎不吸收；


O2:吸收小于0.2um的紫外线；


03:主要吸收波长小于0.29um的紫外线,此外在0.6um和10um也有吸收；


H2O:在可见光区和红外光都有吸收,但吸收最强的在0.93-2.85um ；


CO2和尘埃:主要吸收红外线光谱区的辐射能。

结论：大气对太阳辐射的吸收多

位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域，

而对可见光光谱区的辐射能量吸收极微。

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分子散射: D散射质点 < 入入射辐射 （分子散射强度与其波长的四次方成反比）




粗粒散射: D散射质点 >> 入入射辐射 （漫射对各色光同等散射）

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大气中的云层和较大颗粒的尘埃，能将太阳辐射中的一部分反射到宇宙空间去，其中云的反射作用最为显著。

云的反射能力随云状、云的厚度不同而有明显不同平均反射率约为50～55%。

高云的反射率约为25%

中云约为50%

低云约为65%

总结: 在大气对太阳辐射的削弱作用中，以反射和散射作用大于吸收作用。 以全球平均状况而言，进入大气的太阳辐 射约有31%因反射和散射返回宇宙空间，24%被大气直接吸收，余下的45%可到达地面。

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大气质量(m):表示太阳倾斜入射时，经过的大气路程为垂直入射时的倍数。

光线垂直到达海平面时所穿过的大气厚度定为一个大气质量数(m=1)。

h⊙>30°时：


h⊙<30°时：

大气质量数随太阳高度的变化

h⊙	90°	60°	50°	40°	30°	20°	10°	5°	3°	1°	0°
m	1.0	1.2	1.3	1.6	2.0	2.9	5.6	10.4	15.4	27.0	35.4

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一、太阳直接辐射


S'：水平面上所得来自日盘的太阳直接辐射，或称太阳直接辐射的垂直分量


S：指地表垂直于日光来向单位面积上接受来自日盘的太阳辐射

光谱特征：


随大气质量增加，长波光比例增加

随海拔高度增加，短波光比例增加

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二、散射辐射（D）


水平地面上接收到的来自半球形天空不包括太阳直接辐射的短波辐射。又称天空辐射。

影响因素：


D随P增大而减小

D随h⊙增高而增大

地面反射率越大，D越强

海拔高度增高，空气干洁程度增加，D减少

D随总云量增加而迅速增大但若云层过厚，D也随之减少

散射辐射光谱特征:


散射辐射能量主要集中在小于1um的波谱范围, 晴天最大能量出现在0.45 um处, 阴天出现在0.48um处

随太阳高度角的增加,散射辐射的紫外线含量也增加,但可见光能量 (0.4-0.6um) 不随太阳高度角的改变而有大的变化

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三、总辐射（Q）


指水平地面上接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和。

影响因素：


Q 一般随纬度增加而减小

晴天Q日变化和S' 日变化一致

阴天Q日变化和D日变化一致

有少量云时,Q会比没有云时略有增加, 否则随云量增大而减小。

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影响因素：

颜色越浅，反射率越大

粗糙度越大，反射率越小

太阳高度角越大，反射率越小

土壤湿度越大，反射率越小