學(xué)習(xí)情境一 太陽光特性與應(yīng)用

1、光伏技術(shù)應(yīng)用第一章學(xué)習(xí)情境一 太陽光特性與應(yīng)用學(xué)習(xí)情境目標(biāo)學(xué)習(xí)情境目標(biāo) 了解光的波粒二象性、黑體輻射、太陽及其輻射的基本原理，掌握日照了解光的波粒二象性、黑體輻射、太陽及其輻射的基本原理，掌握日照數(shù)據(jù)及估算溫室效應(yīng)產(chǎn)生、太陽的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律、直接輻射和漫射原理。數(shù)據(jù)及估算溫室效應(yīng)產(chǎn)生、太陽的視運(yùn)動(dòng)規(guī)律、直接輻射和漫射原理。學(xué)習(xí)情境要求學(xué)習(xí)情境要求1 1、利用課外時(shí)間查閱相關(guān)資料；、利用課外時(shí)間查閱相關(guān)資料；2 2、分小組匯總各自查閱的資料，并進(jìn)行研討；、分小組匯總各自查閱的資料，并進(jìn)行研討；3 3、以小組為單位，選派代表匯報(bào)學(xué)習(xí)研討情況（以、以小組為單位，選派代表匯報(bào)學(xué)習(xí)研討情況（以PPTPPT形

2、式），接受師生形式），接受師生點(diǎn)評(píng)，并參與小組自評(píng)和互評(píng)。點(diǎn)評(píng)，并參與小組自評(píng)和互評(píng)。情境引導(dǎo)問題情境引導(dǎo)問題1 1、什么是單色光？白色是白色的單色光嗎？光的顏色由什么來決定？、什么是單色光？白色是白色的單色光嗎？光的顏色由什么來決定？2 2、光的特性是什么？所產(chǎn)生的波包或光子的能量表達(dá)式是什么？、光的特性是什么？所產(chǎn)生的波包或光子的能量表達(dá)式是什么？3 3、任何地點(diǎn)的大氣光學(xué)質(zhì)量如何計(jì)算？、任何地點(diǎn)的大氣光學(xué)質(zhì)量如何計(jì)算？AM1.5AM1.5知識(shí)及日照估算。知識(shí)及日照估算。單元1.1 光及其特性的認(rèn)識(shí) 光線中包含不同頻率的光，則為復(fù)合光。如果只含有一種頻率的光，則光線中包含不同頻率的光，則為

3、復(fù)合光。如果只含有一種頻率的光，則為單色光。如激光，單色性是頻率的寬度，越窄單色性越好。為單色光。如激光，單色性是頻率的寬度，越窄單色性越好。 白光是可見光中各色光的混合，當(dāng)然也可以說白光的頻率寬度覆蓋了可白光是可見光中各色光的混合，當(dāng)然也可以說白光的頻率寬度覆蓋了可見光的區(qū)域，覆蓋了可見光中的各種單色光，所以作色散的時(shí)候，三棱鏡可見光的區(qū)域，覆蓋了可見光中的各種單色光，所以作色散的時(shí)候，三棱鏡可以分出各種顏色的光，三棱鏡的作用相當(dāng)于把頻率表示成偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)而已，以分出各種顏色的光，三棱鏡的作用相當(dāng)于把頻率表示成偏轉(zhuǎn)角的函數(shù)而已，所以白光單色性相當(dāng)差。光源發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)單色器分解成按波長順序排

4、列所以白光單色性相當(dāng)差。光源發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)單色器分解成按波長順序排列的譜線，形成光譜。的譜線，形成光譜。光色光色紅紅橙橙黃黃綠綠青青藍(lán)藍(lán)紫紫波長范圍波長范圍（nmnm）610610700700590590610610570570590590501501570570490490501501450450490490400400450450中心波長中心波長660660600600580580550550495495470470420420 1. 1.存在一個(gè)截止頻率（紅限頻率），只有當(dāng)入射光波的頻率高于截止頻存在一個(gè)截止頻率（紅限頻率），只有當(dāng)入射光波的頻率高于截止頻率，電路中才有光電流，截止頻率與

5、材料有關(guān)與光強(qiáng)無關(guān)。率，電路中才有光電流，截止頻率與材料有關(guān)與光強(qiáng)無關(guān)。 2. 2.用不同頻率的光照射金色表面時(shí)，要入射光的頻率大于截止頻率，遏用不同頻率的光照射金色表面時(shí)，要入射光的頻率大于截止頻率，遏制電勢差（光電子的動(dòng)能）與入射頻率成正比即遏制電勢差與入射光頻率具制電勢差（光電子的動(dòng)能）與入射頻率成正比即遏制電勢差與入射光頻率具有線性關(guān)系。有線性關(guān)系。單元1.1 光及其特性的認(rèn)識(shí) 3. 3.無論入射光的強(qiáng)度如何，只要其頻率大于截止頻率，則當(dāng)光照射到金無論入射光的強(qiáng)度如何，只要其頻率大于截止頻率，則當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，幾乎立即就有光電子逸出，從光開始照射金屬表面到光電子逸出，屬表面時(shí)，幾

6、乎立即就有光電子逸出，從光開始照射金屬表面到光電子逸出，時(shí)間間隔通常不大于時(shí)間間隔通常不大于1010-9-9s s 4. 4.光的強(qiáng)度僅僅影響釋放光電子的數(shù)量，光強(qiáng)越強(qiáng)，光電子數(shù)量越多。光的強(qiáng)度僅僅影響釋放光電子的數(shù)量，光強(qiáng)越強(qiáng)，光電子數(shù)量越多。單元1.1 光及其特性的認(rèn)識(shí)單元1.1 光及其特性的認(rèn)識(shí) 所謂的所謂的黑體黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有是指入射的電磁波全部被吸收，既沒有反射，也沒有投射（當(dāng)然黑體仍然要向外輻射）。投射（當(dāng)然黑體仍然要向外輻射）。 基爾霍夫輻射定律（基爾霍夫輻射定律（KirchhoffKirchhoff），在熱平衡狀態(tài)的物體所輻射），在熱平衡狀態(tài)的

7、物體所輻射的能量與吸收率之比與物體本身物理性質(zhì)無關(guān)，只與波長和溫度有的能量與吸收率之比與物體本身物理性質(zhì)無關(guān)，只與波長和溫度有關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領(lǐng)關(guān)。按照基爾霍夫輻射定律，在一定溫度下，黑體必然是輻射本領(lǐng)最大的物體，可叫做完全輻射體。黑體對(duì)于輻射來說是一個(gè)理想的最大的物體，可叫做完全輻射體。黑體對(duì)于輻射來說是一個(gè)理想的吸收體和發(fā)射體。當(dāng)它被加熱后，開始發(fā)光，也就是說，開始發(fā)出吸收體和發(fā)射體。當(dāng)它被加熱后，開始發(fā)光，也就是說，開始發(fā)出電磁輻射。一個(gè)經(jīng)典的例子就是金屬的加熱，金屬溫度越高，發(fā)射電磁輻射。一個(gè)經(jīng)典的例子就是金屬的加熱，金屬溫度越高，發(fā)射的波長越短

8、，發(fā)光的顏色由最初的紅色逐漸變成白色。的波長越短，發(fā)光的顏色由最初的紅色逐漸變成白色。單元1.2 熱輻射與波的認(rèn)識(shí)單元1.3 到達(dá)地面的熱輻射 太陽太陽是一個(gè)通過其是一個(gè)通過其中心核聚變反應(yīng)產(chǎn)生熱中心核聚變反應(yīng)產(chǎn)生熱量的氣體球，內(nèi)部不斷量的氣體球，內(nèi)部不斷進(jìn)行熱核反應(yīng)，溫度高進(jìn)行熱核反應(yīng)，溫度高達(dá)達(dá)2 210107 7K K，從而釋放出，從而釋放出巨大能量。人們?nèi)庋鬯薮竽芰?。人們?nèi)庋鬯姷降墓庖珚Z目的太陽見到的光耀奪目的太陽盤表面盤表面“光球光球”，“太太陽能陽能”的絕大部分是由的絕大部分是由此發(fā)射出來的。光球以此發(fā)射出來的。光球以電磁波的形式向宇宙空電磁波的形式向宇宙空間輻射叫能量，總稱為

9、間輻射叫能量，總稱為太陽輻射。太陽輻射的太陽輻射。太陽輻射的總功率為總功率為3.83.810102626W W，而到達(dá)地面的太陽輻射而到達(dá)地面的太陽輻射總功率為總功率為1.71.710101717W W，僅占太陽總能量的二十僅占太陽總能量的二十億分之一。億分之一。 表面溫度表面溫度6000K6000K的黑體的光譜輻照度、恰好是地球大氣氣層的黑體的光譜輻照度、恰好是地球大氣氣層以外位置所觀察到的太陽光球?qū)拥墓庾V輻照度（以外位置所觀察到的太陽光球?qū)拥墓庾V輻照度（AMO),AMO),以及穿透以及穿透1.51.5倍于地球大氣層垂直厚度之后的太陽光球?qū)拥墓庾V輻照度倍于地球大氣層垂直厚度之后的太陽光球?qū)拥?/p>

10、光譜輻照度（AM1.5G)AM1.5G)單元1.3 到達(dá)地面的熱輻射 到達(dá)地面的太陽能量的大小，以及如何確定投射在某地采光到達(dá)地面的太陽能量的大小，以及如何確定投射在某地采光面上的太陽輻照度的量值，是太陽能利用需要首先解決的一個(gè)基面上的太陽輻照度的量值，是太陽能利用需要首先解決的一個(gè)基本問題。太陽的表面輻射水平幾乎恒定，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)地球表面時(shí)，本問題。太陽的表面輻射水平幾乎恒定，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)地球表面時(shí)，太陽光受地球大氣層的吸收和散射作用影響強(qiáng)烈，因而成為變量。太陽光受地球大氣層的吸收和散射作用影響強(qiáng)烈，因而成為變量。單元1.4 影響太陽輻射的因素 當(dāng)天空晴朗，太陽在頭頂直射且陽當(dāng)天空晴朗，太陽在頭

11、頂直射且陽光在大氣中經(jīng)過的光程最短時(shí)，到達(dá)地光在大氣中經(jīng)過的光程最短時(shí)，到達(dá)地球表面的太陽輻射最強(qiáng)。這個(gè)光程可用球表面的太陽輻射最強(qiáng)。這個(gè)光程可用1/cos1/coss s近似，近似，s s是太陽光和本地垂線是太陽光和本地垂線的夾角；這個(gè)光程一般被定義為太陽輻的夾角；這個(gè)光程一般被定義為太陽輻射到達(dá)地球表面必須經(jīng)過的大氣光學(xué)質(zhì)射到達(dá)地球表面必須經(jīng)過的大氣光學(xué)質(zhì)量量AM(air massAM(air mass），因此。），因此。大氣質(zhì)量AM的定義單元1.4 影響太陽輻射的因素任何地點(diǎn)的大氣光學(xué)質(zhì)量可以由下列公式計(jì)算任何地點(diǎn)的大氣光學(xué)質(zhì)量可以由下列公式計(jì)算S S是高度為是高度為h h的豎直杠的投影

12、長度的豎直杠的投影長度 太陽光在大氣層外（即大氣光學(xué)質(zhì)量為零或者太陽光在大氣層外（即大氣光學(xué)質(zhì)量為零或者AM0AM0）和）和AM1.5AM1.5時(shí)的時(shí)的光譜能譜分布圖如圖所示。光譜能譜分布圖如圖所示。AM0AM0從本質(zhì)上來說是不變的，將它的功率密從本質(zhì)上來說是不變的，將它的功率密度在整個(gè)光譜范圍積分的總合，稱作度在整個(gè)光譜范圍積分的總合，稱作太陽常數(shù)太陽常數(shù)，它的公認(rèn)值是：，它的公認(rèn)值是： 地球的截面積是地球的截面積是127,400,000127,400,000平方公里，因此整個(gè)地球接收到的平方公里，因此整個(gè)地球接收到的能量是能量是1.7401.74010101717瓦特。由于太陽表面常有黑子

13、等太陽活動(dòng)的緣故，瓦特。由于太陽表面常有黑子等太陽活動(dòng)的緣故，太陽常數(shù)并不是固定不變的。一年當(dāng)中的變化幅度在太陽常數(shù)并不是固定不變的。一年當(dāng)中的變化幅度在1%1%左右。左右。單元1.5 人類活動(dòng)與溫室效應(yīng) 為了保持地球的溫度，地球從太陽獲得的能量必須與地球向外為了保持地球的溫度，地球從太陽獲得的能量必須與地球向外的輻射能量相等。與阻礙入射輻射類似，大氣層也阻礙向外的輻射。的輻射能量相等。與阻礙入射輻射類似，大氣層也阻礙向外的輻射。水蒸氣強(qiáng)烈吸收波長為水蒸氣強(qiáng)烈吸收波長為47m波段的光波，而波段的光波，而COCO2 2主要吸收的是主要吸收的是13191m波段。大部分的出射輻射（波段。大部分的出射

14、輻射（70%）從）從713m的的“窗口窗口”逃逸。逃逸。 如果我們居住的地表像在月球上一樣沒有大氣層，地球表面的如果我們居住的地表像在月球上一樣沒有大氣層，地球表面的平均溫度將大約是平均溫度將大約是-18-18。然而，大氣層中有天然背景水平為。然而，大氣層中有天然背景水平為270 270 ppmppm（濃度單位，即百萬分之一）（濃度單位，即百萬分之一） CO CO2 2的，這使得地球的平均溫度的，這使得地球的平均溫度大約在大約在1515，比月球表面平均溫度高出，比月球表面平均溫度高出3333。 人類的活動(dòng)增加了大氣中人類的活動(dòng)增加了大氣中“人造氣體人造氣體”的排放，這些氣體吸收的排放，這些氣體

15、吸收波長的范圍是在波長的范圍是在713m，特別是二氧化碳、甲烷、臭氧。氮氧化，特別是二氧化碳、甲烷、臭氧。氮氧化合物和氯氟碳化物（合物和氯氟碳化物（CFC）等。這些氣體阻礙了能量的正常逃逸，）等。這些氣體阻礙了能量的正常逃逸，并且被廣泛認(rèn)為是造成地表平均溫度升高的原因。有跡象表明，洪并且被廣泛認(rèn)為是造成地表平均溫度升高的原因。有跡象表明，洪水和干旱日益頻繁?？梢灶A(yù)見，溫室效應(yīng)對(duì)人類和自然環(huán)境將產(chǎn)生水和干旱日益頻繁。可以預(yù)見，溫室效應(yīng)對(duì)人類和自然環(huán)境將產(chǎn)生大范圍的嚴(yán)重影響。大范圍的嚴(yán)重影響。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng) 地球繞其自轉(zhuǎn)軸的的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，叫做地球的自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)的地球繞其自轉(zhuǎn)軸的的旋

16、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，叫做地球的自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)的方向是自西向東。從地軸北端或北極上空觀察，地球呈逆時(shí)針方向方向是自西向東。從地軸北端或北極上空觀察，地球呈逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；從地軸南段或南極上空觀察，地球呈順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。地球旋轉(zhuǎn)；從地軸南段或南極上空觀察，地球呈順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)一周自轉(zhuǎn)一周360360，所需要，所需要的世界為的世界為2323時(shí)時(shí)5656分分4 4秒，這叫作一恒星日。秒，這叫作一恒星日。 地軸與黃道平面的交角為地軸與黃道平面的交角為66663434，赤道平面與黃道平面的交，赤道平面與黃道平面的交角為角為23232626。地球在公轉(zhuǎn)的過程中，地軸的空間指向和黃赤交角。地球在公轉(zhuǎn)的過程中，地

17、軸的空間指向和黃赤交角的大小，在一定時(shí)期內(nèi)可以看做是不變的。因此，地球在公轉(zhuǎn)軌道的大小，在一定時(shí)期內(nèi)可以看做是不變的。因此，地球在公轉(zhuǎn)軌道的不同位置，地表接受太陽垂直照射的點(diǎn)（簡稱太陽直射點(diǎn)）是有的不同位置，地表接受太陽垂直照射的點(diǎn)（簡稱太陽直射點(diǎn)）是有變化的。變化的。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)黃道平面：黃道平面：地球的黃道平面是地球公轉(zhuǎn)軌道所在的平面。地球的黃道平面是地球公轉(zhuǎn)軌道所在的平面。赤道平面：赤道平面：地球赤道所在的平面稱為赤道平面。地球赤道所在的平面稱為赤道平面。黃赤交角：黃赤交角：黃赤交角是地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）與赤道面黃赤交角是地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）與赤道面（天赤道面）

18、的交角，也稱為太陽赤緯或者黃赤大距。（天赤道面）的交角，也稱為太陽赤緯或者黃赤大距。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng) 太陽位于地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）上，從地球上看，太陽終太陽位于地球公轉(zhuǎn)軌道面（黃道面）上，從地球上看，太陽終年在這個(gè)水平面上運(yùn)動(dòng)，這就是太陽的視運(yùn)動(dòng)，該視運(yùn)動(dòng)的路線叫年在這個(gè)水平面上運(yùn)動(dòng)，這就是太陽的視運(yùn)動(dòng)，該視運(yùn)動(dòng)的路線叫做做黃道黃道。太陽視運(yùn)動(dòng)可以分為。太陽視運(yùn)動(dòng)可以分為日運(yùn)動(dòng)日運(yùn)動(dòng)和和年運(yùn)動(dòng)年運(yùn)動(dòng)。 天球天球: : 天球是一個(gè)假想的圓球：它天球是一個(gè)假想的圓球：它的球心就是觀測者；它的半徑無的球心就是觀測者；它的半徑無窮大。地球以外的天體在天球上窮大。地球以外的天體在天球上

19、都有各自的投影。人們?cè)谡f明天都有各自的投影。人們?cè)谡f明天體的位置和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把天體體的位置和運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把天體的投影看成是它們本身，如右圖的投影看成是它們本身，如右圖所示，地球的自轉(zhuǎn)軸無限延長，所示，地球的自轉(zhuǎn)軸無限延長，同天球球面相交于兩點(diǎn)，這叫做同天球球面相交于兩點(diǎn)，這叫做天極天極，即，即南天極南天極和和北天極北天極。地球。地球赤道平面無限擴(kuò)大，同天球相交赤道平面無限擴(kuò)大，同天球相交的大圓，叫做的大圓，叫做天赤道天赤道。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律春分日（春分日（3 3月月2121日前后）日前后）夏至日（夏至日（6 6月月2222日前后）日前后）秋分日（秋分

20、日（9 9月月2323日前后）日前后）冬至日（冬至日（1212月月2222日前后）日前后） 如圖所示，從冬至到第二年夏至，太陽直射點(diǎn)自南緯如圖所示，從冬至到第二年夏至，太陽直射點(diǎn)自南緯23232626向北移動(dòng)，向北移動(dòng)，經(jīng)過赤道（春分時(shí)），到達(dá)北緯經(jīng)過赤道（春分時(shí)），到達(dá)北緯23232626；從夏至到冬至，太陽直射點(diǎn)自北；從夏至到冬至，太陽直射點(diǎn)自北緯緯23232626向南移動(dòng)，經(jīng)過赤道（秋分時(shí)），到達(dá)南緯向南移動(dòng)，經(jīng)過赤道（秋分時(shí)），到達(dá)南緯23232626。太陽直射。太陽直射點(diǎn)在赤道南北的這種周期性往返運(yùn)動(dòng)，稱為太陽直射點(diǎn)的回歸運(yùn)動(dòng)。太陽直點(diǎn)在赤道南北的這種周期性往返運(yùn)動(dòng)，稱為太陽直射點(diǎn)的

21、回歸運(yùn)動(dòng)。太陽直射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)的周期為射點(diǎn)回歸運(yùn)動(dòng)的周期為365365日日5 5時(shí)時(shí)4848分分4646秒，叫做一回歸年。秒，叫做一回歸年。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng) 如圖所示，當(dāng)太陽在年運(yùn)動(dòng)中位于夏如圖所示，當(dāng)太陽在年運(yùn)動(dòng)中位于夏至點(diǎn)時(shí)，假定太陽位于這一點(diǎn)的時(shí)間剛好至點(diǎn)時(shí)，假定太陽位于這一點(diǎn)的時(shí)間剛好為一天，在這一天里，由于地球在自轉(zhuǎn)，為一天，在這一天里，由于地球在自轉(zhuǎn)，在天球圖中，以觀測者為中心，則太陽的在天球圖中，以觀測者為中心，則太陽的日視運(yùn)動(dòng)的軌跡就是與地軸垂直的平面日視運(yùn)動(dòng)的軌跡就是與地軸垂直的平面（圖中標(biāo)出），春、秋分日時(shí)，該軌跡與（圖中標(biāo)出），春、秋分日時(shí)，該軌跡與赤道平面重

22、合。由此推斷，在一年內(nèi)，太赤道平面重合。由此推斷，在一年內(nèi)，太陽每日視運(yùn)動(dòng)的軌跡都是與赤道平行的平陽每日視運(yùn)動(dòng)的軌跡都是與赤道平行的平面：北半球夏半年，太陽位于春分點(diǎn)面：北半球夏半年，太陽位于春分點(diǎn)夏至點(diǎn)夏至點(diǎn)秋分點(diǎn)之間，太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡秋分點(diǎn)之間，太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡位于圖中軌跡與赤道平面之間；北半球冬位于圖中軌跡與赤道平面之間；北半球冬至日的情況可以以此推斷。至日的情況可以以此推斷。太陽的視運(yùn)動(dòng)（日運(yùn)動(dòng)）軌跡太陽的視運(yùn)動(dòng)（日運(yùn)動(dòng)）軌跡（2 2）天球中）天球中 在右圖中，圓球面表示一個(gè)天球，在右圖中，圓球面表示一個(gè)天球，O O點(diǎn)代表地點(diǎn)代表地球上的觀測者，它處于天球的中心，若將觀測者球上的觀測者，它

23、處于天球的中心，若將觀測者O O看到的地面向外擴(kuò)展，與天球相交，于是構(gòu)成了天看到的地面向外擴(kuò)展，與天球相交，于是構(gòu)成了天球上一個(gè)基本圓圈，稱地平圈。與地平圈相垂直，球上一個(gè)基本圓圈，稱地平圈。與地平圈相垂直，即從觀測者頭頂向上延伸交天球上的一點(diǎn)即從觀測者頭頂向上延伸交天球上的一點(diǎn)X X，稱天，稱天頂；而從觀測者腳底向下延伸，交天球上的一點(diǎn)頂；而從觀測者腳底向下延伸，交天球上的一點(diǎn)Y Y，稱天底。稱天底。 圖中，地平圈上方向的確定方法是：與北天極圖中，地平圈上方向的確定方法是：與北天極距離較近的那一點(diǎn)距離較近的那一點(diǎn)N N稱為北點(diǎn)，而另一點(diǎn)稱為北點(diǎn)，而另一點(diǎn)S S稱為南點(diǎn)。稱為南點(diǎn)。北點(diǎn)和南點(diǎn)也

24、就是地面上的觀測者所看到的正南和北點(diǎn)和南點(diǎn)也就是地面上的觀測者所看到的正南和正北方向，再根據(jù)正北方向，再根據(jù)“上北下南，左西右東上北下南，左西右東”的方法的方法確定東西方向（已經(jīng)在圖中標(biāo)注）。確定東西方向（已經(jīng)在圖中標(biāo)注）。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)（1 1）平面圖中）平面圖中 在地球上，地球表面的觀測者所能觀測到的地在地球上，地球表面的觀測者所能觀測到的地方為其所在地平線以上的部分。地平線的確定如右方為其所在地平線以上的部分。地平線的確定如右圖所示圖所示觀測者位置的確定：觀測者位置的確定：單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)看北半球某地（圖中看北半球某地（圖中O O點(diǎn)）某日太陽的視運(yùn)動(dòng)情況點(diǎn)）

25、某日太陽的視運(yùn)動(dòng)情況 如右圖，對(duì)于北半球的如右圖，對(duì)于北半球的O O點(diǎn)，在點(diǎn)，在6 6月月2222日，太陽視運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖中日，太陽視運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖中“太陽運(yùn)動(dòng)太陽運(yùn)動(dòng)軌跡軌跡”所示，位于所示，位于O O點(diǎn)的觀測者，其能觀點(diǎn)的觀測者，其能觀測到的地平圈以上的天球部分的太陽的運(yùn)測到的地平圈以上的天球部分的太陽的運(yùn)動(dòng)情況，如下圖。動(dòng)情況，如下圖。 可以看到：可以看到：6 6月月2222日，對(duì)于北半球的日，對(duì)于北半球的O O點(diǎn)，太陽點(diǎn)，太陽從東北升起，西北落下。從東北升起，西北落下。 從前面的講解可以知道，春、秋分日時(shí)，太陽從前面的講解可以知道，春、秋分日時(shí)，太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡與天赤道重合，看圖可知，對(duì)

26、于北半球的運(yùn)動(dòng)軌跡與天赤道重合，看圖可知，對(duì)于北半球的的O O點(diǎn)，春、秋分日時(shí)，太陽正東升起，正西落下。點(diǎn)，春、秋分日時(shí)，太陽正東升起，正西落下。 進(jìn)而可以推論，對(duì)于北半球（北極圈以南）的進(jìn)而可以推論，對(duì)于北半球（北極圈以南）的任一點(diǎn)任一點(diǎn)O O點(diǎn)，春、秋分時(shí)，太陽正東升起，正西落下。點(diǎn)，春、秋分時(shí)，太陽正東升起，正西落下。 當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于北半球（春分當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于北半球（春分夏至夏至秋分）秋分）時(shí)，太陽從東北升起，西北落下。時(shí)，太陽從東北升起，西北落下。 當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于南半球（秋分當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于南半球（秋分冬至冬至春分）春分）時(shí)，太陽從東南升起，西南落下。時(shí)，太陽從東南升起，西南落下

27、。 對(duì)于南半球的對(duì)于南半球的Q Q點(diǎn)，其地平線和地平圈的點(diǎn)，其地平線和地平圈的確定如右圖所示。確定如右圖所示。 對(duì)于南半球的點(diǎn)，其在天球上能觀測到的對(duì)于南半球的點(diǎn)，其在天球上能觀測到的是與北半球的點(diǎn)相對(duì)的另一半天球上的情況，是與北半球的點(diǎn)相對(duì)的另一半天球上的情況，不同的地方還有地平圈上的東西方向。則不同的地方還有地平圈上的東西方向。則6 6月月2222日，日，Q Q點(diǎn)的太陽視運(yùn)動(dòng)的圖應(yīng)該如下圖所示。點(diǎn)的太陽視運(yùn)動(dòng)的圖應(yīng)該如下圖所示。 可以看到：可以看到：6 6月月2222日，對(duì)于南半球的日，對(duì)于南半球的Q Q點(diǎn)，太陽從東北升起，西北落下。點(diǎn)，太陽從東北升起，西北落下。 春、秋分日時(shí)，太陽正東升

28、起，正西落下。春、秋分日時(shí)，太陽正東升起，正西落下。 進(jìn)而可以推論，對(duì)于南半球（南極圈以北）的任一點(diǎn)進(jìn)而可以推論，對(duì)于南半球（南極圈以北）的任一點(diǎn)Q Q點(diǎn)，春、秋分點(diǎn)，春、秋分時(shí)，太陽正東升起，正西落下；晝夜平分。時(shí)，太陽正東升起，正西落下；晝夜平分。 當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于北半球（春分當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于北半球（春分夏至夏至秋分）時(shí)，太陽從東北升起，秋分）時(shí)，太陽從東北升起，西北落下。西北落下。 當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于南半球（秋分當(dāng)太陽直射點(diǎn)位于南半球（秋分冬至冬至春分）時(shí)，太陽從東南升起，春分）時(shí)，太陽從東南升起，西南落下。西南落下。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)看南半球某地（圖中看南半球某地（圖中O O

29、點(diǎn)）某日太陽的視運(yùn)動(dòng)情況點(diǎn)）某日太陽的視運(yùn)動(dòng)情況單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)對(duì)于地球上的特殊地點(diǎn)的判讀對(duì)于地球上的特殊地點(diǎn)的判讀(1)(1)對(duì)于南、北極點(diǎn)對(duì)于南、北極點(diǎn) 根據(jù)以上的判斷方法根據(jù)以上的判斷方法, ,仔細(xì)仔細(xì)看圖：對(duì)于北極點(diǎn)：當(dāng)太陽直射看圖：對(duì)于北極點(diǎn)：當(dāng)太陽直射點(diǎn)在北半球，太陽的視運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)在北半球，太陽的視運(yùn)動(dòng)軌跡都與地平圈平行，即一天中，太都與地平圈平行，即一天中，太陽的高度都是不變的，只是太陽陽的高度都是不變的，只是太陽高度每日不同而已，出現(xiàn)極晝現(xiàn)高度每日不同而已，出現(xiàn)極晝現(xiàn)象；春秋分日，太陽在地平線上象；春秋分日，太陽在地平線上轉(zhuǎn)一周，北半球冬半年，太陽的轉(zhuǎn)一周，北半球

30、冬半年，太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡都在地平圈以下，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡都在地平圈以下，出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。極夜現(xiàn)象。同理，對(duì)于南極點(diǎn)：當(dāng)太同理，對(duì)于南極點(diǎn)：當(dāng)太陽直射點(diǎn)在北半球，太陽陽直射點(diǎn)在北半球，太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡都在地平圈以的運(yùn)動(dòng)軌跡都在地平圈以下，出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。春秋下，出現(xiàn)極夜現(xiàn)象。春秋分日，太陽在地平線上轉(zhuǎn)分日，太陽在地平線上轉(zhuǎn)一圈。但太陽直射點(diǎn)在南一圈。但太陽直射點(diǎn)在南半球，太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡都半球，太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡都與地平圈平行，出現(xiàn)極晝與地平圈平行，出現(xiàn)極晝現(xiàn)象。現(xiàn)象。單元1.6 地球運(yùn)動(dòng)與逐日系統(tǒng)（2 2）對(duì)于赤道）對(duì)于赤道根據(jù)以上的判斷方法，仔細(xì)看圖：根據(jù)以上的判斷方法，仔細(xì)看圖：赤道的地平圈始終與太陽的運(yùn)動(dòng)

31、軌跡平面垂直，如下圖：赤道的地平圈始終與太陽的運(yùn)動(dòng)軌跡平面垂直，如下圖：對(duì)于赤道的點(diǎn)，春秋分時(shí)，太陽東升西落；對(duì)于赤道的點(diǎn)，春秋分時(shí)，太陽東升西落；北半球夏半年時(shí)，太陽東北升，西北落；北半球夏半年時(shí)，太陽東北升，西北落；北半球冬半年時(shí)，太陽東南升，西南落；北半球冬半年時(shí)，太陽東南升，西南落；單元1.6.2 太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)LML393LML393是雙電壓比較器集成電路是雙電壓比較器集成電路單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)斯蒂芬斯蒂芬- -玻爾茲曼（玻爾茲曼（Stefan BoltzmanStefan Boltzman）定律）定律 1879 1879年斯蒂芬由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，物體的發(fā)射能力是隨溫度、波長而年斯

32、蒂芬由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，物體的發(fā)射能力是隨溫度、波長而改變的。隨著溫度的升高，黑體對(duì)各波長的發(fā)射能力都相應(yīng)地增強(qiáng)。改變的。隨著溫度的升高，黑體對(duì)各波長的發(fā)射能力都相應(yīng)地增強(qiáng)。因而物體發(fā)射的總能量（即曲線與橫坐標(biāo)之間包圍的面積）也會(huì)顯因而物體發(fā)射的總能量（即曲線與橫坐標(biāo)之間包圍的面積）也會(huì)顯著增大。據(jù)研究，絕對(duì)黑體的積分輻射能力與其絕對(duì)溫度的四次方著增大。據(jù)研究，絕對(duì)黑體的積分輻射能力與其絕對(duì)溫度的四次方成正比。成正比。18841884年玻爾茲曼用熱力學(xué)理論證明了這一點(diǎn)。在全部波長年玻爾茲曼用熱力學(xué)理論證明了這一點(diǎn)。在全部波長范圍內(nèi)對(duì)普蘭克公式進(jìn)行積分就可以得到斯蒂芬范圍內(nèi)對(duì)普蘭克公式進(jìn)行積分就可以得到

33、斯蒂芬- -玻爾茲曼公式。玻爾茲曼公式。 式中式中E ETBTB是溫度為是溫度為T T的絕對(duì)黑體發(fā)射的輻射總能量；的絕對(duì)黑體發(fā)射的輻射總能量；是斯蒂芬是斯蒂芬- -玻爾茲曼常數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，=5.67=5.671010-8-8W/(mW/(m2 2kk4 4) )對(duì)于非黑體或稱灰體物質(zhì)對(duì)于非黑體或稱灰體物質(zhì)來說，只要在公式的右邊增加物體的發(fā)射率，它們的輻射能力就可來說，只要在公式的右邊增加物體的發(fā)射率，它們的輻射能力就可以確定了以確定了。公式可寫成：。公式可寫成：單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) 根據(jù)斯蒂芬根據(jù)斯蒂芬- -玻爾茲曼定律可以算出雖然太陽表面所發(fā)射的能量玻爾茲曼定律可以算出雖然太陽表面所

34、發(fā)射的能量密度相當(dāng)大，但地面上接受到的太陽輻照度比太陽發(fā)射的能量密度密度相當(dāng)大，但地面上接受到的太陽輻照度比太陽發(fā)射的能量密度小得多，日小得多，日- -地距離是影響因素之一。地距離是影響因素之一。 換個(gè)角度討論日換個(gè)角度討論日- -地距離與到達(dá)地面上的太陽輻照度的關(guān)系，先地距離與到達(dá)地面上的太陽輻照度的關(guān)系，先討論一個(gè)特殊位置上的太陽輻照度，它是計(jì)算投射到地面上的太陽討論一個(gè)特殊位置上的太陽輻照度，它是計(jì)算投射到地面上的太陽輻照度的依據(jù)。即：在輻照度的依據(jù)。即：在日日- -地平均距離時(shí)地球大氣層上界，與太陽光地平均距離時(shí)地球大氣層上界，與太陽光線垂直的表面上，單位面積、單位時(shí)間內(nèi)接收到的太陽輻

35、射能量；線垂直的表面上，單位面積、單位時(shí)間內(nèi)接收到的太陽輻射能量；我們把該太陽輻射能量定義為太陽常數(shù)我們把該太陽輻射能量定義為太陽常數(shù)。太陽常數(shù)計(jì)算式的推導(dǎo)如。太陽常數(shù)計(jì)算式的推導(dǎo)如下，但太陽常數(shù)值是通過實(shí)測得出。下，但太陽常數(shù)值是通過實(shí)測得出。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) D Ds s（太陽直徑）（太陽直徑）=1.39=1.3910106 6km, Dkm, De e( (地球直徑）地球直徑）= 1.27= 1.2710104 4km, km, D Ds-es-e( (日地距離日地距離)= 1.5)= 1.510108 8kmkm上圖中的上圖中的D Ds s , D , Ds-es-e , ,可

36、以計(jì)算出地球上可以計(jì)算出地球上看到太陽平面張角為看到太陽平面張角為3232時(shí)，其立體角時(shí)，其立體角s s為為（球面度）（球面度） 式中：式中：R Rs s太陽半徑太陽半徑地球大氣層上界表面單位立體角中的太陽輻照度：地球大氣層上界表面單位立體角中的太陽輻照度：單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)全局水平輻射全局水平輻射= =水平面總輻射強(qiáng)度；直接光照輻射水平面總輻射強(qiáng)度；直接光照輻射= =水平面直射水平面直射輻射強(qiáng)度；，漫射水平輻射輻射強(qiáng)度；，漫射水平輻射= =水平面散射輻射強(qiáng)度水平面散射輻射強(qiáng)度1.1.峰值日照小時(shí)數(shù)據(jù)峰值日照小時(shí)數(shù)據(jù) 每月的日平均日照水平通常用每月的日平均日照水平通常用“峰值日照小時(shí)數(shù)峰

37、值日照小時(shí)數(shù)”來表示。來表示。其概念是：全天所接收到的太陽輻射，早晨時(shí)候?yàn)榈蛷?qiáng)度，正午其概念是：全天所接收到的太陽輻射，早晨時(shí)候?yàn)榈蛷?qiáng)度，正午時(shí)候達(dá)到峰值，午后逐漸降低，這些不斷變動(dòng)的日照數(shù)據(jù)在累加時(shí)候達(dá)到峰值，午后逐漸降低，這些不斷變動(dòng)的日照數(shù)據(jù)在累加后，被壓縮到一個(gè)日照水平等同于正午輻射強(qiáng)度的縮減的時(shí)間段后，被壓縮到一個(gè)日照水平等同于正午輻射強(qiáng)度的縮減的時(shí)間段里。假設(shè)一天的正午日照水平（峰值日照）估算為里。假設(shè)一天的正午日照水平（峰值日照）估算為1.O kW/m1.O kW/m2 2，那，那么峰值日照小時(shí)數(shù)在數(shù)值上將等同于該天的總?cè)照樟?。總?cè)照樟棵捶逯等照招r(shí)數(shù)在數(shù)值上將等同于該天的總?cè)照?/p>

38、量?？?cè)照樟康膯挝皇堑膯挝皇莐Wh/mkWh/m2 2。 由于折算成了標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)間，也就是在標(biāo)準(zhǔn)日輻射強(qiáng)度下的由于折算成了標(biāo)準(zhǔn)日照時(shí)間，也就是在標(biāo)準(zhǔn)日輻射強(qiáng)度下的日照時(shí)間，而國際電工委員會(huì)定義標(biāo)準(zhǔn)日輻射強(qiáng)度為日照時(shí)間，而國際電工委員會(huì)定義標(biāo)準(zhǔn)日輻射強(qiáng)度為1000w/1000w/平米；平米；所以某地的日標(biāo)準(zhǔn)輻射量就相當(dāng)于所以某地的日標(biāo)準(zhǔn)輻射量就相當(dāng)于1000w1000w的輻照照射了幾個(gè)小時(shí)，的輻照照射了幾個(gè)小時(shí)，而此小時(shí)數(shù)就是我們所說的標(biāo)準(zhǔn)日照小時(shí)數(shù)。而此小時(shí)數(shù)就是我們所說的標(biāo)準(zhǔn)日照小時(shí)數(shù)。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)峰值日照時(shí)數(shù)峰值日照時(shí)數(shù)= =（斜面日均輻射量（斜面日均輻射量2.7782.778

39、）/10000 kJ/m/10000 kJ/m2 22. 2. 日照小時(shí)數(shù)據(jù)日照小時(shí)數(shù)據(jù) 一種通常使用的日照數(shù)據(jù)形式，被稱作一種通常使用的日照數(shù)據(jù)形式，被稱作日照小時(shí)數(shù)日照小時(shí)數(shù)”（或（或SSH)SSH)。這個(gè)數(shù)量描述了給定的時(shí)間段（通常是一個(gè)月）中，每天超過約這個(gè)數(shù)量描述了給定的時(shí)間段（通常是一個(gè)月）中，每天超過約210W210Wm m2 2輻射強(qiáng)度的日照小時(shí)數(shù)。輻射強(qiáng)度的日照小時(shí)數(shù)。值得注意的是，日照小時(shí)數(shù)沒有給出日值得注意的是，日照小時(shí)數(shù)沒有給出日照的絕對(duì)數(shù)據(jù)，并且僅對(duì)太陽光的直射輻射有效。照的絕對(duì)數(shù)據(jù)，并且僅對(duì)太陽光的直射輻射有效。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)3. 3. 典型氣象年（典型氣

40、象年（TMY)TMY)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 日照數(shù)據(jù)有時(shí)以日照數(shù)據(jù)有時(shí)以“典型氣象年典型氣象年”（TMYTMY）數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，這）數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，這是一個(gè)綜合了各個(gè)月份數(shù)據(jù)的全年數(shù)據(jù)。每個(gè)月份的數(shù)據(jù)是從歷史是一個(gè)綜合了各個(gè)月份數(shù)據(jù)的全年數(shù)據(jù)。每個(gè)月份的數(shù)據(jù)是從歷史記錄中所選取的代表該月的記錄中所選取的代表該月的“典型的典型的”氣象數(shù)據(jù)。關(guān)于數(shù)據(jù)收集，氣象數(shù)據(jù)。關(guān)于數(shù)據(jù)收集，存在著多種選取方法存在著多種選取方法，同時(shí)設(shè)數(shù)據(jù)集可能被平滑處理以確保其函數(shù)，同時(shí)設(shè)數(shù)據(jù)集可能被平滑處理以確保其函數(shù)的連續(xù)性。造成非連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的原因，可能來源于對(duì)不同年份中相的連續(xù)性。造成非連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的原因，可能來源于對(duì)不同年份中相鄰

41、月份數(shù)據(jù)間的合并。盡管有的典型氣象俥數(shù)據(jù)集可能包含每小時(shí)鄰月份數(shù)據(jù)間的合并。盡管有的典型氣象俥數(shù)據(jù)集可能包含每小時(shí)的詳細(xì)數(shù)值，它被用于建模的時(shí)候未必會(huì)比的詳細(xì)數(shù)值，它被用于建模的時(shí)候未必會(huì)比1212個(gè)月份的月間數(shù)據(jù)集個(gè)月份的月間數(shù)據(jù)集更加精準(zhǔn)。更加精準(zhǔn)。 以近以近1010年（年（3030年）的月平均值為依據(jù)，從近年）的月平均值為依據(jù)，從近1010年的資料中選取年的資料中選取一年各月接近一年各月接近1010年（年（3030年）的平均值作為典型氣象年。由于選取的年）的平均值作為典型氣象年。由于選取的月平均值在不同的年份，資料不連續(xù)，還需要進(jìn)行月間平滑性處理月平均值在不同的年份，資料不連續(xù)，還需要進(jìn)

42、行月間平滑性處理單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)5.5.基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的日照估算基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的日照估算 氣象局于每小時(shí)更新人造衛(wèi)星五層數(shù)據(jù)。氣象局于每小時(shí)更新人造衛(wèi)星五層數(shù)據(jù)。其中不乏類似于圖其中不乏類似于圖1-151-15的圖片形式表現(xiàn)的一些的圖片形式表現(xiàn)的一些數(shù)字化信息，其分辨率達(dá)到數(shù)字化信息，其分辨率達(dá)到2.5km2.5km。這些數(shù)據(jù)可。這些數(shù)據(jù)可以直接輸入電腦，經(jīng)由處理和分析，用來非常以直接輸入電腦，經(jīng)由處理和分析，用來非常準(zhǔn)確地計(jì)算晴天和陰天的百分比。隨后，可將準(zhǔn)確地計(jì)算晴天和陰天的百分比。隨后，可將多年積累的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與式多年積累的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與式1-19)1-19)相聯(lián)系，用于估相聯(lián)系，用于估算

43、日照水平。算日照水平。4.4.人造衛(wèi)星云圖的數(shù)據(jù)人造衛(wèi)星云圖的數(shù)據(jù) 對(duì)于某些區(qū)域使用的是衛(wèi)星云圖，圖中利用對(duì)于某些區(qū)域使用的是衛(wèi)星云圖，圖中利用標(biāo)準(zhǔn)記號(hào)和習(xí)慣用法來表示云層的類型、數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)記號(hào)和習(xí)慣用法來表示云層的類型、數(shù)量、尺寸。，云與云間間隔以及各種構(gòu)型的云列和云尺寸。，云與云間間隔以及各種構(gòu)型的云列和云段。覆蓋程度通過將地面觀察結(jié)果與衛(wèi)星云圖數(shù)段。覆蓋程度通過將地面觀察結(jié)果與衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)相結(jié)合而確定。經(jīng)過云層分析，通常確定云的據(jù)相結(jié)合而確定。經(jīng)過云層分析，通常確定云的類型為層云、積云、卷云或積雨云，每一種云的類型為層云、積云、卷云或積雨云，每一種云的類型均可根據(jù)對(duì)入射陽光的影響而劃分。

44、類型均可根據(jù)對(duì)入射陽光的影響而劃分。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)卷云卷云卷積云卷積云高層云高層云高積云高積云積雨云積雨云雨層云雨層云單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)/cgi-bin/sse/sse.cgi?+s00+s01#s01/cgi-bin/sse/sse.cgi?+s00+s01#s01單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)吸收：吸收：所謂吸收就是指投射到到介質(zhì)上面的輻射能中的一部分被所謂吸收就是指投射到到介質(zhì)上面的輻射能中的一部分被轉(zhuǎn)化

45、為物質(zhì)本身的內(nèi)能或其他形式的能量。轉(zhuǎn)化為物質(zhì)本身的內(nèi)能或其他形式的能量。大氣中各種物質(zhì)對(duì)輻射的吸收可歸納為：輻射的吸收具有選擇性！大氣中各種物質(zhì)對(duì)輻射的吸收可歸納為：輻射的吸收具有選擇性！不同氣體成分的吸收帶及吸收強(qiáng)烈程度不同，因而使穿過大氣后不同氣體成分的吸收帶及吸收強(qiáng)烈程度不同，因而使穿過大氣后的太陽能輻射有以下特點(diǎn)：的太陽能輻射有以下特點(diǎn)：1. 1. 大氣對(duì)太陽輻射波譜變得極其不規(guī)則。大氣對(duì)太陽輻射波譜變得極其不規(guī)則。2. 2. 大氣主要吸收物質(zhì)的吸收帶位于太陽輻射光譜能量較小的兩端。大氣主要吸收物質(zhì)的吸收帶位于太陽輻射光譜能量較小的兩端。 大氣中主要吸收物質(zhì)（臭氧和水汽）對(duì)太陽輻射的吸

46、收帶，都位大氣中主要吸收物質(zhì)（臭氧和水汽）對(duì)太陽輻射的吸收帶，都位于太陽輻射波譜兩端能量較小的紅外線和紫外線區(qū)，平流層以上主要于太陽輻射波譜兩端能量較小的紅外線和紫外線區(qū)，平流層以上主要是臭氧對(duì)紫外線的吸收，平流層至地面主要是水汽和二氧化碳對(duì)紅外是臭氧對(duì)紫外線的吸收，平流層至地面主要是水汽和二氧化碳對(duì)紅外線輻射的吸收。線輻射的吸收。3.3.整層大氣吸收消弱入射波太陽輻射能的整層大氣吸收消弱入射波太陽輻射能的20%20%左右左右 吸收對(duì)太陽輻射的減弱左右不是很大，也就是說大氣直接吸收太陽輻射吸收對(duì)太陽輻射的減弱左右不是很大，也就是說大氣直接吸收太陽輻射并不多，特別是對(duì)流層大氣，太陽輻射不是它的直

47、接熱源，地面的輻射和其并不多，特別是對(duì)流層大氣，太陽輻射不是它的直接熱源，地面的輻射和其他能量才是對(duì)流層大氣的直接熱源。他能量才是對(duì)流層大氣的直接熱源。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)照度：發(fā)光強(qiáng)度為照度：發(fā)光強(qiáng)度為1 1坎德拉（坎德拉（cdcd）的點(diǎn)光源，在單位立體角（）的點(diǎn)光源，在單位立體角（1 1球面度）球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為內(nèi)發(fā)出的光通量為“1 1流明流明”。簡單來說，就是指蠟燭一燭光在一公。簡單來說，就是指蠟燭一燭光在一公尺以外的所顯現(xiàn)出的亮度。尺以外的所顯現(xiàn)出的亮度。光通量指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時(shí)間內(nèi)某一波段的光通量指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時(shí)間內(nèi)某一波段的輻

48、射能量和該波段的相對(duì)視見率的乘積。由于人眼對(duì)不同波長光的相輻射能量和該波段的相對(duì)視見率的乘積。由于人眼對(duì)不同波長光的相對(duì)視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時(shí)，其光通量并不相對(duì)視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時(shí)，其光通量并不相等。光通量的單位為等。光通量的單位為“流明流明”。光通量通常用。光通量通常用來表示。在理論上其來表示。在理論上其功率可用瓦特來度量。但因視覺對(duì)此尚與光色有關(guān)。所以度量單位采功率可用瓦特來度量。但因視覺對(duì)此尚與光色有關(guān)。所以度量單位采用，依標(biāo)準(zhǔn)光源及正常視力而定的用，依標(biāo)準(zhǔn)光源及正常視力而定的“流明流明”來度量光通量，符合：來度量光通量，符合：1m/1x1m/1

49、x。光通量是每單位到達(dá)、離開或通過曲面的光能數(shù)量。流明。光通量是每單位到達(dá)、離開或通過曲面的光能數(shù)量。流明（1m1m）是國際單位體系（）是國際單位體系（SISI）和美國單位體系（）和美國單位體系（ASAS）的光通量單位。）的光通量單位。如果您想將光作為穿越空間的粒子（光子），那么到達(dá)曲面的光束的如果您想將光作為穿越空間的粒子（光子），那么到達(dá)曲面的光束的光通量與光通量與1 1秒鐘時(shí)間間隔內(nèi)撞擊曲面的粒子數(shù)成一定比例。目前由于秒鐘時(shí)間間隔內(nèi)撞擊曲面的粒子數(shù)成一定比例。目前由于LEDLED產(chǎn)業(yè)的盛行，光通量就是一個(gè)產(chǎn)業(yè)的盛行，光通量就是一個(gè)LEDLED照明的主要參數(shù)，就是光源每秒照明的主要參數(shù)，就

50、是光源每秒鐘所發(fā)出的可見光量之總和。鐘所發(fā)出的可見光量之總和。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) 到達(dá)地面的太陽輻射由兩部分組成：一個(gè)到達(dá)地面的太陽輻射由兩部分組成：一個(gè)是太陽以平行光的形式直接投射到地面上的，是太陽以平行光的形式直接投射到地面上的，稱為太陽稱為太陽“直接輻射直接輻射”用用R R直射直射表示；另一個(gè)是表示；另一個(gè)是經(jīng)過散射后到達(dá)地面的，稱為經(jīng)過散射后到達(dá)地面的，稱為“散射輻射散射輻射”用用R R散射散射表示，兩者之和就是到達(dá)地面的太陽總輻射，表示，兩者之和就是到達(dá)地面的太陽總輻射，用用R R總總表示。表示。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) 類似于方程（類似于方程（1-18

51、1-18）的描述數(shù)量間相關(guān)性的模型，可以在有關(guān)）的描述數(shù)量間相關(guān)性的模型，可以在有關(guān)文獻(xiàn)中找到。這些模型使用不同的平均時(shí)間，從文獻(xiàn)中找到。這些模型使用不同的平均時(shí)間，從1 1個(gè)月至個(gè)月至1 1小時(shí)小時(shí). .這些這些模型的準(zhǔn)確性受到平均時(shí)間長短的影響很大，因此不能適用于任意模型的準(zhǔn)確性受到平均時(shí)間長短的影響很大，因此不能適用于任意不同的平均時(shí)間周期。不同的平均時(shí)間周期。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)TelecomTelecom模型（澳大利亞模型）模型（澳大利亞模型） 如果直射和漫射日照成不能分別確定，對(duì)于兩者的一個(gè)合理的近似（對(duì)如果直射和漫射日照成不能分別確定，對(duì)于兩者的一個(gè)合理的近似（對(duì)于大多數(shù)地區(qū)

52、）可以通過將總月間全局日照，和根據(jù)大致的于大多數(shù)地區(qū)）可以通過將總月間全局日照，和根據(jù)大致的“晴朗晴朗”與與“陰陰云云”的天數(shù)通過理論計(jì)算得出的總?cè)照障嗟韧贸觥Ｓ?jì)算過程如下：的天數(shù)通過理論計(jì)算得出的總?cè)照障嗟韧贸?。?jì)算過程如下：單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) （2 2）“陰天陰天”假設(shè)所有入射假設(shè)所有入射光是漫射輻射，在水平面上的強(qiáng)度光是漫射輻射，在水平面上的強(qiáng)度是由方程（是由方程（1-211-21）確定的值的）確定的值的20%20%。因此，可估計(jì)因此，可估計(jì)“陰天陰天”的日間日照的日間日照量（完全是漫射）的近似值。量（完全是漫射）的近似值。 假設(shè)平均全局日照數(shù)據(jù)能夠利假設(shè)平均全局日照數(shù)據(jù)能

53、夠利用晴天的總是及其日照量和陰云天用晴天的總是及其日照量和陰云天球的總數(shù)及其日照量來計(jì)算。通過球的總數(shù)及其日照量來計(jì)算。通過第第.2節(jié)所描述的估算方法，晴天節(jié)所描述的估算方法，晴天的日照數(shù)據(jù)由（的日照數(shù)據(jù)由（1 1）給出，而陰云天）給出，而陰云天氣的日照又由（氣的日照又由（2 2）給出，繼而可以）給出，繼而可以分別確定直射和漫射的成分。分別確定直射和漫射的成分。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)此外，方程（此外，方程（1-191-19）與日照光譜無關(guān)，而事實(shí)上同波長的衰減度不）與日照光譜無關(guān)，而事實(shí)上同波長的衰減度不同，可利用這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式近似表示。同，可利用這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式近似表示。式中，式

54、中，是光的波長。光譜的變化可能極大地影響太陽能電池的輸出，是光的波長。光譜的變化可能極大地影響太陽能電池的輸出，盡管如此，這個(gè)影響通?？梢院雎裕?yàn)楣杼柲茈姵貛缀蹩梢晕毡M管如此，這個(gè)影響通?？梢院雎?，因?yàn)楣杼柲茈姵貛缀蹩梢晕杖咳?.1m以上波長，而且當(dāng)入射角增大時(shí)，太陽能組件的反射增強(qiáng)，以上波長，而且當(dāng)入射角增大時(shí)，太陽能組件的反射增強(qiáng)，相應(yīng)的大氣光學(xué)質(zhì)量也同時(shí)增加，光譜更加偏向紅端相應(yīng)的大氣光學(xué)質(zhì)量也同時(shí)增加，光譜更加偏向紅端單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) 光散射定義和分類，光束通過光學(xué)性質(zhì)不均勻的介質(zhì)時(shí)，光線向四面八方光散射定義和分類，光束通過光學(xué)性質(zhì)不均勻的介質(zhì)時(shí)，光線向四面八方傳

55、播的現(xiàn)象，可以分為瑞利散射和拉曼散射。傳播的現(xiàn)象，可以分為瑞利散射和拉曼散射。 瑞利提出了散射光強(qiáng)與瑞利提出了散射光強(qiáng)與的四次方成反比的規(guī)律，這就是有名的瑞利散射的四次方成反比的規(guī)律，這就是有名的瑞利散射定律。瑞利定律的適用條件是散射體的尺度比光的波長小，在這條件下作用在定律。瑞利定律的適用條件是散射體的尺度比光的波長小，在這條件下作用在散射體上的電場可視為交變的均勻場，散射體在這樣的極化下，只感生電偶極散射體上的電場可視為交變的均勻場，散射體在這樣的極化下，只感生電偶極矩而無更高級(jí)的電矩。用以上的散射理論可以解釋我們?nèi)粘Ｊ煜さ淖匀滑F(xiàn)象，矩而無更高級(jí)的電矩。用以上的散射理論可以解釋我們?nèi)粘Ｊ煜?/p>

56、的自然現(xiàn)象，如如天空為什么是藍(lán)的？旭日和夕陽為什么是紅的？云為什么是白的？天空為什么是藍(lán)的？旭日和夕陽為什么是紅的？云為什么是白的？等等。等等。 首先，白晝天空之所以是亮的，完全是大氣散射陽光的結(jié)果。首先，白晝天空之所以是亮的，完全是大氣散射陽光的結(jié)果。如果沒有大氣，即使在白晝，人們仰望天空，將看到光輝奪目的太如果沒有大氣，即使在白晝，人們仰望天空，將看到光輝奪目的太陽懸掛在漆黑的背景中。這景象是宇航員司空見慣了的。由于大氣陽懸掛在漆黑的背景中。這景象是宇航員司空見慣了的。由于大氣的散射，將陽光從各個(gè)方向射向觀察者，我們才看到光亮的天穹，的散射，將陽光從各個(gè)方向射向觀察者，我們才看到光亮的天穹

57、，按瑞利定律，白光中的短波成分（藍(lán)紫色）遭到散射比長波成分按瑞利定律，白光中的短波成分（藍(lán)紫色）遭到散射比長波成分（紅黃色）強(qiáng)烈得多，散射光因短波的富集而呈蔚藍(lán)色。（紅黃色）強(qiáng)烈得多，散射光因短波的富集而呈蔚藍(lán)色。 瑞利曾對(duì)天空中各種波長的相對(duì)光強(qiáng)作過測量，發(fā)現(xiàn)與反比律頗瑞利曾對(duì)天空中各種波長的相對(duì)光強(qiáng)作過測量，發(fā)現(xiàn)與反比律頗相吻合。大氣的散射一部分來自懸浮的塵埃，大部分是密度漲落引起相吻合。大氣的散射一部分來自懸浮的塵埃，大部分是密度漲落引起的分子散射，后者的尺度玩玩比前者小得多，瑞利反比律的作用跟加的分子散射，后者的尺度玩玩比前者小得多，瑞利反比律的作用跟加明顯。所以每當(dāng)大雨初霽的時(shí)候，天

58、空總是藍(lán)的格外美麗，其道理就明顯。所以每當(dāng)大雨初霽的時(shí)候，天空總是藍(lán)的格外美麗，其道理就在這里。在這里。 旭日和夕陽呈紅色，與天空呈藍(lán)色屬于同一類現(xiàn)象，由于白光旭日和夕陽呈紅色，與天空呈藍(lán)色屬于同一類現(xiàn)象，由于白光中的短成分被跟多的散射掉了，在直射中的短成分被跟多的散射掉了，在直射 的日光中剩余較多的自然是的日光中剩余較多的自然是長波成分了。早晚陽光以很大的傾角穿過大氣層，經(jīng)歷大氣層的厚長波成分了。早晚陽光以很大的傾角穿過大氣層，經(jīng)歷大氣層的厚度要比中午時(shí)大得多，從而大氣的散射效應(yīng)也要強(qiáng)烈的多，這便是度要比中午時(shí)大得多，從而大氣的散射效應(yīng)也要強(qiáng)烈的多，這便是旭日初升時(shí)顏色顯得特別殷紅的原因。旭

59、日初升時(shí)顏色顯得特別殷紅的原因。 白云是大氣中的水滴組成的，因此這些水滴的半徑與可見光的白云是大氣中的水滴組成的，因此這些水滴的半徑與可見光的波長相比已經(jīng)不算太小了，較大的顆粒對(duì)光的散射不遵從瑞利的波長相比已經(jīng)不算太小了，較大的顆粒對(duì)光的散射不遵從瑞利的的的四次方反比律。按米四次方反比律。按米-德拜的理論，這樣大小的物質(zhì)常數(shù)的散射與波德拜的理論，這樣大小的物質(zhì)常數(shù)的散射與波長的關(guān)系不大，這就是云霧呈白色的緣故。長的關(guān)系不大，這就是云霧呈白色的緣故。單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù)單元1.7 計(jì)算日照數(shù)據(jù) 光伏組件一般具有固定的傾斜角，因此通常光伏組件一般具有固定的傾斜角，因此通常需要通過落在水平面上的

60、日照量來估算落在斜面需要通過落在水平面上的日照量來估算落在斜面上的日照量。如前討論的，這分別需要直射和漫上的日照量。如前討論的，這分別需要直射和漫射數(shù)據(jù)。許多模型對(duì)于天空的漫射分布情況作出射數(shù)據(jù)。許多模型對(duì)于天空的漫射分布情況作出了一系列的假設(shè)。如果用于輸入模型進(jìn)行計(jì)算的了一系列的假設(shè)。如果用于輸入模型進(jìn)行計(jì)算的數(shù)據(jù)本身也先通過其他模型例如日照小時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)據(jù)本身也先通過其他模型例如日照小時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算得來的，則應(yīng)當(dāng)盡量選簡單的模型進(jìn)行計(jì)算。算得來的，則應(yīng)當(dāng)盡量選簡單的模型進(jìn)行計(jì)算。在此，我們僅考慮向赤道方向傾斜的平面，盡管在此，我們僅考慮向赤道方向傾斜的平面，盡管其他一些復(fù)雜模型可能描述任意朝向的