太阳高度角的计算公式

太阳高度角的计算公式
    太阳高度角(solar elevation angle),地理学术语,是指对地球上的某个地点太阳光入射方向和地平面的夹角。 专业上讲,太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角。当太阳高度角为90°时,太阳辐射强度最大;太阳斜射地面程度越大(即太阳高度角越小),太阳辐射强度就越小。
    太阳高度角定义
    太阳高度角简称为“太阳高度”(其实是角度,不是高度)。太阳高度是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要的因素。我们用h来表示这个角度,它在数值上等于太阳在地球地平坐标系中的地平高度。
    太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。太阳赤纬(与太阳直射纬度相等)以δ表示,观测地地理纬度用φ表示(太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正,南纬为负),地方时以t表示,有太阳高度角的计算公式:
    sin h= sin φ sin δ+cos φ cosδ cos t
    正午太阳高度角 日升日落,同一地点一天内太阳高度角是不断变化的。时角是以正午12点为0度开始算,每一小时为15度。即14点和10点分别为30度和-30度。日出日落时角度都为0,正午时太阳高度角最大(90°),时角为0,以上的公式可以简化为:
    sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ
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    由两角和与差的三角函数公式,可得
    sin h=cos(φ-δ)
    因此。
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    对于太阳位于天顶以南的地区而言,h=90°-(δ-φ);
    二者合并,因为无论是(φ-δ)还是(δ-φ),都是为了求当地纬度与太阳直射纬度之差,不会是负的,因此都等于它的绝对值,所以正午太阳高度角计算公式:
    h=90°-|φ-δ|
    具体计算:
    还是举个例子来推导,假设春分日(秋分日也可,太阳直射点在赤道)某时刻太阳直射(0°,120°E)这一点,120°E经线上各点都是正午。
    对于(0°,120°E)这点来说,它离太阳直射点的纬度距离是0°,它的太阳高度角就是90°。cng加气机
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    另外一个观测点,(1°N,120°E)与太阳直射点的纬度差为1°
    太阳高度角计算 此时,这一点的太阳高度角为89°(根据上面的公式h=90°-|φ-δ|)。
    (1°S,120°E)与太阳直射点的纬度差也是1°.因此,当地的太阳高度角也是89°.
    同一时刻,下列各观测点,报告的太阳高度角度数如下:
    2°N/S(距太阳直射点2°):88°=90°-2°
    3°N/S(距太阳直射点3°):87°=90°-3°
    10°N/S(距太阳直射点10°):80°=90°-10°
    30°N/S(距太阳直射点30°):60°=90°-30°
    80°N/S(距太阳直射点80°):10°=90°-80°
    太阳高度角与受热面大小的关系图 90°N/S(距太阳直射点90°):0°=90°-90°
    太阳高度角赤纬算法
    上述式子中都涉及太阳赤纬,太阳赤纬的算法如下:
    由于太阳赤纬角在周年运动中任何时刻的具体值都是严格已知的,所以它(ED)也可
    以用与式(1)相类似的表达式表述,即:
    ED=0.3723+23.2567sin θ+0.1149sin 2θ-0.1712sin 3θ-0.758cos θ+0.3656cos 2θ+0.0201cos 3θ(5)
    式中θ称日角,即 θ=2πt/365.2422(2)
    这里t又由两部分组成,即 t=N-N0 (3)
    式中N为积日,所谓积日,就是日期在年内的顺序号,例如,1月1日其积日为1,平年12月31日的积日为365,闰年则为366,等等。
    N0=79.6764+0.2422×(年份-1985)-INT〔(年份-1985)/4〕
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    (式中INT表示取整数部分,例如INT(3.25)=3)
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