太阳辐射的特性
第二讲 太阳光的特性
2.5 太阳的视运动
“太阳视运动”是由地 球绕其轴自转引起的表 面现象，它改变着射入 地球的光线的直射分量 角度。从地面的一个固 定位置来看，太阳横跨 整个天空运动。太阳的 位置决定于地面上的点 的坐标、一天中的时间 和一年中的日期。左图 将展示这种太阳视运动：
太阳视运动在很大程度上影响着太阳 能收集器件获得的能量。当太阳光垂直入 射到吸收平面时，在平面上的功率强度等 于入射光的功率强度。然而，当太阳光与 吸收平面的角度改变时，其表面的功率强 度就会减小。当平面与太阳光平行时，功 率强度基本上变为零。对于0度和90度之 间的角，它们相对的功率强度为最大值乘 于cos（θ），其中θ为太阳光与器件平面 之间的夹角。
太阳偏向角就是指赤道平面与地球中心点--太阳中 心点的连线的夹角。太阳偏向角的季节性变化如下 所示
尽管事实上是地球绕着太阳 转的，但是如果把它想象成是太 阳绕着地球转的，将会变得更容 易理解一些。这需要一定的坐标 转换，在这个代替的坐标系统里， 太阳是绕着地球转的。偏向角的 角度可以由下面的方程算出：
衡量太阳辐射能量的大小，科学家 确定了一个度量太阳辐射强度的单位— —辐射强度。 物理意义：在单位时间内，垂直投 射在地球某一单位面积上的太阳辐射能 量，通常用W/m2 表示，在阳光充足的 白天投射到地球上的辐射强度大约为 1000 W/m2 。
当天空晴朗，太阳在头顶直射且阳光在 大气中经过的光程最短时，到达地球表面 的太阳辐射最强。如下图所示，这个光程 可用1/cos θ近似, θ是太阳光和本地垂线 的夹角。 这个光程一般被定义为太阳辐射到达地 球表面必须经过的大气光学质量AM，因此：
核聚变能：
由两个或两个以上氢原 子核（如氢的同位素—氘 和氚）结合成一个较重的 原子核，同时发生质量亏 损释放出巨大能量的反应 叫做核聚变反应，其释放 出的能量称为核聚变能。
夏至的太阳辐射对建筑遮阳与隔热材料的影响研究
夏至的太阳辐射对建筑遮阳与隔热材料的影响研究建筑遮阳与隔热材料是在炎热夏季中减少室内温度的关键技术。
夏至日，太阳辐射达到全年最高峰，因此研究夏至的太阳辐射对建筑遮阳与隔热材料的影响至关重要。
本文将探讨夏至日太阳辐射对建筑的影响，并总结适用的遮阳与隔热材料。
一、夏至日的太阳辐射特点夏至日是地球历年赤道上太阳直射位置最南的一天，太阳高度角最大。
这导致夏至日的太阳辐射垂直射入大部分建筑，并产生剧烈热量，增加室内温度。
太阳辐射主要包括可见光、红外线和紫外线，这些辐射能量直接照射建筑表面，激发室内温度的上升。
二、建筑遮阳材料的重要性建筑遮阳材料是阻挡太阳辐射进入室内的关键组成部分。
有效的建筑遮阳材料能抵御或减少夏至日太阳辐射对建筑的影响，降低室内温度，提供更舒适的室内环境。
常见的遮阳材料包括百叶窗、卷帘、遮阳篷等。
这些材料能通过反射、吸收或散射的方式将太阳辐射转化为其他形式的能量，从而减少其对建筑的影响。
三、建筑隔热材料的重要性建筑隔热材料在夏至日也起着关键作用。
隔热材料能有效减少太阳辐射传导到建筑内部的热量，提供更好的保温性能。
常见的隔热材料包括保温墙体、保温屋顶等。
通过选择合适的隔热材料，能够大大降低建筑内部温度，减少空调使用，节约能源。
四、优化建筑遮阳与隔热材料的选用优化建筑遮阳与隔热材料的选用是提高建筑节能性能的关键。
以下是几个考虑因素：1、反射特性：优选具有高反射率的材料，能够将太阳辐射反射回大气，减少热量进入室内。
2、吸收特性：优选能将太阳辐射能量吸收转化为其他形式的材料，避免将过多热量传递至室内。
3、热负荷：根据建筑的热负荷情况选择合适的遮阳与隔热材料，以达到最佳的节能效果。
4、环境适应性：不同地域的气候差异需考虑选择适应性较强的遮阳与隔热材料，以最大程度地降低太阳辐射的影响。
五、案例分析以下列举一些适用的遮阳与隔热材料：1、隔热涂料：通过使用隔热涂料能够有效隔绝太阳辐射进入建筑内部，提供凉爽的室内环境。
热辐射基本定律及物体的辐射特性
第八章 热辐射基本定律及物体的
14
辐射特性
在许多实际问题中，往往需要确定某一特定波长区段内的辐射能量。 黑体在[λ1,λ2]区段所发出的辐射能为（见图7-7）
Eb
2 1
Ebd
通常把这一波段的辐射能表示成同温下黑体辐射力（0-∞）的
百分数，记为Fb(λ1-λ2)。于是
Fb(12) 01 2EEbbddT14 12Ebd
对于服从兰贝特定律的辐射，其定向辐射强度L与辐射力E之间有如 下关系：
Байду номын сангаас
第八章 热辐射基本定律及物体的
16
辐射特性
（1）定向辐射强度
① 先引入立体角的概念（见图7-8）
平面角：θ=s/r [rad]（弧度） 式中： 弧长s、半径r 。
立体角：Ω=Ac/r2
式中：Ac —半球体表面被立体角切割的面积， r—球体的半径。
对半球，面积为2πr2,立体角为2π[ sr](球面度)。 微元立体角：dΩ= dAC/r2
（2）单色辐射力Eλ：在热辐射的整个波谱内，不同波长发射出的 辐射能是不同的。见图7-6。对特定波长λ来说：
从λ到λ+dλ区间发射出的能量为dE。则
E
dE
d
第八章 热辐射基本定律及物体的
10
辐射特性
单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的某一 特定波长的辐射能。称为单色辐射力。[w/m3]。
图7-6 Planck 定律的图示
第八章 热辐射基本定律及物体的
12
辐射特性
最大单色辐射力所对应的波长λm亦随温度不同而变化。随着 温度的增高，曲线的峰值向左移动，即移向较短的波长。最大单色 辐射力所对应的波长λm与温度T之间存在着如下的关系：
(完整版)太阳辐射的特性
太阳辐射的特性昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。
地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。
每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。
地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。
地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。
地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。
因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化（见下图）。
每天中午时分，太阳的高度总是最高。
在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。
在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间长。
由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。
众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。
然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。
因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。
它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。
近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w／m2。
一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4％。
2.2 到达地面的太阳辐射太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。
太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。
太阳辐射
物体对辐射的吸收、 物体对辐射的吸收、反射和透射 概念 吸收率(a) 吸收率(a) ： 反射率(r) 反射率(r) ： 透射率(d) 透射率(d) ：
入 射
a=Qa/Q r=Qr/Q d=Qd/Q
反 射
吸收
透 射
a、r、d的变化 黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸 黑体： 收的物体称为绝对黑体 故有： 收的物体称为绝对黑体。故有： 绝对黑体。 a＝１，r＝d＝０。 灰体：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不随波 吸收率a＝（１ 灰体：透射率d 长而变化的物体。 长而变化的物体。 的物体
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长 太阳高度角、
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90° 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°) 水平面上太阳辐射的计算
AB CD Sm ′＝Sm ＝Smsinh sinh ABC′D′
………… (3-8) (3Sm和Sm′与h的关系图
可见光波长范围
色彩名称 紫 波长范围 0.40～0.43微米 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米 0.62～0.76微米
斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan Boltzmann)定律 斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律 (Stefan定律 与它本身绝对温度（ 黑体的总放射能力（ 黑体的总放射能力（ET）与它本身绝对温度（T）的 四次方成正比。即： 四次方成正比。 ET ＝σT
大气颗粒物对太阳短波辐射的光学特性分析
大气颗粒物对太阳短波辐射的光学特性分析随着城市化进程的不断加快，大气颗粒物的污染问题也日益凸显。
大气颗粒物是指自然界和人类活动中产生的，在大气中悬浮并具有一定持续时间的固体或液体颗粒。
它们对太阳短波辐射的光学特性产生了重要影响。
大气颗粒物的主要成分包括二氧化硅、碳酸钙、硫酸盐等。
其中，二氧化硅和碳酸钙主要来源于自然界，而硫酸盐则来自于人类活动中的燃烧过程以及工业废气排放。
这些成分对光的散射和吸收起着关键作用。
首先，大气颗粒物对太阳短波辐射的散射现象不可忽视。
颗粒物的尺寸决定了其对光的散射效应。
根据散射的主要方向，可以将颗粒物分为两类：远场散射和近场散射。
远场散射是指颗粒物的尺寸远大于波长，此时，颗粒物对光的散射主要是由于相位差引起的。
而近场散射是指颗粒物的尺寸接近或略大于波长，此时，颗粒物对光的散射主要是由于多次散射效应叠加导致的。
其次，大气颗粒物对太阳短波辐射的吸收也是一个重要因素。
颗粒物的成分决定了其对不同波段光的吸收特性。
例如，二氧化硅颗粒对紫外光吸收较弱，而对可见光和红外光吸收较强；碳酸钙颗粒对紫外光吸收较强，而对红外光吸收较弱。
这些吸收特性会导致太阳短波辐射被一部分吸收而无法到达地表。
进一步分析大气颗粒物对太阳短波辐射的影响，可以看到其对气温和能源分布的影响。
首先，大气颗粒物的散射效应会导致散射辐射在大气中的传播方向发生变化，进而影响到地表的总辐射量。
这会对地表的温度分布产生影响，进而影响到气候格局。
此外，太阳短波辐射被大气颗粒物散射后，部分辐射能量会被再次反射回大气中，加剧大气的能量循环，影响到大气层的垂直温度结构。
其次，大气颗粒物的吸收作用会导致大气层局部能量的增加，进而改变大气的稳定性。
这会影响到大气中的温度垂直分布，形成温度逆变层等特殊气候现象。
综上所述，大气颗粒物对太阳短波辐射的光学特性的分析具有重要意义。
通过了解大气颗粒物的散射和吸收特性，我们可以更有效地评估大气污染对气候变化的影响，并制定相应的环境保护和减排政策。
太阳神光能量计算公式
太阳神光能量计算公式太阳神光能量是指太阳辐射能量在地球大气层中的传播和吸收过程中的能量转换和利用。
太阳神光能量是一种清洁、可再生的能源，具有广泛的应用前景，包括太阳能发电、太阳能热利用、太阳能光化学等多个领域。
在太阳神光能量的利用过程中，需要对太阳光的能量进行准确的计算和评估，以便更好地利用太阳神光能量资源。
太阳神光能量的计算公式是太阳能利用领域中的重要基础知识，它可以帮助人们更加准确地了解太阳光的能量特性，从而为太阳能利用系统的设计、优化和运行提供科学依据。
下面将介绍太阳神光能量计算的基本原理和常用的计算公式。
一、太阳光的能量特性。
太阳光是一种电磁辐射，它具有波长和频率的特性。
太阳光的能量密度随着波长的变化而变化，不同波长的太阳光对应着不同的能量。
在太阳光照射到地球大气层中时，会受到大气层的吸收和散射，从而影响到太阳光的能量分布和强度。
太阳光的能量密度可以用辐射通量来表示，通常以单位面积的太阳光能量来描述。
太阳光的辐射通量可以用单位面积的太阳光能量来表示，通常以瓦特每平方米（W/m^2）为单位。
太阳光的辐射通量随着时间、地点和大气条件的变化而变化，因此需要对太阳光的辐射通量进行准确的计算和评估。
二、太阳神光能量的计算公式。
太阳神光能量的计算公式是根据太阳光的能量特性和地球大气层的吸收和散射特性来确定的。
太阳光的辐射通量可以用太阳光的波长和频率来表示，从而可以得到太阳光的能量密度。
太阳光的能量密度可以用以下的计算公式来表示：E = hc/λ。
其中，E表示太阳光的能量密度，h表示普朗克常数，c表示光速，λ表示太阳光的波长。
根据这个公式，可以计算出不同波长的太阳光的能量密度，从而确定太阳光的辐射通量。
太阳光的辐射通量还受到大气层的吸收和散射的影响，因此需要考虑大气层的透过率和散射率。
大气层的透过率和散射率可以用以下的计算公式来表示：T = e^(-τ)。
S = 1 T。
其中，T表示大气层的透过率，τ表示大气层的光学厚度，S表示大气层的散射率。
苏州地区冬季太阳辐射特性研究
（ 苏州大学物理科学与技术学院热能工程系， 江苏 苏州 ２ ５ ０ ） １ ０ ６
摘 要： 通过利用 Ｐ ２ Ｃ一 Ａ型环境辐射监测仪对苏州地 区冬季太阳辐射的情况进行 实时监测 ， 通过 对实验数据的分析 ， 出了苏州地 区冬季太阳辐射强度的变化规律 以及温度、 得 湿度的 变化规律 ， 为 太阳能 的热利 用仪 器的设计 与运 行提供 了必要 的数据 参考 。 关键词 ： 阳总辐射 ； 太 直辐射 ； 散射 辐射 ； 变化 规律
辐射表装置如图 ２ 所示 ， 该装置可以直接通过传感器监测太阳直射辐射强度 、 阳总辐射强度 以及 １ 个温 太 ３ 度 、 个当地湿度和风速、 ２ 风向等数据。Ｐ ２ Ｃ一 Ａ型太 阳辐射监测记录仪与通用 的 Ｐ Ｃ电脑配合使用 ， 通过外 接的太阳辐射表装置 的多路温度传感器 、 湿度传感器、 辐射传感器 、 风速风向传感器 ， 可直接记录辐射表每时 刻的总辐射 、 直辐射 、 温度 、 湿度 以及风向和风速等数据 ， 自动记录保存在电脑中。 并
图 ２ 太 阳辐射表装置
２ １ 晴天 和阴 雨天太 阳辐射变 化规律 ．
因晴天 和 阴雨 天 的太 阳辐射 区别 较 大 ， 因此分 别对 晴天 和 阴雨天 的辐 射 数据 进行 了分 析 ，０５年冬 季 ２０ 雨天偏 多 ， 晴天取具有 代表 性的 １ ２月 １号采集 的数 据进行 分析 。天 气情 况为 晴到多 云 ， 温 为 ８ ～２ ℃ 。 气 ℃ ０ 监测 时 间为 ６３ ～１ ：０ ：０ ７ ０ 。总辐射 和直辐射 的变 化趋 势见 图 ３所示 。湿 度和温 度 的变化 曲线如 图 ４所示 。
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第２卷 期 ７ 第２ 篁 旦
苏
州
大
学
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太阳辐射的特性
昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。
地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。
每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。
地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。
地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。
地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。
因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化（见下图）。
每天中午时分，太阳的高度总是最高。
在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。
在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间
长。
由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。
众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。
然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。
因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。
它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。
近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w／m2。
一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4％。
2.2 到达地面的太阳辐射
太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。
太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。
因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。
直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳周围的散射（太阳表面周围的天空亮光），地平圈散射（地平圈周围的天空亮光或暗光），及其他的天空散射辐射。
另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。
直达日射、漫射日射和反射日射的总和即为总日射或环球日射。
可以依靠透镜或反射器来聚焦直达日射。
如果聚光率很高，就可获得高能量密度，但却损耗了漫射日射。
如果聚光率较低，也可以对部分太阳周围的漫射日射进行聚光。
漫射日射的变化范围很大，当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。
但当天空乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。
因此聚式收集器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。
反射日射一般都很弱，但当地面有冰雪覆盖时，垂直面上的反射日射可达总日射的40％。
到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。
大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。
此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。
显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。
参看下图，A为地球海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。
城阳位于S点时，其穿过大气层到达A 点的路径则为0A。
O，A与 OA之比就称之为“大气质量”。
它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号m表示，并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂
直入射时，大气质量m＝1。
从下图可知：
式中，h为太阳的高度角。
大气质量示意图
显然地球上不同地区、不同季节、不同气象条件下到达地面的太阳辐射强度都是不相同的。
下表给出了热带、温带和比较寒冷地带的太阳平均辐射强度。
不同地区太阳平均辐射强度
通常根据各地的地理和气象情况已将到达地面的太阳辐射强度制成各种可供工程使用的图表，它们不但对太阳能利用，而且对建筑物的采暖、空调设计也是至关重要的数据。
2.3 波长分布
太阳能的波长分布可以用一个黑体辐射来模拟，黑体的温度为5800K。
太阳能波长分布在紫外光、可见光和红外光波段。
这些波段受大气衰减的影响程度各不相同。
可见光辐射的大部分可到达地面，但是上层大气中的臭氧却吸收了大部分紫外光辐射。
近年来，由于臭氧层变薄，特别是南极和北极地区，到达地面的紫外光辐射越来越多。
入射的红外光辐射，有一部分被二氧化碳、水蒸气和其他气体吸收，而在夜间来自地球表面的较长波长的红外辐射大部分则传到了外空。
这些温室气体在上层大气中的积累，可能会使大气吸收能力增加，从而导致全球气候变暖和天气变得多云。
虽然臭氧减少对太阳能集热器的影响甚微，但温室效应可能会增大散射辐射，
并可能严重影响太阳能集热器的作用。