太阳跟踪系统方位角和高度角的计算.doc

1 如何计算太阳的方位角?  
在太阳能利用工作中,太阳辐射计算十分重要。为了帮助读者掌握太阳辐射计算方法,我们请长期从事太阳辐射研究工作的中国气象科学研究院王炳忠研究员编写了《太阳辐射计算讲座》,供大家学习、参考。 
1日地距离 
地球绕太阳公转的轨道是椭圆形的,太阳位于椭圆两焦点中的一个。发自太阳到达地球表面的辐射能量与日地间距离的平方成反比,因此,一个准确的日地距离值R就变得十分重要了。日地平均距离R0,又称天文单位,  
1天文单位=×108km  
或者,更准确地讲等于149597890±500km。日地距离的最小值(或称近日点),其日期大约在1月3日;而其最大值(或称远日点),日期大约在7月4日。地球处于日地平均距离的日期为4月4日和10月5日。 
由于日地距离对于任何一年的任何一天都是精确已知的,所以这个距离可用一个数学表达式表述。为了避免日地距离用具体长度计量单位表示过于冗长,一般均以其与日地平均距离比值的平方表示,即ER=(r/r0)2,也有的表达式用的是其倒数,即r0/r,这并无实质区别,只是在使用时,需要注意,不可混淆。 
我们得到的数学表达式为 
ER=++-+(1)  
式中θ称日角,即 
θ=2πt/  
(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=+×(年份-1985)  
-INT〔(年份-1985)/4〕 
(4)  
2太阳赤纬角 
地球绕太阳公转的轨道平面称黄道面,而地球的自转轴称极轴。极轴与黄道面不是垂直相交,°角,并且这个角度在公转中始终维持不变。正是由于这一原因形成了每日中午时刻太阳高度的不同,以及随之而来的四季的变迁。太阳高度的变化可以从图1中形象地看到。图中日地中心的连线与赤道面间的夹角每天(实际上是每一瞬间)均处在变化之中,这个角度称为太阳赤纬角。它在春分和秋分时刻等于零,而在夏至和冬至时刻有极值,°。 
图1地球绕太阳运行轨迹 
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=++ 
--+ 
+(5)  
式中θ的含义与式(1)中的相同。 
3时差 
真正的太阳在黄道上的运动不是匀速的,而是时快时慢,因此,真太阳日的长短也就各不相同。但人们的实际生活需要一种均匀不变的时间单位,这就需要寻找一个假想的太阳,它以均匀的速度在运行。这个假想的太阳就称为平太阳,其周日的持续时间称平太阳日,由此而来的小时称为平太阳时。 
平太阳时S是基本均匀的时间计量系统,与人们的生活息息相关。由于平太阳是假想的,因而无法实际