第2章 太阳辐射
2.1 地球绕太阳的运行规律
2.1.1 地球的公转与赤纬角
贯穿地球中心与南、北极相连的线称为地轴。地球除了绕地轴自转外，还在椭圆形轨道上围绕太阳公转，运行周期为一年。地球自转轴与椭圆轨道平面（称为黄道平面）的夹角为66°33′，该轴在空间中的方向始终不变，因而赤道平面与黄道平面的夹角为23°27′。但是，地心与太阳中心的连线（即午时太阳光线）与地球赤道平面的夹角是一个以一年为周期变化的量，它的变化范围为±23°27′，这个角就是太阳赤纬角。赤纬角是地球绕日运行规律造成的特殊现象，它使处于黄道平面不同位置上的地球接受到的太阳光线方向也不同，从而形成地球四季的变化，如图2.1所示。北半球夏至（6月22日）即南半球冬至，太阳光线正射北回归线δ=23°27′；北半球冬至（12月22日）即南半球夏至，太阳光线正射南回归线δ=-23°27′；春分及秋分太阳正射赤道，赤纬角都为零，地球南、北半球日夜相等。每天的赤纬角可由库柏（Cooper）方程计算得到
式中:n为所求日期在一年中的日子数，可借助表2.1查出。
图2.1 地球绕太阳运行图
表2.1 所求日期在一年中的日子数①
① 表中的日子数没有考虑闰年，对于闰年，3月之后（包括3月）的日子数要加1。
② 按某日算出大气层外的太阳辐射量和该月的日平均值最为接近，则将该日定作该月的平均日。
2.1.2 地球的自转与太阳时角
地球始终绕着地轴由西向东在自转，每转一周（360°）为一昼夜（24h）。显而易见，对地球上的观察者来说，太阳每天清晨从东方升起，傍晚从西方落下。时间可以用角度来表示，每小时相当于地球自转15°。
在以后导出的太阳角度公式中，涉及的时间都是当地太阳时，它的特点是中午12:00阳光正好通过当地子午线，即在空中最高点处，它与日常使用的标准时间并不一致。转换公式为
式中：E为时差，min；Lst为制定标准时间采用的标准经度，（°）；Lloc为当地经度，（°）。
所在地点在东半球取负号，西半球取正号。
我国以北京时为标准时间，将式（2.2）进行转化，即北京时与太阳时的转换式为
转换时考虑了以下两项修正：
（1）E是地球绕日公转时进动和转速变化而产生的修正，时差E以分为单位，可按下式计算
式中：n为所求日期在一年中的日子数。
（2）考虑所在地区的经度Lloc与制定标准时间的经度（我国定为东经120°）之差所产生的修正。由于经度每相差1°，在时间上就相差4min，所以公式中最后一项乘4，单位也是min。
用角度表示的太阳时称为太阳时角，以ω表示，可按下式计算
太阳时角是以一昼夜为变化周期的量，太阳午时ω=0°。每昼夜变化为±180°，每小时相当于15°，例如10:00相当于ω=-30°；15:00相当于ω=45°。