计算太阳高度角和方位角的方法

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：图2-7地球上太阳赤纬角的变化赤纬角δ。

2.1.3.1 天球坐标

人们把天球凭想象划分成经纬网，建立起天球坐标系。把地球赤道无限扩大投射在天球上，形成天赤道；地球两极投射到天球上形成北天极和南天极。天球上和天赤道平行的圆圈，叫做赤纬圈；通过天球两极并与赤纬圈垂直的大圆叫做赤经圈。常用的天球坐标有赤道坐标系和地平坐标系两种。

1.赤道坐标系

赤道坐标系以天赤道QQ′为基本圈，以天子午圈的交点Q为原点的天球坐标系，PP′分别为北天极和南天极。由图2-6可见，通过PP′的大圆都垂直于天赤道。显然，通过P和球面上的太阳（Sθ）的半圆也垂直于天赤道，两者相交于B点（图2-6）。

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图2-6　赤道坐标

在赤道坐标系中，太阳的位置Sθ由时角ω和赤纬角δ两个坐标决定。

（1）时角ω。相对于圆弧QB，从天子午圈上的Q点算起（即从太阳的正午起算），顺时针方向为正，逆时针方向为负，即上午为正，下午为负。通常以ω表示，它的数值等于离正午的时间（h）乘以15°。

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图2-7　地球上太阳赤纬角的变化

（2）赤纬角δ。是地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角。赤纬角是由于地球绕太阳运行造成的现象，它随时间而变，因为地轴方向不变，所以赤纬角随地球在运行轨道上的不同点具有不同的数值。赤纬角以年为周期，在+23°27′与-23°27′的范围内移动，成为季节的标志。每年6月21日或22日赤纬角达到最大值+23°27′称为夏至，该日中午太阳位于地球北回归线正上空，是北半球日照时间最长，南半球日照时间最短的一天。在南极圈中整天见不到太阳，而在北极圈内整天太阳不落，这样北半球就出现相对较热的天气，而南半球出现较冷的气候。随后赤纬角逐渐减少至9月21日或22日等于0°时全球的昼夜时间均相等为秋分。至12月21日或22日赤纬角减至最小值-23°27′为冬至，此时阳光斜射北半球昼短夜长而南半球则相反。当赤纬角又回到0°时为春分即3月21日或22日，如此周而复始形成四季（图2-7）。

赤纬角可用Cooper方程近似计算，即

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