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 。
维普资讯
第２卷 期 ７ 第２ 篁 旦
苏
州
大
学
太阳光谱特点
太阳光谱特点
太阳光谱具有以下特点：
连续谱：太阳光谱是由连续的光波组成的，没有间断或缺失。
这意味着太阳发出的光波在一定范围内连续地分布。
黑体谱：太阳光谱呈现出典型的黑体辐射谱，即在不同波长的光波中，强度随波长的变化而变化。
太阳光的强度最大处位于可见光的黄色区域。
吸收线：尽管太阳光谱是连续的，但在特定波长处会出现一些明显的吸收线。
这些吸收线是由太阳大气层中的物质吸收特定波长的光所引起的。
热辐射：太阳光谱主要由热辐射组成，其中包括可见光、红外线和紫外线。
可见光是人眼可见的部分，而红外线和紫外线是人眼无法看到的。
复杂性：太阳光谱是非常复杂的，其中包含了许多不同波长的光波。
这些光波通过与太阳上不同温度的区域的相互作用而形成。
总的来说，太阳光谱是一个连续、复杂和具有吸收线的谱线，它提供了关于太阳辐射特性和太阳大气层成分的重要信息。
真实海洋表面的太阳耀光偏振辐射特性仿真与分析
￣ ｘｌ ｆ Ｓ Ｔ ｙ
焉
Ａ 上
式 中 ， 和 分别是两个分量 的反射 系数 ， 和 ｎ 分别是 ｒ ０ ｍ ｚ 空气 和海水 的折射率 。 射太 阳光是非偏 的＿ 直 ２ ，所 以有 Ａ
一
ｅ （ Ｘ一 ｐ
） ・
Ａｊ。Ｆ ｅｎｌ ｎ ｒｓｅ 反射系数 （ 反射 与入射 能量 比） Ｒ为
实现离水信 号的提取 ，美 国宇 航局 ＮＡＳ Ａ开 发 了一 款数 据
分析软件包 Ｓ ａ ＡＳ（ ｅＷｉＳＤ ｔ Ａｎｌｓ ｙｔｍ） ｅＤ Ｓ ａ Ｆ ａａ ａｙｉ Ｓ ｓｅ ，可 以 ｓ
算 波浪斜坡坡面的分布 ， 基于该三 维场景 ，采用考虑 了偏振 计算的 Ｆ ｅｎｌ 式 ， ｒｓｅ公 推导 出了 由天 顶角 、太阳一 观测 相对方 位角 、 风速 、风 向等参 数 决定 的海表 太 阳耀 光 偏振 辐 射模
０ ０ １ ２ ｓ ２ ． ０ ９ ｗ ），，
Ｐ —
（ ４ ）
一 （ ．０ Ｏ ０ ３＋
ｆ ｌ 耩
㈣
偏 振反 射系数 Ｒ 一Ｒ ・ 用 取代公式 （） Ｐ， ５ 中的 尺即可获
得方 向偏振 反射率 。
分别是 ｚ 和 ｚ 的
均方根 。风 速 为 砌 Ｓｍ ・ －） （ Ｓ ，各 系 数有 ：
随着遥感科学技术 的发展 ， 阳耀光 不再仅仅被 视作无 太
用 的噪声 ，可以作为一种信息 被利用 。强烈 的太 阳耀光 可 以
用来做气体 成 分 的 遥感 反演＿ ；改进 气溶 胶 特 性参 数 反 ５ ］
演ｌ ；因为强偏 振的特点 ， 以作为偏 振遥感器 定标 的一种 ７ 可 替代定标 自然光源（ｊ ８。不论是作为噪声 还是有 用的信号 ， ｌ 都
建筑知识：建筑在太阳辐射影响下的变化特性
建筑知识：建筑在太阳辐射影响下的变化特性建筑是人类生活和工作的重要场所，经历了漫长的历史和无数的变革，形成了各种不同的建筑风格和类型。
另一方面，太阳的辐射对于建筑的设计和使用也产生了巨大的影响。
在这篇文章中，我们将探讨建筑在太阳辐射影响下的变化特性。
太阳是我们生活中最重要的能源来源之一，它不仅提供了光线和热量，还影响了我们的健康和生活习惯。
在建筑中，太阳辐射也扮演着至关重要的角色。
建筑的开窗、采光和采暖等需求都与太阳辐射有着密切的联系。
因此，建筑师在设计建筑时要考虑到太阳辐射的变化。
首先，我们来看一下太阳辐射对建筑的影响。
太阳辐射可以分为可见光、红外线和紫外线三种。
其中，可见光是我们日常生活中所接触到的光，对于建筑的采光和装饰设计起着重要的作用；红外线则是与太阳辐射产生热量的主要部分，对于建筑的保温和采暖有着至关重要的作用；紫外线则是一种有害的辐射，容易导致皮肤晒伤和环境污染等问题。
因此，在建筑的设计中要根据不同的需求考虑太阳辐射的变化。
其次，我们来探讨不同建筑类型在太阳辐射下的变化特性。
建筑类型包括居住建筑、办公建筑、商业建筑和公共建筑等。
在居住建筑中，我们通常希望通过太阳的辐射实现采光和温暖的效果，因此在设计中会采用大面积的窗户和阳台等。
在办公和商业建筑中，太阳的辐射则对建筑的能耗和舒适度有着决定性的影响。
因此，在这种情况下，建筑师要通过控制太阳辐射量来达到节能和舒适的效果。
在公共建筑中，则需要考虑太阳辐射对建筑的安全性和持久性的影响，因为公共建筑通常承载着更多人流和车流等。
最后，我们来看一下在不同气候条件下的建筑在太阳辐射下的变化特性。
气候条件包括极地气候、温带气候和热带气候等。
在极地气候条件下，建筑通常需要采用较厚的保温层和小面积的开窗设计以保持室内温度；在温带气候条件下，则需要根据季节和太阳高度角的变化来控制室内的采光和热量；在热带气候条件下，则需要采用通风和遮阳等措施来降低建筑内部的温度。
建筑外墙太阳辐射传热特性研究与分析
建筑外墙太阳辐射传热特性研究与分析随着城市化进程的加快，建筑外墙的设计和材料选择变得越来越重要。
其中，太阳辐射传热特性是一个关键的研究领域。
本文将对建筑外墙太阳辐射传热特性进行研究与分析。
1. 太阳辐射与建筑外墙太阳辐射是地球上最重要的能源之一，它对建筑外墙的传热过程有着重要的影响。
太阳辐射主要包括可见光、红外线和紫外线。
当太阳辐射照射到建筑外墙上时，一部分能量被吸收，一部分被反射，还有一部分被传导到建筑内部。
2. 建筑外墙材料的选择建筑外墙材料的选择对太阳辐射传热特性有着直接的影响。
不同的材料具有不同的吸收、反射和传导特性。
例如，黑色的外墙材料更容易吸收太阳辐射，而白色的外墙材料则更容易反射太阳辐射。
此外，材料的厚度和导热系数也会影响传热特性。
3. 建筑外墙的热传导建筑外墙的热传导是指太阳辐射通过材料的传导过程。
热传导的速度取决于材料的导热系数和厚度。
一般来说，导热系数越大，传热速度越快。
因此，在设计建筑外墙时，需要选择具有较低导热系数的材料，并合理控制墙体的厚度，以减少热传导损失。
4. 外墙的热辐射除了热传导，建筑外墙还会通过热辐射的方式传递热量。
热辐射是指材料表面的热量以电磁波的形式辐射出去。
不同的材料具有不同的辐射特性，即黑体辐射能力。
黑体辐射能力越强，材料表面的热量损失越大。
因此，在选择外墙材料时，需要考虑其辐射特性，以减少热辐射损失。
5. 外墙的热对流除了热传导和热辐射，建筑外墙还会通过热对流的方式传递热量。
热对流是指热量通过流体（如空气）的对流传递。
建筑外墙的热对流主要发生在墙面和室外空气之间。
对流传热的速度取决于流体的温度差异和流体的流动性质。
因此，在设计建筑外墙时，需要考虑通风和空气流动的因素，以提高热对流传热效果。
6. 外墙的隔热性能为了减少太阳辐射传热带来的能量损失，建筑外墙需要具备良好的隔热性能。
隔热性能主要取决于外墙材料的导热系数和厚度。
同时，外墙的隔热性能还可以通过添加保温材料来提高。
热辐射基本定律和辐射特性
例7-1：试分别计算温度为2000K和5800K的黑
体的最大光谱辐射力所对应的波长m 。
解：按 m T2.910 3m K计算：
当T=2000K时， m2.9 210 0 3K m 0K 01.4 510 6m
当T=5800K时，
m2.9 518 0 3K m 0K 00.510 6m
可见工业上一般高温辐射（2000K内），黑体最大光 谱辐射力的波长位于红外线区段，而太阳辐射 （5800K）对应的最大光谱辐射的波长则位于可见光 区段。
dω为微元立体角
E
d 2Q
ddA
方向辐射力与辐射力之间的关系： E
E d
2
dQ
df
dQλ
r
dφ
dA
dA
（a）微元表面总辐射 （b）微元表面单色辐射
dA
（c）微元表面方向辐射
立体角是用来衡量空间中的面相对于某一点所 张开的空间角度的大小，如图c所示，其定义为：
d df r 2
df为空间中的微元面积，r为该面积与发射点之 间的距离。
普朗克定律表示的是黑体的辐射能按波长的分
布规律，给出了黑体的单色辐射力与热力学温 度T、波长之间的函数关系，由量子理论得到 的数学表达式为：
Eb
c1
5 ec2 (T )
1
c1为第一辐射常数，c1=3.74210-16W·m2； c2为第二辐射常数，c2=1.4388 10-2m·K
图中给出了在温度为参变量下的单色辐射力随
解：在热平衡条件下，黑体温度与室温相同， 辐射力为：Eb1c01T104 05.67m2W K4217 2 07 04 3K4
45W 9 2 /m
327℃黑体的辐射力为
2遥感技术与应用-遥感电磁辐射基础(2)
大气对电磁辐射的影响作用：
折射、反射、吸收、散射、透射 。（自身辐射）
6
大气折射 （Refraction）
电磁波穿过大气层时，会产生传播方向改变，即折射现象。 大气密度越大，折射率越大；离地面高度越大，空气越稀薄， 折射率越小。
地面接收的电磁波方向与实际太阳辐射方向偏离了一个角度， 称为折射值。
Atmospheric Refraction
16
3、无选择性散射(Non-selective scattering)
发生在大气粒子的直径比波长大得多时。散射的特点 时散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同
尘埃、云和雾 云和雾：白色，（对所有可见光波长同等散射）
17
散射特征总结
散射强度遵循的规律与波长密切相关。在大气状况相同时，同 时会出现各种类型的散射。
地表接受的太阳辐射曲线
与大气外的曲线不同，差异 主要由大气引起。
太阳辐照度分布曲线
1
2.2 太阳辐射和地球辐射
2 地球辐射
地表自身热辐射 地球辐射与相应的黑体辐射的关系：地球辐射接近于 300K黑体辐射，但由于大气影响（主要是吸收），实际 的辐射曲线为不平滑的折线。
2
2.2 太阳辐射和地球辐射
3 太阳辐射和地球辐射的分段性：
太阳辐射接近于温度为6000K的黑体辐射，最大辐射的对应波长为 0.48m，地球辐射接近于温度为300K的黑体辐射，最大辐射的对 应波长为9.66 m，二者相差较远； 太阳辐射主要集中于波长较短的部分，从紫外、可见光到近红外 区域，即0.3-2.5 m，在这一波段地球的辐射主要是反射太阳的 辐射。 地球自身发出的辐射主要集中在波长较长的部分，即6 m以上的热 红外区段。 在2.5-6 m的中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身 的热辐射均不能忽略
南京地区的太阳能辐射特性
电力 与能源
第３ ４ 卷第 １ 期
２ ０ １ ３年 ２月
南京地 区的太 阳能辐射特性
黄 静 ， 陈 志鹏 ， 李存霖 ， 娄 清辉 ， 唐 菲菲 ， 王培 红
（ 东 南 大 学 能 源 与 环境 学 院 ， 南 京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）
摘 要 ： 太 阳能 热 利 用 系统 的性 能 与 当 地 太 阳 能 辐 照 特 性 直 接 相 关 。利 用 南 京 地 区 全 年 辐 射 强 度 统 计 数 据 建立了逐时太阳能强度及 其计 算模 型 ， 结 果 可 以 作 为 太 阳 能 热 利 用 系 统 提 供 性 能 分 析 和 方 案 论 证 的 参 考
ｔ Ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｎ ｕ ａ ｌ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ａ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｈ ｏ ｕ ｒ ｌ ｙ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ
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热辐射基本定律及物体的辐射特性
本章要点：1。着重掌握热辐射的基本概念 2。着重掌握角系数的基本概念 2。着重掌握热辐射的基本定律 3。着重掌握辐射换热相关分析与基本计算
本章难点：热辐射的基本概念和基本定律的理解和消化
本章主要内容： 第一节 热辐射的基本概念 第二节 热辐射的基本定律 第三节 物体间的辐射换热 第四节 太阳辐射
五、基尔霍夫定律（Kirchhoff's law)
物体辐射力与吸收率的联系。 表面2辐射换热收支差额：
q ? E ? AE0
热平衡时 T=T0，q=0
E ? AE0
或
E E0 ? A
1、基尔霍夫定律的数学表达式：
对任何物体
E1 A1
?
E2 A2
?
E3 A3
?
....... ?
E0
基尔霍夫定律： 任何物体的辐射力与吸收率的比值恒 等于同温度下的绝对黑体的辐射力，而与物体的性质 无关。
四、兰贝特定律(Lambert's law)
1、立体角(solid angle) ：球面上的给定面积对球心 所张的球面角，它的大小用该面积除以球面半径的平方 来计算。单位用符号 sr（球面度）表示。
d?
?
da r2
a ? r 2 , ? ? 1 sr
a ? 2?r 2, ? ? 2? sr
2、可见面积： 沿P方向发射的辐射能， dA的可见面积 就是其在与 P垂直方向的投影面积。
n
n方向：可见面积为 dA
p
?
p方向：可见面积为 dA·cos?dAຫໍສະໝຸດ ? =90?，可见面积为 0
3、定向辐射强度 (directional radiation intensity) ：单位时间内与发射方向垂直的单位可见面积在单位立 体角内所发射的辐射能。
太阳辐射特点
太阳辐射特点
太阳辐射的特点包括：
1. 广泛性：太阳辐射可覆盖地球上大部分区域，几乎没有遮挡物能够完全阻挡太阳辐射。
2. 高能量：太阳辐射的能量非常高，每秒钟太阳向地球投射的能量相当于
3.8×10^26焦耳。
3. 可见光占比高：太阳辐射的大部分能量为可见光，占比约为43%。
4. 热辐射：太阳辐射也包括红外线与热辐射，占比约为50%以上。
5. 紫外线：太阳辐射中也含有紫外线，包括UVA、UVB和UVC等不同波长的紫外线。
6. 季节变化：太阳辐射的强度会随着地球公转和自转的变化而有所变化，故而季节变化会对太阳辐射产生影响。
7. 形成气候：太阳辐射是地球气候形成的重要因素，太阳辐射的变化直接影响气候的变化。
太阳辐射的光谱特点
太阳辐射的光谱特点
太阳辐射是一种由太阳发出的电磁辐射，包括可见光和不可见的紫外光和红外光。
在宇宙中，恒星的辐射是最重要的能量来源。
太阳辐射以光纤波为基础，所有电磁辐射都有一定的光谱特征。
通常来说，太阳辐射中最有趣也是最重要的特征是它次要光谱线。
这些特征可以指示我们众多元素的存在，从而确定太阳的化学成分。
有几条重要的次要光谱线可以帮助我们辨认出它产生的物质。
太阳辐射还包括可见光，可见光的波长介于紫外光和红外光之间，可以被眼睛感知。
这一特性使我们可以观察到太阳上各种不同的物质。
此外，太阳辐射还包括紫外光和红外光，它们是一种被眼睛感知不到的辐射，可以提供关于太阳活动的信息，包括太阳黑子、太阳耀斑和太阳爆发等。
综上所述，太阳辐射具有多种光谱特点，其中包括可见光、紫外光和红外光。
在次要光谱线中，可以确定太阳的化学成分，而紫外光和红外光可以识别出太阳上的各种不同的物质。
最重要的是，太阳辐射还可以用来提供有关太阳的信息，从而帮助我们对太阳的活动加以了解。
简述热辐射过程的特点
简述热辐射过程的特点热辐射是一种重要的热传递过程，由热源向周围环境的热量传递而产生的能量转移。
它把热源的能量传递到环境中，对空间气候有明显的影响。
热辐射过程可分为三类：自发辐射、太阳辐射和热弹射辐射。
第一类是自发辐射，即物体自身发出的辐射。
它主要来源于物体在某一温度下的局部热力，它是所有物体表面发出的辐射，既包括自然物体，也包括人造物体。
自发辐射对空间气候有着重要的影响，它会把物体的热量传递到空间，影响空间温度和空间散失的热量。
第二类是太阳辐射，太阳是最重要的热源，它向现在所有物体发出的辐射，包括自身发出的高能辐射，以及地球反射的光辐射。
太阳辐射是人们最常了解的热辐射，它会把太阳的热量传递给环境，影响空间温度和空间热量传输。
第三类是热弹射辐射，即热源把热量传递到环境的过程。
热源的表面辐射主要是按照天空的反射角计算，即把热源反射到空气层，空气层再把热量反射到环境物体表面，最终把热量传递到地面物体上。
热弹射辐射主要影响空间热量传输，以及物体表面的温度分布。
热辐射过程的特点可概括为：热辐射是把热源的热量传递到周围环境的能量转移过程；它主要包括自发辐射、太阳辐射和热弹射辐射三类，对空间气候有明显的影响；自发辐射是由物体在某一温度下的局部热力发出，太阳辐射是最重要的热源，热弹射辐射是把热源反射到空气层，空气层再把热量反射到环境物体表面，使热量传递到地面物体上；热辐射会影响空间温度和空间热量传输，以及物体表面的温度分布。
从上述描述可以清楚地看出，热辐射是维持地球环境平衡和维护空间气候稳定的重要过程，了解和利用它的特性也可以更好地维护生态环境，以及提高空间气候的舒适度。
例如，建筑空间可以利用热辐射技术来改善室内热能利用率，减少空调能耗；企业可以利用热辐射技术来改善生产环境，降低工作温度，提高生产效率，改善劳动生产环境；科学研究中，也可以利用热辐射技术来观测和分析地球空间环境，更好地指导可持续发展战略实施等。
可见，热辐射对空间气候的影响是明显的，了解它的特性和过程，对保护生态环境和更好地维护空间气候变化，有着重要的意义。
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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。