關於此實驗
在不同緯度之間移動正午觀測點，並瀏覽近似的年度日曆。比較陽光入射角、太陽正午輻照度、日照時間和日平均輻照度。同一太陽在高緯度地區可能帶來較低的正午輻照通量，但日照時間較長。圖表將所選日期與大氣層頂的分點參考值進行比較。
學習目標
- 了解緯度和太陽赤緯與正午太陽高度角的關係
- 比較正午輻照度與全天接收的能量
- 在理想幾何模型中辨識極晝與極夜
- 請從陽光照射角度的角度解釋為什麼熱帶地區比兩極地區溫暖。
- 請解釋季節是由地軸傾斜造成的，而不是由地球與太陽之間的距離造成的。
使用方法
- 1選擇春分／秋分預設值，並比較赤道、北緯40度和南緯40度。
- 2在北緯40度，比較6月和12月的至日預設值。
- 3在6月和12月移至北緯80度。比較晝長和正午太陽高度。
- 4播放一整年，並比較同一緯度的季節變化。請記住，日曆和軌道都是近似值。
- 5比較六月至日北極和赤道的日平均輻照度。哪一處較大？為什麼？
模型
假設
- 垂直於太陽光線的太陽輻照度固定為 1361 W/m²。地球沿圓形軌道運行，因此不考慮距離變化。
- 赤緯遵循一個365天週期的正弦曲線教學日曆。這並非用於精確計算日出時間或日曆的工具。
- 不考慮大氣吸收、雲層、大氣折射、地表反照率和地形。
- 緯度範圍限制在北緯或南緯80度以內。角度和日長描述的是幾何太陽中心，而非經折射後可見的太陽圓盤。
在課堂上試試這個實驗
- Q1為什麼極地夏季白晝很長，但正午的太陽仍相對較低？
- Q2為什麼在春分和秋分曲線上，南北緯度呈對稱分布？
- Q3正午輻照度高，就足以推斷一天接收的能量嗎？
- Q4加拿大是冬天時，澳洲為什麼是夏天？
- Q5北極地區在盛夏每天接收到大量陽光，為什麼仍然寒冷？
常見問題
這些是到達地面的太陽輻射功率嗎？
不是。這些是在大氣層之外、水平面上的幾何值。地表的實際輻照度也取決於大氣、天氣和當地地形。
為什麼正午太陽高度角可能是負值？
在極夜期間，即使到了太陽正午，太陽也可能仍在地平線以下。此時正午輻照度以零計，幾何日長為零。
季節是因為地球離太陽更近而產生的嗎？
不是。實際上，地球在一月初離太陽最近，此時北半球正值冬季。季節是由地軸傾斜23.4°造成的，這種傾斜會使陽光照射角度和白晝長度在一年中發生變化。