关于此实验
在不同纬度之间移动正午观测点，并浏览近似的年度日历。比较阳光入射角、太阳正午辐照度、昼长和日平均辐照度。同一太阳在高纬度地区可能带来较低的正午辐照通量，但昼长更长。图表将所选日期与大气层顶的分点参考值进行比较。
学习目标
- 了解纬度和太阳赤纬与正午太阳高度角的关系
- 比较正午辐照度与全天接收的能量
- 在理想几何模型中识别极昼和极夜
- 请从阳光照射角度的角度解释为什么热带地区比两极地区温暖。
- 请解释季节是由地轴倾斜造成的，而不是由地球与太阳之间的距离造成的。
使用方法
- 1选择春分/秋分预设，并比较赤道、北纬40度和南纬40度。
- 2在北纬40度，比较6月和12月的至日预设。
- 3在6月和12月移至北纬80度。比较昼长和正午太阳高度。
- 4播放一整年，并比较同一纬度的季节变化。请记住，日历和轨道都是近似的。
- 5比较六月至日北极和赤道的日平均辐照度。哪一处更大？为什么？
模型
假设
- 垂直于太阳光线的太阳辐照度固定为 1361 W/m²。地球沿圆形轨道运行，因此不考虑距离变化。
- 赤纬遵循一个365天周期的正弦曲线教学日历。这并非用于精确计算日出时间或日历的工具。
- 不考虑大气吸收、云层、大气折射、地表反照率和地形。
- 纬度范围限制在北纬或南纬80度以内。角度和昼长描述的是几何太阳中心，而不是经过折射后可见的太阳圆盘。
在课堂上试试这个实验
- Q1为什么极地夏季白昼很长，而正午的太阳却仍然相对较低？
- Q2为什么在春分和秋分曲线上，南北纬度呈对称分布？
- Q3正午辐照度高，足以推断一天接收的能量吗？
- Q4加拿大是冬天时，澳大利亚为什么是夏天？
- Q5北极地区在盛夏每天接收到大量阳光，为什么仍然寒冷？
常见问题
这些是到达地面的太阳辐射功率吗？
不是。这些是在大气层之外、水平面上的几何值。地表的实际辐照度还取决于大气、天气和当地地形。
为什么正午太阳高度角可能为负值？
在极夜期间，即使到了太阳正午，太阳也可能仍在地平线以下。此时正午辐照度按零计算，几何昼长为零。
季节是因为地球离太阳更近而产生的吗？
不是。实际上，地球在一月初离太阳最近，此时北半球正值冬季。季节是由地轴倾斜23.4°造成的，这种倾斜会使阳光照射角度和昼长在一年中发生变化。