太阳影子十篇

太阳影子篇1

关键词：超定方程组；最小二乘；数据矫正

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0260-03

1 问题重述

1.1 问题背景

在进行视频数据分析时，通过太阳影子定位技术，即分析视频中的物体的太阳影子变化，是确定视频的拍摄地点和拍摄日期的一种重要方法。

1.2 目标任务

问题一：建立影子长度变化的数学模型，分析影子长度的变化规律，并画出2015年10月22日北京时间9：00-15：00之间天安门广场（北纬39度54分26秒，东经116度23分29秒）3米高的直杆的太阳影子长度的变化曲线。

问题二：根据某固定直杆在水平地面上的太阳影子顶点坐标数据，建立数学模型确定直杆所处的地点。并将所建模型应用于附件1的影子顶点坐标数据，给出若干个可能的地点。

问题三：附件4为一根直杆在太阳下的影子变化的视频，并且已通过某种方式估计出直杆的高度为2米。请建立确定视频拍摄地点的数学模型，并应用你们的模型给出若干个可能的拍摄地点。

如果日期已知，该如何处理？

2 模型的建立与求解

2.1 问题一模型建立与求解

2.1.1 问题一模型的建立

我们采用太阳高度角和三角函数相结合的思路。直杆与太阳照射下成的影子可构成直角三角形，其三角函数关系式可以表示为

[sinθ=HH2+L2] ⑴

其中，[H]表示直杆长度，[L]表示直杆影长，[sinθ]表示太阳高度角的正弦值。

由参考文献[1]，太阳高度角随着地方时和太阳赤纬的变化而变化。太阳高度角的计算公式为：

[sinθ=sinφsinδ+cosφcosδcost] ⑵

上式中，[θ]，。表示太阳高度角，[φ]表示观测地理纬度（太阳赤纬和地理纬度都是北纬为正，南纬为负），[δ]表示太阳赤纬（与太阳直射点维度相等），[t]表示时角。

2.1.2 问题一模型的求解

（1）太阳赤纬[δ]与地理纬度[φ]正弦值的确定

根据太阳赤纬的公式：

[sinδ=0.39795cos0.98563N-173] ⑶

式中[N]表示观测日期，自每年1月1日开始计算。即代入2015年10月22日，[N]=295。

计算可得：

[sinδ=0.39795cos0.98563295-173=-0.20046] ⑷

因为天安门广场地处（北纬39度54分26秒，东经116度23分29秒），与代表北京时间的东八区经度差为0，所以天不考虑安门广场的经度位置，得

[sinφ=sin[（39+54/60+26/3600）]=0.641546] ⑸

（2）太阳高度角的正弦值的求解

由公式⑷、⑸计算太阳赤纬[σ]与地理纬度[φ]的余弦值如下：

[cosδ=0.979702cosφ=0.767084] ⑹

由参考文献[3]可知，时角公式为：

[t=（T-12）×15]° ⑺

我们在计算时角时发现，北京时间并不是北京（东经116.4°）地方的时间，而是东经120°地方的地方时间。根据经度变化15°，时间变化1小时这一地理规则，我们推算出北京当地的真正时间比代表东八区的北京时间晚约14分钟。计算[sinθ]如下表1所示：

（3）计算直杆的太阳影子的长度变化

结合公式⑴的三角函数公式以及表1数据，计算不同时刻影长如下表2所示：

通过MATLAB拟合曲线，我们可知直杆的太阳影子长度[L]最短的时间并不是在12时，而是在11时至12时之间。

2.2 问题二模型建立与求解

2.2.1 问题二模型的建立

（1）直杆直角坐标系的建立

假设可能地区在太阳直射点的以北地区数据为正。2015年4月18日的太阳直射点在赤道和北回归线之间，且相对靠近赤道的位置。我们假设，在附表中所给14：42-15：42的时间段内，太阳在直杆的南面。并且在14：42-15；42这一时间段，已经过正午太阳高度角所处的12时，太阳从直杆的西面进行照射。综上可得到假设，直杆的影子在它的东北方向。以直杆底端为坐标原点，分别以东向、北向为[x]轴、[y]轴的方向，建立直角坐标系，如图3所示：

图1 直杆直角坐标系的建立

（2）经度定位模型的建立

由参考文献[5]，太阳方位角与观测地点经度、纬度以及观测时刻的关系如下：

[A=arcsin（cosδsintcosθ）] ⑻

根据太阳高度角的余弦值为

[cosθ=LH2+L2] ⑼

结合公式⑻和公式⑼，化简为

[LsinA=H2+L2cosδsint] ⑽

在上式⑽中，我们可根据附件一的数据求解太阳方位角的正弦值，由表3和公式⑶可知不同时间的影长和太阳赤纬的余弦值。最终我们得到了未知量为直杆高度[H]、时角[t]的经度的定位模型。

（3）纬度定位模型的建立

结合问题一中有关太阳高度角的公式⑴⑵⑺，得到下列方程：

[H=H2+L2C1sinφ+C2cosφcos[（T-12）×15]] ⑾

上式中，[C1]表示太阳赤纬的正弦值，[C2]表示太阳赤纬的余弦值，因为时间是确定的，所以太阳赤纬的正弦值、余弦值都是常数。从而我们得到了未知量为直杆高度[H]、地理纬度[φ]的纬度的定位模型。

2.2.2 问题二模型的求解

（1）太阳赤纬的正弦值、余弦值的确定

太阳方位角是指太阳光线在地平线上的投影与当地经线的夹角。根据所给数据，由勾股定理[L=x2+y2]及太阳方位角计算公式：

[A=arctanxy] ⑿

我们计算出不同时间的影子长度，见下表3。

（2）利用解超定方程组的最小二乘解思想求解经纬度的定位模型

对于经度的定位模型，我们所给数据的21个不同组的数据，得到21组不同长度的直杆影长，建立了含有21个不同的方程，只有直杆高度[H]、时角[t]两个未知量。利用[MATLAB]中的[fsolve]函数，假定直杆高度[H]的初值为0米，时间初值为上午9时。计算得直杆的高度[H1]为1.0134米，推测测量地点的时间为14时55分5秒。已知代表东八区的北京时间（东经120）为14时42分，对比14时55分5秒和14时42分，根据地区经度与时间差的地理知识，计算出该地的经度为东经1231612。

同样，对于纬度的定位模型，我们可以根据附件一的21个组不同的数据，建立了含有21个不同的方程，只有直杆高度[H]、地理纬度[φ]两个未知量。计算可得，直杆的高度[H3]为1.0440米，地理纬度[φ]的弧度角为-0.1831[rad]。根据纬度算法，得到以下的计算公式⒀：

当地理纬度[φ]的弧度角为0.3025[rad]时，将其数值代入上述公式⑿，算的第一组结果的纬度值为北纬17°18；当地理纬度[φ]的弧度角为-0.1831[rad]，表示为弧度制2.9585[rad]，将其数值代入公式⒀，算的第二组结果的纬度值为南纬10°30。

结合所求经度，我们得到符合条件的两个地区：菲律宾的吕宋岛附近（北纬17°18，东经1231612）和印度尼西亚努沙登加拉群岛附近（南纬10°30，东经1231612）。

（3）将直杆高度H作为检验因子进行模型检验

前面我们分别求出直杆的高度[H1]、[H2]、[H3]依次为1.0134米、1.2442米以及1.0440米。[H2]和[H3]的平均值为[E（H）=12（H2+H3）=1.1441]，将[E（H）]记为[H4]。则[H1]与[H4]平均值为[E（H）=12（H1+H4）=1.07875]，则[H1]与[H4]方差为[DH=12i=12（EH2-Hi）2=4.27×10-3]，可知，方差值很小，认为两种方法下计算的直杆高度近似相等，模型误差很小。

2.3 问题四模型建立与求解

2.3.1 问题四模型的建立

（1）对视频进行处理

首先利用[KMPlayer]软件对视频进行取帧，得到一组像素值为[1920×1080]的图片。因为视频时长40分钟，为保证截取的图片能准确反映整个视频中直杆影子的变化，我们对视频一分钟截取一帧，从8时56分3秒至9时34分4秒共截取39张图片。然后，对这一组图片进行灰度处理，这样可以使颜色细节更加细致，更容易辨认物体边缘。

（2）对直杆顶端、直杆影子顶端、直杆底端坐标的求解

利用[MATLAB]中的[Data Cursor Tools]分别选中你所观察到的直杆顶端、影子顶端、直杆底端记录它的像素点坐标，我们得到39组灰色矩阵，每一组灰色矩阵中存储了图片中的所有像素点的灰度值。以直杆顶端为例，在所记录的直杆顶端的像素点坐标附近寻找灰度值最小的像素点，记录它的坐标，即为直杆顶端的真实坐标点。求解直杆影子顶端、直杆底端的坐标点时也采用相同的方法。但对于直杆底端，我们认为底端相邻两个直角的y坐标的平均值为直杆底端的坐标。已知杆长可估计为2m，则可根据直杆顶端、直杆影子顶端、直杆底端的像素坐标得到前五幅图影子的坐标如下表所示：

表4 前五幅帧图中影子的坐标

[图片＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&[x]坐标（米）＼&2.307463＼&2.298507＼&2.265672＼&2.241791＼&2.229851＼&[y]坐标（米）＼&0.016418＼&0.01791＼&0.016418＼&0.016418＼&0.013433＼&]

以直杆底端为原点，以图片右侧方位为[x]轴，垂直图片向里的方向为[y]轴，建立直角坐标系。

图2 直杆底端坐标系的建立

（3）影子[y]轴数据加权确定

因为摄影机在录制视频的过程中，与地面存在一个固定的角度，因为镜像成像的原理，[y]轴方面人眼看到的影子长度小于实际中影子的[y]轴长度。因此引入[y]轴加权系数[C]，当摄像机角度不变时，人眼看到的影子的[y]轴长度与实际影子的[y]轴长度形成一个直角三角形的斜边和直角边，且比例保持不变，则在对本问题运用问题二的数学模型进行求解时，[y][坐标轴=通过灰色图像得出的坐标值×设定的权值C]。由于[x]轴坐标与摄像机观测方向垂直，[x]轴坐标可看作实际中的[x]轴坐标。

2.3.2 问题四模型的求解

当日期已知时：可求出当地时间为9时9分48秒，与之对应的北京时间为8时56分3秒。[经度=116+9+9/60+48/3600-8-56/60-3/360015=119.4o；][北纬=0.5537×180°π=31.7°]，所以该地点北纬314329，东经11924，约为江苏常州。

当日期未知时：可求出当地时间为9时06分45秒。此时，[N=173]，为2015年6月22日。地处北纬515313，东经1184030。

3 模型的评价与改进

问题一中，突出优点是考虑到北京当地时间和代表东八区的北京时间之间存在约14分的时差，并且应用在时角的计算中。

问题二中，能够运用解超定方程组的最小二乘法的思想，利用[MATLAB]的[fsolve]函数求得最优解。缺点是在寻求最优解的过程中，运行程序对初值十分敏感，当初值稍作变化时，所求的数值变化很大，这点不利于寻求最优解。在对此模型进行改进的过程中，考虑遗传算法和模拟退火模型，减小初值对结果的影响。

问题四中，突出的优点是考虑到人眼成像的特点，在直杆影子的[y]轴方向引入加权系数[C]，使数据更加准确，缺点是运行程序的过程中，不同的初值对结果几乎没有影响，观察不到某些影响因子的作用力。

参考文献：

[1] 谈小生， 葛成辉. 太阳角的计算方法及其在遥感中的应用[J]. 国土资源遥感，1995（6）.

太阳影子篇2

关键词：太阳能光伏发电；太阳辐射；日照时数；相对湿度；温度

中图分类号：P49 文献标识码：A

引言

能源是经济社会发展的重要基础，在我国经济和社会发展中发挥着重要作用。我国拥有丰富的太阳能资源，资源量相当于170Mtoc，发电量达1381780MkW・h，太阳能产业有着巨大的发展潜力且发展迅速，已成为新能源产业的重点之一。敦煌市（N40°、E94°）位于甘肃省河西走廊最西端，地处内陆，面积3.12万km2，境内地势平坦开阔，沙尘天数少，太阳能资源丰富，全年日照时数达3362h以上，日照百分率高达75%，年总辐射量为6882MJ/m2，日均辐射量18.86MJ/m2，是我国太阳能资源最丰富的地区之一，可开发利用适合太阳能发电且条件优越的荒漠面积达5000km2，具备建设千万千瓦级太阳能电站的资源条件，被称为中国太阳能的黄金地带，也是国内大规模实施太阳能光伏发电和综合利用项目的理想地区之一。敦煌市富集的太阳光资源和便利的电力运输及交通条件，为快速增长的电力负荷和大规模光伏并网发电系统的建设提供了保证，是实施“中国大漠光电工程”的理想区域。影响太阳能光伏发电站发电量的因素可归纳为装机容量、综合效率和太阳辐射3方面，其中太阳辐射受季节和地理位置影响较大，尤其大气温度、湿度、日照等因素具有显著季节变化和日变化周期，其不连续和不确定特点都可影响太阳辐射的强弱，进而使电网的稳定性受到波动，因此，加强地方气象因子与太阳能光伏发电关系分析对于提高并网光伏电站发电量至关重要。

1 太阳能光伏发电与气象因子的关系

1.1 与日照时数的关系

敦煌地区月平均日照时数均在200h以上，1a期间5～9月日照时数达到300h以上，5、6月份月日照时数达到峰值，为361.0h，其次为3月份，达到289.8h，自7月起月日照时数逐渐开始下降，其中12、1月为1a中月日照时数最低月，但也达到了215h左右。敦煌日照百分率高达75%，属甘肃省日照百分率高值区，说明该地区日照时数稳定，受天气变化影响较小，太阳能资源稳定，对太阳能资源的开发利用十分有利。

1.2 与太阳辐射的关系

根据敦煌2002～2012年季平均太阳辐射总量统计得出，敦煌地区春季（3～5月）、夏（6～8月）、秋季（9～11月）、冬季（12月～翌年2月）太阳辐射总量分别为2135.14MJ/m2、2506.78MJ/m2、1509.94MJ/m2、1230.19MJ/m2。分析敦煌各季节太阳辐射与光伏发电的关系可知，敦煌各季节光伏发电与太阳辐射均呈现直线关系，太阳辐射越强，光伏发电量就越多。

1.3 与相对湿度的关系

敦煌地区年平均降水日数为17～20d左右，为甘肃省降水日数最少地区之一，年平均降水量36.5mm，降水集中在夏季（6～8月），降水量约占全年总降水量的65%，1、2、4、5及9～12月，月平均降水量均不超过2mm，同时该地区年蒸发量在2000～3000mm，是甘肃省蒸发量最大的地区。降水少、蒸发量大，相对湿度就较低，说明该地区空气中水汽含量小，有利于增加太阳辐射，使太阳能光伏发电站光伏功率增加。根据刘玉兰等对宁夏地区逐日光伏功率与相对湿度的关系的研究中得出，相对湿度每减少1%，光伏功率就会减少27.35KW，可见敦煌地区较低的相对湿度对光伏功率起着增强作用，相对湿度越低，光伏发电站输出功率越强。

1.4 与温度的关系

温度对太阳能光伏发电的影响主要表现在太阳能电池电性能随温度的变化而变化方面。通常，在温度较高时，硅太阳能电池工作中开路电压会随着温度的升高而大幅下降，还可导致充电工作点严重偏移，造成系统充电不足而损坏。同时，温度升高还致使硅太阳能电池输出功率大幅下降，太阳能电池组件难以充分发挥其最大性能。当晶体硅太阳能电池组件温度超过25℃范围时，温度每升高1℃其功率就会损失1%。敦煌地区4～10月白天最高温度达25℃以上，其中5～9月可达到30℃以上，6～8月白天最高温度在36.5～39.7℃之间，受高温影响，光伏电池表面温度会更高，可致光伏电池效率衰减6%以上，进而导致发电量下降很多，可见环境温度的变化会给光伏发电站带来不稳定影响。

2 加强太阳能光伏发电气象预报技术研究

受气象条件等影响，太阳能资源表现出一定的先天不稳定性，如天气转为多云、阴雨、沙尘暴或夏天出现极端高温等，光伏发电站的发电量就会随之锐减，电网端如未提前做好充分准备就会出现供电不足情况，从而影响人们的正常生产和生活。因此，在建设电站时首先要对气候环境资源进行充分评估，还要做好太阳能发电站运行过程中太阳能资源和相关气象条件的预报，采用理论分析和实验验证相结合的方式，作为开展太阳能光伏发电气象预报的技术支撑；要充分考虑气象因子与不同尺度气象预报对太阳能光伏发电系统中安全性、经济性和效率提高的重要性，保障大规模新能源接入条件下电力系统的安全、稳定、经济运行，促进西部地区可再生能源的开发利用。

参考文献

[1] 中国可再生能源协会.中国新能源与可再生能源年鉴（2010）[M].广州：中国科学院广州能源研究所，2010.

[2] 杨金焕.并网光伏电站发电量的估算.魏启东，袁竹林.第11届中国光伏大会暨展览会会议论文集[C].南京：东南大学出版社，2010：

1347-1351.

太阳影子篇3

1. 太阳是一个超级实验室

太阳是一个巨大的物理实验室，太阳上独特的超高温、超高压和巨大的物理尺度等结合起来所提供的物理条件是地球上实验室所无法达到的。通过对太阳的观测研究，极大地促进了原子物理学、原子核物理学、等离子体物理学和磁流体力学等学科的

发展。

2. 太阳活动对地球的影响

极光现象 在靠近地球的极区，晚上常常可以看见天空中闪耀着绚丽多彩、变化多端的光带，这就是极光。极光就是太阳发射出的高速带电粒子流到达地球后，在磁场的作用下，与地球两极地区高空大气分子相互作用产生的高能物理现象。观测表明，极光出现的强度和频繁程度与太阳活动的强弱有密切的关系。

地球磁暴 太阳上存在的11年周期或更长周期活动现象。每当太阳活动峰年太阳黑子相对数增加，耀斑爆发、日冕物资抛射等现象频繁出现，并且发射出大量高能带电粒子到达地球时，就会扰乱地球原有的磁场，引起地球磁暴。

对无线电通讯和电力的影响 当太阳发射出大量高能带电粒子运动到近地空间时，会干扰无线电通讯和地面电力传输，太阳发生大规模的爆发性活动事件时，有关部门需要准备好应对措施。

对宇航的影响 高能带电粒子流也会干扰和破坏空间探测器的设备和运行，甚至威胁到宇航员的生命安全，因此，宇航探测设备必需充分考虑到这个因素，要对地球附近以及航线区域的磁场状况、太阳风状况有详细的了解，并考虑好预防措施。

对地球灾害的影响 太阳活动对地球上一些灾害性事件的影响，是许多科学家长期以来所关心的研究课题。资料显示，太阳活动周期与地球上水旱灾害和寒暖变化，地震有一定的关系。例如，研究表明水旱寒暖的年份和地震发生的次数都和太阳活动的11年和22年的周期相关。

对人体的影响 天文因素与人类健康和行为的统计研究发现，在太阳活动引起地球磁暴期间，人的神经系统对太阳活动变化非常敏感，某些疾病、血液系统、神经系统的变化和太阳黑子活动呈现出明显的相关性。目前这类课题还处于研究阶段。

3. 太阳活动预报

太阳活动会影响日地空间环境，活动剧烈时，地球的大气和磁环境也会发生改变，从而影响人类的通讯系统、电力系统等，甚至会激发自然灾害。因此，太阳活动对地球的影响已引起人类的广泛关注，准确预报太阳活动已成为当今社会的需要。

科学家现在已经掌握了太阳活动的基本规律，有能力对太阳活动做出各种时间尺度的预报，例如长期预报可预报太阳活动周的黑子数；中期预报可提前几个月或者几天预报太阳黑子、太阳爆发等的变化趋势；短期预报则可预报1―3天的太阳耀斑爆发事件。国际上已成立了太阳活动预报中心，中国在20世纪60年代也已形成了太阳活动观测网与预报网。全球联网资源共享、联合监测，将进一步提高预报太阳活动的准确率。

太阳影子篇4

某地二分二至日太阳视运动图

例1：下图为某地二分二至日时太阳视运动曲线图，回答下列问题：

（1）据图判断该地在 （南、北）半球，判断依据是 。

（2）据图得知该地的地理纬度是 ，判断依据是 。

（3）①②③三条表示太阳视运动的曲线中，表示冬至日的是 。

（4）当该地太阳视运动曲线如图中③所示时，该地的昼长约为 小时。

解析：由图可知，一年内正午时刻太阳始终位于该地正南天空，又能看到北极星，故该地位于北半球。由规律“北半球某地看北极星的仰角度数即为该地地理纬度”可知该地在400N。曲线①、②、③分别表示该地夏至日、二分日、冬至日的太阳运行轨迹。由该地冬至日日落16：30可知昼长为9小时。

2.利用等太阳高度线图计算地理纬度

等太阳高度线图可以看做是以太阳直射点为中心的俯视图，图的中心为太阳直射点，通过该点的经线即太阳直射的经线，在太阳直射的经线上，太阳高度（正午太阳高度）相差多少度，纬度就相差多少度，据此可计算该经线上某一点的纬度数值。

例2：读某日以d点为中心的周边地区太阳高度分布图。

（1）a地纬度是

A .45°N B .68°26′N

C .68°26′S D .23°26′N

（2）a、b、c、三地点中，这一天正午太阳高度达一年中最大值的是

A . a B . b C. c D . a、b、c、

解析：由图可知d为太阳直射点，a 、d同在被太阳直射的经线上，a点与d点的纬度差就等于两点的太阳高度差450，则a地纬度是68026‘N；由正午太阳高度的分布规律“夏至日，太阳直射北回归线，北回归线及其以北各纬度正午太阳高度达到一年中的最大值”可知这一天a、b、c三地点正午太阳高度均达到一年中最大值。

3.正午太阳高度与“日影”问题

（1）根据日影确定直射点的经纬度位置

例3：某学校操场上，O处有一垂直于地面的旗杆，OP表示正午时旗杆在地面的影子，其长度随季节发生变化。6月22日缩短为零时北京时间是13时。读图回答：

月 日OP最长，三个月后，该地昼夜长短状况如何？其精确的经纬度是多少？

解析：同一纬线上的某地，某一时刻影子最短，太阳高度最大，则为该地地方时12：00，亦即该地在太阳直射点所在的经线上。若某一地点某一时刻影子消失或影长缩短为零，则该地位于直射点上。由此可确定该学校位于（230261N，1050E）。12月22日OP最长，3月21日该地昼夜等长。

（2）由正午日影长短的变化及影子朝向确定纬度位置

例4：下图是一同学绘制的该地旗杆一年来影子变化图，请问图中反映春分日的点是

解析：由图可知该地旗杆影子一年两次为0，说明该地一年有两次被太阳直射的机会，且相隔时间很短，应该在回归线附近。其影子绝大部分时间朝北，只有两次被直射期间影子朝南，则该地一定在赤道和北回归线之间且在北回归线附近，旗杆影子在冬至日最长，由此可知①是夏至日的点，③是冬至日的点，②是秋分日的点，④是春分日的点。

归纳：

A、正午为当地12点，影子均朝正南或正北，且距直射点越近，正午日影越短，反之越长。正午影长为0时，在太阳直射点上。

B、如果某地有半年时间影子朝北，半年时间影子朝南，该地为赤道。

C、如果某地一年中大部分（超过一半）时间影子朝北说明该地一定在北半球。

D、如果某地一年中大部分（超过一半）时间影子朝南说明该地一定在南半球。

4.正午太阳高度与房间采光面积的大小

例5：甲、乙、丙是三幅地处不同纬度的三座房屋两至日正午阳光照射情况（a或b），读图后回答：

（1）对三地位置判断正确的是

A.三地都位于北半球 B.甲地位于赤道上

C.乙地位于南温带 D.丙地位于北温带

（2）若乙图当a代表的节气出现时

A.好望角为多雨季节 B.北京正午太阳高度达最大值

C.悉尼昼短夜长 D.南极科考队员正在忙碌

解析：当某地位于直射点以北，阳光从南窗射入；位于直射点以南，阳光从北窗射入； 23026’N---23026’S之间的地点，阳光可以从北或南窗射入。一般情况下，正午太阳高度越大，房间被阳光照射的面积越小，反之，越大。由此可知本题中甲地在赤道上，乙地在北温带，丙地在南温带。乙图中a表示北半球冬至日，此时南极科考队员正在忙碌。

5.正午太阳高度角的实际应用

（1）太阳能热水器倾角的调整

例6：某地（38? N）冬至日应把太阳能热水器如何调整，才能最大限度利用太阳能？

解析：为了最大程度利用太阳能，要求太阳能热水器的集热面与正午太阳光线垂直，即α+β=900。该地冬至日正午太阳高度α为 28? 34′，热水器集热管的倾角 β=90? ―α ，即 β=90? ―28? 34′ =61? 26′。

（2）房地产开发中前后楼间距与楼高的关系

例8：某地一幢楼，冬至日正午影长与楼高相等，据此完成下列各题：

⑴该地正午太阳高度是

A.23?26′ B.66?34′ C.90? D.45?

⑵该地的纬度是

① 23?26′N ② 21?34′N ③ 25?26′S ④ 68?26′S

太阳影子篇5

太阳黑子冷不冷?

太阳黑子是太阳大气表面的强磁场漩涡气团，由于它比周围太阳光球的温度低2000度左右，看上去比较“黑暗”，被人们称为太阳黑子。但令人惊奇的是，在太阳黑子高发期，太阳辐射的总量反而比平时还要高出0.1%。千万不要小看这0.1%，它可有地球每年获得太阳释放的能量的百万倍之多，比全世界的年发电总量还大几百亿倍呢。

恼人的大耀斑

在太阳活动峰年，太阳耀斑出现得很频繁。绝大部分太阳耀斑的能量集中在短波范围。如X射线、紫外线和微波射电等。另外，在耀斑爆发过程中还会伴有大量高能粒子流发射出来，其中包括有质子、中子和电子。在爆发喷出的粒子流中有一部分速度接近光速，不出10分钟就会到达地球，直接影响地球的磁场和电离层。当大耀斑发生后一段时间，地球上空会发生频繁的极光、地磁暴、电离层暴等地球物理现象，时常会严重干扰国内外正常的短波无线电通讯，有时甚至中断通讯几十分钟到数小时，有时还会破坏输电线路设备(电网产生电涌导致变压器烧毁)，例如1989年的一次太阳大耀斑发生后，因输变电线路设备遭破坏而导致加拿大魁北克省断电达9小时，当时影响了约900万居民的生活

紫外线的天然屏障

对于太阳的“骚扰”，地球并不全是束手无策，如抵挡紫外线的臭氧层。臭氧层位于地球上空50千米左右。在太阳光的作用下，地球大气中的氧原子和氧分子发生化学反应就生产了有3个氧原子的臭氧。臭氧是紫外线辐射的天然屏障，如果没有臭氧层，紫外线就会直达地球，将会对地球上的各种生物造成致命的伤害。强烈的紫外辐射会使基因产生突变，使人患上皮肤癌等。如果真的有一天臭氧层减弱或不存在了，人类必须要制造一个人工臭氧层来保护自己，这是人类给自己出的一个难题。

地球天气与太阳活动周期

太阳对地球低层大气最直接的影响就是造成地球天气的变化了。太阳辐射给赤道等低纬度地区的大气加热，推进全球性的大气环流，引起天气的变化。那么，天气与太阳活动周期之间有什么关系呢?至今仍是未解之迷。

但现在也有一个突破口，这就是蒙德最小期与天气长期变化趋势之间的关系。所谓的蒙德最小期是指1645年到1715年太阳黑子显著减少的这一段时期。这一结论是英国天文学家蒙德发现并提出的。1976年，美国天文学家艾地用同位素C14测量法从树木年轮中验证了这一观点。由于C14可由宇宙射线与大气中的氮元素相互作用而生成，所以它与太阳活动影响宇宙射线的强弱有直接关系。在太阳活动最小期，宇宙射线就比平稳期多一些，从而造成C14的增加。在蒙德最小期时，欧洲的天气比平常冷得多，伦敦人可以在冬天结冰的泰晤士河上举办各种活动。

太阳风吹拂着地球

太阳大气全部由电离的气体组成。日冕的内层温度达100万度，致使它外部的气体会膨胀，当膨胀到5～6个太阳直径之后，就会以太阳风的形式喷发到宇宙空间。太阳风由等离子体物质组成，具有异乎寻常的导电性，它在行星际空间可以延伸得很远。装在“旅行者”号和“先驱者”号探测器上的磁力计和其他仪器甚至在太阳系边缘的宇宙空间探测到了太阳风所造成的影响。

太阳风的压力和磁场可以帮助地球磁场阻止从太阳系外袭来的高能宇宙射线的攻击，此时它就是一个作用显著的屏障。在太阳活动高峰期，地磁场强度也越大，其阻挡宇宙高能粒子及射线的能力也越强。而在太阳活动最小期，太阳风也较弱，地磁场相对平稳，宇宙射线也就相对容易进入地球表面。此时，人们就可以从地面观测仪器上记录到数量较多的宇宙射线和粒子。

宇宙天气与预报

科学家们除了对太阳造成的地球大气长期变化感兴趣之外，对太阳活动造成的近地空间环境变化这一新课题的关注程度也与日俱增，“宇宙天气”一词也就应运而生。

在一般情况下，太阳风掠过地球时的速度约为400米/秒。但在太阳耀斑爆发和日珥物质突然抛射时，太阳会迸发出大量的射线和物质，太阳风的速度也会达到600米/秒，会对地球空间环境造成重大影响。日珥物质突然抛射这一现象是70年代初由天空实验室空间站首先发现的，随后又有其他探测卫星如“太阳峰年卫星”作了进一步的探测。

最近，SOHO卫星又对太阳活动进行了更为深入地观测，提供了更多的资料。它发现日珥物质抛射对地球磁场和极光影响只有2天的周期。一旦太阳上有大型太阳耀斑和日珥物质抛射现象发生，人们可以对卫星采用安全模式运行或干脆关闭，避开这2天，以防高能粒子给卫星造成严重的灾难。

“先进高能粒子成分探测者”(ACE)卫星为空间天气早期预报上了双保险。它可以在太阳风冲击波和高能粒子到达地球1小时后探测到，以使人们做出合理的反应，采取适当的措施。

绚丽的极光

太阳影子篇6

太阳风暴指太阳在黑子活动高峰阶段产生的剧烈爆发活动。爆发时释放大量带电粒子所形成的高速粒子流，严重影响地球的空间环境，破坏臭氧层，干扰无线通信，对人体健康也有一定的危害。

空间天气和人类关系密切，太阳风暴可能对高度信息化的人类社会以灾难性打击。首当其冲的受害者是人造卫星。2000年7月14日，日本的“宇宙学和天体物理高新卫星”(ASCA)在太阳风暴中失去能源，姿态失控，几个月后便坠入了大气层。在几个小时内，太阳风暴就能使人造卫星的寿命缩短大约两年。因为带电粒子会侵蚀卫星的太阳能电池板，同时它还会在电路中引发错误的指令，或者造成放电等卫星故障。此外，太阳风暴能量的注入会使得地球大气层膨胀，增加了低轨卫星的大气阻尼，让它们提早坠落。

接下来毁坏的是供电系统。1989年3月13日，加拿大魁北克省有600万人在没有电力的情况下度过了9个小时，因为太阳风暴毁坏了电网中的变压器。侵入的等离子体会造成地球磁场的快速变化，变化的磁场在电网中诱导产生电流。但是电_网的设计无法应付这些直流电，于是最大的危险就会出现在电网中造价高昂且难于更换的变压器上。不断上升的直流电会产生强磁场，它会使得不堪重负的变压器磁核饱和，其结果就是变压器的铜线升温熔化。

太阳风暴还会影响GPS的无线电信号。它不仅会干扰传播信号的电离层，还会产生额外的噪音信号。在2003年万圣节的太阳风暴中，除了民航客机的导航系统受到影响，太阳风暴中的高能粒子还干扰了飞机的无线电通讯。特别是对于高纬度地区的航线，由于地球磁场的保护作用较弱，太阳风暴甚至会使得航班改变航线达数天之久。

太阳影子篇7

1、太阳的光球表面有时会出现一些暗的区域，它是磁场聚集的地方，这就是太阳黑子。黑子是太阳表面可以看到的最突出的现象。一个中等大小的黑子大概和地球的大小差不多。

2、黑子的形成和消失要经历几天到几个星期不等。当强磁场浮现到太阳表面，该区域的背景温度缓慢地从6000摄氏度降至4000摄氏度，这时该区域以暗点形式出现在太阳表面。在黑子中心最黑的部分被称作本影，本影是磁场最强的区域。本影周围不太黑、呈条纹状的区域被称为半影。黑子随太阳表面一起旋转，大约经过27天完成一次自转。

3、长期的观测发现，黑子多的时候，其他太阳活动现象也会比较频繁。黑子附近的光球中总会出现光斑，黑子上空的色球中总会出现谱斑，其附近经常有日珥（暗条）。同时，绝大多数的太阳爆发活动现象也发生在黑子上空的大气中。因此，从太阳大气低层至高层，以黑子为核心形成一个活动中心——太阳活动区。黑子既是活动区的核心，也是活动区最明显的标志。

（来源：文章屋网 ）

太阳影子篇8

（武汉大学附属中学高三3班 湖北 武汉 430074）

摘 要：太阳作为地球的能量之源提供了地球99％以上的能源。文章简单介绍了太阳对地球的能量传输，包括太阳电磁辐射和太阳风，阐述了太阳风暴的概念、形成和表现形式以及太阳活动周期，并简要分析了超级太阳风暴可能出现的条件。介绍了太阳风暴引起的地球空间环境的变化及其对人类生活造成的影响，回顾了近30年较大的几次太阳风暴对人类生活造成的显著灾害；最后介绍了人类对太阳风暴的监测和预警现状。

关键词 ：太阳风暴；地球空间环境；地磁暴；太阳风；灾害性空间天气；太阳活动周期

中图分类号：N91 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1665－2272．2015．03．037

1 背景

2009年，美国国家科学院在一份特别报告中警告称，新一轮太阳活跃期即将到来，并将在2012年达到顶峰，届时地球可能面临超级太阳风暴的袭击。

如果超级太阳风暴来袭，地球空间环境和人类生活将会受到什么影响？美国国家地理杂志的一个科教短片《太阳风暴》非常生动地回答了这个问题。短片开头这样描述：“在外太空有一种武器威力比原子弹强1亿倍，一次攻击就能让地球上的一块大陆陷入黑暗，瞬间从太空时代退回石器时代。这种攻击并非来自人类武器，而是来自于太阳。”片中描述了1989年3月太阳风暴给人类活动带来的一些灾害。1989年3月发生了近代科学史上罕有的超级太阳风暴。在此期间，由于高层大气加热、膨胀使卫星高度的大气阻力增加，使“太阳峰年卫星”提前陨落、大量飞行物轨道改变，造成新发射飞行物的跟踪辨认困难；美国民用、军用极轨低高度气象卫星无法释放因磁场异常变化所积累的力矩，而影响姿态。对地静止通信卫星为维持其正常姿态，两天内所耗的燃料相当于正常运行一年的用量；这期间因电离层扰动，低纬度无线电通讯几乎完全失效，轮船、飞机导航系统失灵，海军的卫星高频通讯网络在全球范围发生中断；高能粒子流量这期间的突然增加，致使日本同步气象卫星指令系统一半失效或永久损坏，宇航员眼睛的视网膜受到高能粒子轰击而闪光；加拿大魁北克省输电系统因强大的感应电流烧毁了主变压器而引起电网损坏，600万居民停电9h之久，损失功率近200亿瓦，直接经济损失达5亿美元。在这个太阳活动高峰期里，高能粒子造成我国“风云二号B”气象卫星于1990年提前报废。这次空间灾害性天气事件，给众多国家的空间、地面技术系统造成了巨大损失，使政府有关部门和日地物理学家、卫星工程技术专家认识到，人类社会发展所面临的空间灾害的严重性。

2 太阳风暴的概念及形成

2．1 日地能量传输

对于地球而言，太阳是我们的能量之源，地球诞生以来所消耗的能源99％以上都来自于太阳。太阳的能量之大是我们无法想象的，在《太阳风暴》短片中讲到，太阳的能量来自其内部的核聚变反应，这种反应每秒产生的能量比地球诞生以来所消耗的所有能量还多。日常生活中，我们首先感受到的太阳能量就是阳光的照射。由于阳光对地球的直射点在南北回归线之间移动造成地球上的冬夏交替，让我们感受到冬天的寒冷和夏天的炎热。武汉的夏日，烈日当空，站在大太阳下不动都浑身冒汗，但如果能躲进树荫立刻倍感凉爽。武汉的冬天则是天寒地冻，身上裹得像个粽子也抵不住阵阵寒意，但如果能阳光下晒上几分钟，立刻觉得浑身舒坦。仅仅由于阳光对地球直射点的少许变化就造成四季温度的巨大差异，太阳的威力可见一斑。此外，由于阳光对大气的加热在不同季节和不同纬度都不相同，还会造成地球高层大气的全球尺度环流。实际上，阳光除了对地球提供热能，还能造成高层大气的电离进而形成导电层，而正是地球上空的导电层让人类的远程无线电通信成为现实。当然，造成大气电离的阳光并非我们熟悉的可见光，而是远紫外波段和X射线波段的太阳光辐射。

我们知道，光其实是一种电磁波，太阳可见光和其他波段的光辐射统称为太阳电磁辐射。太阳在以电磁辐射的形式向地球提供能量的同时，还以另一种形式也在向地球源源不断地提供能量，前文所说的太阳风暴对地球的袭击正是来自后一种形式的巨大能量。

2．2 太阳风暴的形成原因

2．2．1 太阳风

大约100年前，人们发现每次太阳出现大耀斑之后2~3天，地磁场就会发生显著变化，这使人们想到太阳耀斑可能伴随着太阳粒子发射，由于太阳和地球相距大约1亿5千万公里， 2~3天的滞后时间表明这种粒子发射的运行速度约为1 000km／s，也就是数百万km／h。经过几十年的探索和研究，科学家们终于发现太阳上的这种粒子发射是连续不断的，我们称之为“太阳风”。与地球上我们熟知的风大不相同，太阳风是太阳大气不断向外喷发的带电粒子流，典型速度大约400km／s，也就是144万km／h，最高速度超过500万km／h，而地球上最强的台风速度才几百km／h。太阳每时每刻都在以这种“风”的形式向地球输入能量，但这种能量输入主要发生在极区，然后通过在地球空间的能量释放过程造成全球性的影响，而太阳电磁辐射在向阳面所有纬度都有能量输入。太阳活动平静期，太阳风对地球的能量输入与电磁辐射的能量输入大致相当，但在太阳活动活跃期，太阳风携带的物质和能量显著增强。

2．2．2 太阳风暴的表现形式

通俗地说，太阳风暴就是太阳表面的大爆炸，大爆炸首先表现为太阳耀斑。一次太阳耀斑爆发的能量可以提供美国数千年电力。耀斑产生增强的电磁辐射，9min就可以到达地球，引起低层大气电离增强和强烈的无线电波吸收，进而导致整个向阳面的的无线电通信中断。1~2h之后，高能粒子到达地球，对太空中的宇航员带来致命伤害，卫星的许多电子器件和太阳能电池板也会造成毁灭性破坏。

太阳耀斑能量惊人，却还并非造成1989年3月魁北克大停电的元凶，而只是一场惊人破坏的第一阶段，耀斑就好比开枪后的闪光，造成破坏的是随即而至的子弹，也就是跟随在耀斑之后的日冕物质抛射。一次日冕物质抛射可以携带数十亿t的物质并加速到数百万km／h，其2h内的能量可以提供美国10万年的电力。日冕物质抛射也可以看成是显著增强的太阳风，它向地球输送的大量物质和能量引起地球空间环境的巨大变化，进而对人类活动造成不可估量的灾害，我们称之为地磁暴。地磁暴可以导致强大的地面感应电流，足以摧毁人类的任何大型地面电网，还会造成输油管道的破坏，导致大面积供电中断和石油泄漏，所幸这种强大的地面感应电流只在局部出现，但太阳风暴越强，其可能出现的区域也越广。地磁暴还会强烈改变高层大气的电离属性，造成卫星导航以及飞机或舰船的导航信息达到几公里的误差，甚至造成导航和通信链路的中断。地磁暴造成低层大气加热上升导致卫星轨道高度的大气密度增加，卫星运行阻力增大而掉落失踪，甚至坠毁。1979年7月磁暴期间，美国宇航局的太空实验室就因空气阻力增大逐渐脱离轨道，最终坠落坠毁在印度洋和西澳大利亚上空。

3 太阳风暴对人类生活的影响

3．1 以往太阳风暴对人类生活造成的显著灾害

过去25年里，已有多次太阳风暴对人类活动造成显著灾害性影响。1991年4月的强磁暴造成美国缅因州核电厂发生灾难性破坏；1997年1月的太阳爆发事件使美国AT＆T公司一颗价值2亿美元，设计使用寿命12年的同步轨道通讯卫星仅服务3年就提前报废，损失高达7亿美元；1998年5月的多次太阳爆发事件导致美国银河四号通讯卫星失效和一颗德国科学卫星报废，无数的通信中断造成金融交易陷入混乱；2000年7月14日欧美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科学研究卫星受到严重损害，如美欧合作耗资20亿美元的SOHO太阳科学卫星的探测器减寿一年，日本的 ASCA卫星失控，AKEBONO卫星的计算机遭到破坏；2003年10月底至1月初的太阳爆发事件产生广泛的影响：瑞典的Sydkraft电力集团报道，北欧上空强烈的地磁诱导电流引起了变压器事故，导致一套系统崩溃及电力供应中断。航空公司在其高纬度航线中采取了从没有过的飞行方式来避开高辐射能级和通信中断区域。航程变更给航空公司的每次飞行增加了10 000~100 000美元的开支。该太阳风暴被怀疑是导致价值640 000 000美元的ADEOS－2飞行器损毁。由于此次太阳爆发的高强度和变化性，绝大多数易受空间天气攻击的工业部门在运行过程中都经受了某种程度的影响。

1989年3月的太阳风暴虽然是迄今为止对人类活动造成破坏最严重的灾害性空间天气事件，但还并非史上最强的太阳风暴。1859年9月1日早晨，英国天文学家理查德·卡林顿用装着过滤器的望远镜观测太阳表面时，他发现太阳表面喷射出了一道明亮的闪光。然而卡林顿不知道的是，那团明亮的斑点是一团带着电荷的等离子云，它正朝着地球的方向疾速飞来。48小时后，“超级太阳风暴”就袭击了地球，导致热带地区的夜空都能看到极光，这些极光是如此明亮，以至于人们在午夜时分不用点灯都能阅读报纸。“超级太阳风暴”导致当时的许多电报机都瘫痪。这次太阳风暴是有记录以来强度最大的一次，如果用参数来衡量，它所造成的地磁暴强度达到1989年3月地磁暴的3倍。不过在1859年，世界主要还依靠蒸汽机和肌肉劳力在运转，所以当年的“超级太阳风暴”并没有给人类带来过于严重的灾难。

3．2 太阳风暴对当今人类生活的影响

时至今日，人类生活变得越来越复杂，更拥有前所未有的先进科技，但科技给人类带来的方便和自由在太阳风暴来袭时恰恰成为我们的弱点。如果再发生一次和1859年同样级别的太阳风暴，虽然生命不会受到威胁，但地球上所有依赖电力的设施和系统都可能受到毁灭性打击。回到本文的开始，美国科学院预计的超强太阳风暴在2012年并未出现，这种预计的依据是什么？要回答这个问题，我们首先需要了解太阳活动的特点。科学家们发现，太阳活动呈现11年的周期，大约每11年达到一次太阳活动峰值，在太阳活动峰年期间容易发生强太阳风暴。这种太阳活动周期的另一个特点是如果前一个太阳活动周的下降期特别长，下一个太阳活动周的上升期可能特别短，可能达到的峰值也异常大。1859年的超级太阳风暴正是发生在这种情况。2009年也是类似，上一个太阳活动周的下降期按趋势应该在2007－2008年结束，并开始新一轮活动周的上升期，但直到2009年，新一轮太阳活动仍未有上升的迹象，这与1859年前后的太阳活动特征很相似，因此科学家们警告在新一轮太阳活动峰年，也就是2012年可能发生前所未有的超级太阳风暴。

4 结语

虽然2012年预言并未成真，人类这次躲过一劫，但在不久的将来是否会出现和1859年同样级别甚至更强的太阳风暴呢？如果真的来袭，人类又该如何应对呢？专家指出，要应对太阳风暴，首先需要提高对太阳活动的预报能力，其次需要了解太阳风暴可能给地球带来的影响。近30年来，越来越多的天文望远镜和成像仪等高科技观测设备被用于太阳表面的监测和研究，人们对太阳耀斑、日冕物质抛射等太阳活动特征的了解日益深入，对太阳爆发事件的预测能力越来越强，但由于缺乏对太阳内部物理过程的观测，太阳活动的物理本质仍然难以深入理解。另一方面，人类对地球空间环境的认识也日益完善，但仍有很多现象难以解释其物理本质。

参考文献

1 王劲松，焦维新．空间天气灾害[M].北京：气象出版社，2009

太阳影子篇9

警报拉响

日本通信号综合研究所曾向公众了一条特殊的预报：“太阳活动从平稳转向活跃的状态，预计未来几天将更加活跃。”这条关于太阳系的天气预报对地球上的我们有什么价值吗?

研究所的研究人员做㈩这个预报，是因为太阳表面出现了大片的黑子区域，预报发出4天后，太阳表面出现了巨大的耀斑。这个耀斑不但辐射出大量的射线，而且伴随着这个耀斑，从太阳表面还以迅猛的速度释放出由质子和电子组成的等离子体。山于这个耀斑发生的位置正对地球，所以在耀斑发生后8分钟，X射线直接袭击了地球，19小时后等离子体像云朵一样到达地球。

其他各种卫星也受到这个耀斑的影响。美国宇航局环绕火星飞行的奥德赛号探测器也发生异常，欧洲宇航局的月球探测卫星“SMART-l”的发动机自动停止。另外，被日本JAXA弃用的环境探测卫星“绿色2号”也受到耀斑辐射的等离子体袭击，使太阳能电池板的电力降低。太阳耀斑不仅影响了人造卫星，由来的质子是放射性的，逗留在国际空间站或航天飞机上的宇航员也有遭到辐射的危险。在这次耀斑发生的过程中，地面人员发出指令，让空间站的宇航员尽量藏身在受辐射影响小的地方，以避免可能㈩现的危害。

太阳耀斑的影响

那么，巨大的太阳耀斑发生时，究竟会造成怎样的影响呢?

首先，耀斑发生时，大量释放X射线或质子、电子放射线。这些放射线一旦进入搭载在卫星上的半导体，就会引起非常微小的放电现象。结果，半导体会误以为放电是电信号，于是发生错误指令，卫星发生故障。

这样的现象如果是小规模的，不会引起大的信号故障。但是，如果卫星遭受大量质子辐射的话，信号颠倒的现象就会发生，使卫星发生重大的错误动作，通常，研究人员无奈地将此种信号称为“幽灵指令”。1994年冬季奥运会时就发生了这样的一幕，滑雪比赛的转播突然中断了，原因是幽灵指令使转播卫星的太阳能电池板比平时高30多倍的速度旋转，造成电力降低。

还有一个危害足，太阳电池板受到质子等粒子碰撞加速老化。尽管是分子或原子级的大量粒子碰撞表面，但逐渐使太阳电池性能降低。例如1989年因太阳发生大的耀斑，致使日本的“向日葵”气象卫星的太阳电池板仅一，年左右就老化了。如果观测耀斑能预计放射线的飞来，提前宇宙天气预报的话，则稍微挪动，下太阳电池板的角度，就能减轻损伤。

太阳发生大的耀斑时，存在于太阳周边日冕的等离子体会成块地飞向地球，速度为每秒1000～2000米，这被称为日冕物质抛射，通常两天左右就到达地球。等离子体与地球磁场作用，频繁地引起强烈的极光。极光中有大的电流，使地面上的输电线或铁制管线里产生感应电流，把变压器烧毁，引发大面积停电。另外，铁管通电后，更容易被腐蚀，因此频繁出现感应电流，使铁管泄漏，例如1989年3月13日加拿大发生的磁暴引起大规模的极光，与此同时加拿大的输电线因变压器的烧毁造成大面积的停电，约100万人的生活受到影响。

再者，极光电流发出的热使空气温度上升。暖空气向高空流动，增加了对围绕地球轨道运转的人造卫星的大气摩擦。在2000年日本“飞鸟”X射线卫星由于大气摩擦增加，姿态失去控制，轨道高度不断降低，最终冲入大气层内烧毁。

另外，由日冕物质抛射引起的磁暴进一步成为电离层暴的原因。一旦引起电离层暴，连接人造卫星与地上的电波产生起伏，在通信中发生误差，由此造成气象卫星的图像紊乱或GPS的定位发生误差，造成汽车或飞机的导航系统受到影响，类似的事故也可由X射线引起。太阳发出的X射线到达地球，会干扰电离层的底层，由机、船舶的无线通信是通过这个电离层的底层，一旦受到干扰就无法通信。

宇宙天气也能预报

为了使人类在地球上的活动不受太阳下扰，人类可以更安全地探索宇宙，新兴的“宇宙大气预报”正在悄然崛起。如果能抢先观测到太阳发生的耀斑，就能够提前做出质子飞来的警报，并及时转移空间站的宇航员，把可能导致错误动作的卫星切换到安全模式，应对即将到来的危险。

为了对付来自太阳的袭击，人们想到了要做宇宙天气预报。要做预报，就先要准确地观测太阳的一举一动，然后通过计算机模拟，预测太阳未来的变化。这种方法其实和地球上的天气预报类似，气象台先观测地球的气压、温度、风向等状况，然后根据这些数据进行模拟做出预测。

宇宙天气预报的任务是根据地球上观测网和人造卫星观测的数据进行综合分析之后，迅速预测出与太阳活动相关连的宇宙环境变化情况，并把它传送到宇宙基地，根据宇宙天气预报，人们可以得知太阳X射线预报、耀斑粒子线预报、放射线预报以及等离子环境预报。提供这种宇宙环境变化的情报，不仅对参与宇宙开发的人，而且对从事宇宙学术研究或观测活动的学者也是大有裨益的。

如今，日本名古屋大学的太阳地球环境研究所已经制作出了实时的地球高纬度地区电压分布、带电粒子流的宇宙天气图。不过，这个研究所的科学家承认，现在的宇宙天气预报除了预测在什么地方可能发生异常外，还无法预测更细节的现象。为了让宇宙天气预报更加实用，除了提高现有的模拟技术外，有必要提高太阳或地球磁层的观测精度。同时，期待有更多的人造卫星观测宇宙空间发生的现象，就有可能获得更精确的宇宙天气信息。

太阳影子篇10

关键词：　太阳能；发电效率；影响因素

中图分类号： U473.4 文献标识码：A

在经济和社会的发展过程中，面临着非常大的难题，就是能源短缺的问题。在以前的经济发展的过程中，人们对于能源的开发和使用并没有一个度的认识，认为能源是源源不断的，可是在现在，人们又不得不为过度的开发能源进行弥补的工作。过去的经济建设中还存在着环境的污染和生态破坏的问题，所以现在发展新能源成为了促进经济发展的重点。太阳能作为一种新能源而且还是一种可再生的能源受到了人们的关注，在使用太阳能的过程中不会对环境造成太多的破坏，而且这种能源是可以循环利用的。但是在太阳能的光伏发电的过程中会出现很多的因素对发电的功率进行影响。

1　太阳能光伏发电的发电原理

太阳能的光伏发电系统是由非常多的部件组成的，这其中包括太阳能的电池、电池的充和放电的控制器，计算机的监控设备和蓄电池以及一些辅助的设备。太阳能的光伏发电的原理主要是利用阳光的照射，在阳光照射太阳能电池的表面的时候，太阳光中的光子就会被太阳能电池的硅材料吸收，这样光子的能量就会通过硅原子使得太阳能电池内的电子发生变化。在太阳能电池与外部的电路相连接的时候，就是产生一定的输出功率，这个过程就是一个光能转化为电能的过程。太阳能电池连接着蓄电的电池组，这样就可以将光能转化为电能的能源储存起来。进而通过电能的输送装置输送到电网中，以便人们使用。

2 太阳能光伏发电的优缺点

利用太阳能进行发电具有很多其他能源开发没有的优点，首先，太阳能是无处不在的，在世界的任何地方都是有太阳光的存在的。其次，太阳能发电想比较其他能源来说，它是没有污染的，这样是符合现在世界各国的可持续发展的战略的。最后，太阳能发电的可利用时间是非常的久的。但是太阳能光伏发电还是存在着一些缺点的，太阳能发电就一定离不开太阳光，但是有些地区的时间周期是非常的短的，一天内太阳光的照射时间是非常的短的，而且太阳能光伏发电还受到气象条件的制约，有些地区是常年阴雨的这样就不利于太阳能发电。

3　影响太阳能光伏发电效率的因素

3.1自然条件的影响

3.1.1　太阳高度角和地理纬度的影响

太阳高度角可以直接影响太阳的辐射强度，在纬度高的地区太阳的高度角就会越小，太阳的辐射强度就会越弱；在纬度低的地区，太阳高度角就会越大，这样太阳的辐射强度就会越强，因此在纬度低的地区，开发太阳能光伏发电更加具有可行性。

3.1.2大气透明度和海拔高度的影响

大气的透明度是太阳光透过大气的一个参数，在天空晴朗的时候，大气的透明度就非常的高，太阳光对于地面的辐射就会强一些，反之则少；海拔高度越高时，空气就越稀薄，大气透明度就越大。因此海拔越高，太阳辐射能量也就越大，这些地区就更加适合开发太阳能光伏发电。

3.1.3日照时数的影响

日照时数也是影响地面太阳能的一个重要因素。一般日照时间长，地面所获得的太阳总辐射量就多。

3.2逆变器整机效率对发电效率的影响

大功率的逆变器在满载时，效率必须在百分之九十以上。特别是在低负荷下供电时，仍须有较高的效率。逆变器效率的高低对太阳能光伏发电系统提高有效发电量和降低发电成本有重要的影响。光伏发电系统专用的逆变器在设计中应特别注意减少自身功率损耗，提高整机效率。所以为了提高输出效率，并网逆变器应具有最大功率点跟踪控制功能，随时跟随太阳能辐射能力而变化。此外还能根据日出、日落条件的不同自动进行开与关。

3.3　最大功率峰值跟踪对发电效率的影响

输入的直流功率取决逆变器工作在光伏阵列的电流-电压曲线上的哪一个点上。理想状态下，逆变器应工作在太阳能光伏阵列的最大功率峰值上。最大功率峰值在一天内是不同的，主要是由于环境的作用，如太阳光的辐射和温度，但逆变器通过一个具有最大功率峰值跟踪的运算器来直接与光伏阵列相连，达到能量转移的最大化。最大功率峰值跟踪的最大效率可以定义为在定义的一段时间内逆变器从太阳能阵列获得的能量与理想状态下的最大功率峰值跟踪从太阳能阵列获得的能量的比率。许多最大功率峰值跟踪的运算法是建立在不同的基础上的，其参数有增量电导、寄生电容、恒定电压、电压的温度修正和模糊逻辑控制等。尽管如此，这种运算还是有些局限的地方，这将使最大功率峰值跟踪的效率在某些特定条件下有所降低。在非常低的太阳光辐射下，功率曲线变得非常平滑，找到最大功率峰值变得非常困难。

4　提高太阳能光伏发电效率要解决的问题

目前，世界太阳能光伏发电产业还处于初级阶段，为了保证太阳能光伏发电产业的健康发展，提高太阳能光伏发电效率，需要做好以下工作：首先，继续研制太阳能电池新材料，提高电池的光电转化效率；其次，研究太阳能光伏电池最大功率跟踪算法，实现太阳光最大功率跟踪；再次，研究太阳能光伏电池阵列的优化组合算法，实现太阳能光伏电池阵列的优化组合；最后，研究太阳能光伏发电的软并网技术，减少光伏电能对电网的冲击。

结语

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的自然能源，我国拥有非常丰富的太阳能资源，太阳能资源丰富，而且它对环境无任何污染，解决好影响太阳能光伏发电效率的问题，使太阳能得到充分的利用，太阳能会成为满足可持续发展需求的理想能源之一。对出现的问题找到合理的解决措施就可以使得太阳能发电更好的为我国的经济发展做出贡献。

参考文献

[1]黄云　.浅议几种太阳能光伏电源最大功率的跟踪方法[J].青年科学　，2010.