太阳能公式与其提示--相对气象学第2章第2节

张学文，2026 09 06

大家都知道人类与动植物的生存离不开太阳能。但是在气象学中关于原始的，在大气顶部收到的太阳能的多少问题却很少联系着气象问题去分析。这里我们现在就从进入没有受到大气吸收的太阳能的原始公式出发，讨论其公式的特征与相对意义。

是的各个季节，各个纬度，各个时刻地球所接受的原始太阳能的多少显然对气候有重要意义。而我们这里就特意分析不同纬度、不同季节、不同时刻当地接受的太阳能的相对量的特征。

一般人也知道所谓太阳能的常数，即太阳能来到地球没有被吸收以前的垂直于太阳方向的单位面积单位时间所提供的太阳能。

没有受大气影响之前（也可以理解为在大气顶部），地球大气在各个纬度、各个季节、各个时刻在单位时间单位地平面上单位面积上所收到的太阳能的数量是不同的，它等于太阳能常数乘以一个没有量纲的系数，这个系数就是太阳高度与当地地平面的夹角h的正弦值(sinh).

而这个太阳高度的正弦值，sinh,在天文学中有如下公式，

Sinh=(sinɸsinδ+cosɸcosδcosω)

以上公式中的Sinh就是太阳在当地离地平面的高度角h的正弦（sin）值.。把此值乘以太阳能常数（我们这里没有直接给出）就是当地当时在单位时间地平面获得的太阳能。

这个公式则进一步说明当地当时地平面在单位时间获得的太阳能与当地的所在纬度ɸ、太阳在当时的赤纬δ，以及当地当时的时角ω有关。

以上的太阳能公式用的是天文学术语表达的。现在我们把它进一步变成地理学、气象学语言的公式。

公式中存在纬度这个变量，这在地理学、气象学中我们是理解的。而公式中的赤纬δ则是当时太阳直射的纬度，如夏至时，它=22.5度，冬至时是-22.5度。即公式中的此项的值是有年变化的。而ω则是所谓“时角”。它对应24小时的变化与经圈的360度的变化的差值。

以上这些天文学语言的公式在我们的相对气象学中有什么含义？！

我们说，太阳能是气象变化的动力，而以上的太阳能公式体现了太阳能在不同纬度，不同经度。不同月份，不同小时的相对变化。

在天文学中我们知道赤纬δ值是有年变化的，而时角的值是对应24小时变化与所在经度的变化的。所以这个公式中包含了慢变化的时间变量（对应与年度的12个月的变化）也包括了快变化的24小时的日变化，以及不同经度对它的影响。

至此我们觉悟到这个关于太阳能的天文学公式中竟然在一个公式中包含两个周期不同的时间变量！----这公式中有两个时间变量（日期。小时）。而在物理学中，大家仅认可时间是1维线性变量！

注意!我们知道气温是有明显的年变化与日变化的，于是在太阳能公式含有两个时间变量的启发下，我们是否应当考虑引入关于气温（等等气象变量）变量的也含有两个时间变量的公式。

这就是本节从太阳能公式提出的问题！它提示我们应当敢于去寻找关于气象变量（如气温）是否也可以引出类似太阳能公式的含有日期又含有小时的2元时间变量的类似公式。--这些进一步的分析我们放在后面再去分析之。

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