阳台哪天太阳最少?
对于北回归线以北的地区,12月到2月期间,太阳直射点一直在南移(冬至日时太阳直射点可能到达最南端);3月至6月太阳直射点开始向北移动;7~8月又开始向南移动。因此,对于华北地区来说,冬至日的中午阳光照射角度最低,而夏至日中午的阳光照射角度最高。也就是说,冬至日下午的阳光在阳台上的投影时间最长。 下面以北京为例计算一下一天中不同时刻的日照长度和阳台影子的时间长短吧!当然,这个结果只适合于北回归线及其以北的地区——因为太阳直射点只能在此南北运动了……
一、计算思路 这个过程可以简单概括为两步:第一步是求出当地正午12时时钟方向的高度角;第二步就是按照“北京时间=当地地方时+1小时30分”来推算其他时刻的方向高度角。然后就可以利用公式\sin\alpha=h/L来计算各时刻的光照长度并判断阳台影子的长短啦~
二、数据收集 首先需要知道的是,在地球公转过程中,地球与太阳之间的相对位置总是在不断地变化着,这导致不同季节不同地区的太阳高度角也是不一样的呢~~因此,我们可以先从百度地图上找到各地每年的冬至日和夏至日的正午12时时刻的太阳高度角: 其中,北京市的纬度是北纬40度左右。
由于各地经纬度的差别导致了太阳高度的差异,所以还需要一个当地经度和当地的纬度的对应关系表来推算其它地方的经度所对应的太阳高度值。好在百度地图提供了这个功能[1]: 有了上述三个表格后我们就可以开始算啦~!不过需要注意的是,虽然都是同一日期同一时间的正午十二时的太阳高度角,但它们所在的地点却有可能是相隔千里的啊…
三、计算步骤 在计算的时候我使用的是excel工作表来进行计算的。为了方便大家操作,这里我将数据整理成如下格式: 注意,这里的日期都是以农历来表示的哦! 因为我的目的是用来演示算法而不是精确的计算,因此在数据处理方面我并没有严格地遵循科学的数据规范,只是随意选取了一些城市作为代表而已^_^
四、计算结果 以下是我计算所得的结果截图: 可见,在冬至日这天下午2~5点的光照时长明显比其他时候要短,而且随着北京的逐渐北移,这种趋势也逐渐变得明显起来。因此,如果要在北方修建房子的话,最好还是选在冬至日后几天内动工好了^^ 五、补充说明 本文采用的是正弦函数来近似模拟太阳高度的曲线形态,这在一定程度上会使得最后的计算结果产生误差。因此,在实际操作的过程中大家可以酌情采用其它方法进行修正。
另外,本文假设阳光入射的角度是垂直的,但实际上由于空气折射的作用,实际的阳光的入射角度往往比较小,因而实际得到的日照长度也会比较短一些。