專利名稱：黃赤經(jīng)緯儀的制作方法
黃赤經(jīng)緯儀是我設(shè)計(jì)并制作了模型樣品的一種儀器和工具。它可以作為天文、大氣物理、地球物理、氣象、自然資源、地理、太陽能利用、農(nóng)業(yè)技術(shù)等部門的科研、教學(xué)和生產(chǎn)工作的測量儀器和工具。用本儀器和說明書中所述計(jì)算方法和公式計(jì)算世界各地(緯度＜66.5度地區(qū)。以下同。)任何時(shí)刻的太陽高度角、方位角、晝夜長短以及日照能量、月照能量、年照能量等參數(shù)。亦可用已編好的(用FORTRAN77語言)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算以上參數(shù)。
用本儀器計(jì)算以上太陽諸參數(shù)只用日歷和地圖即可。不象現(xiàn)在一般常用的計(jì)算方法和公式，還需天文年歷才能計(jì)算這些參數(shù)。因此，只要掌握本儀器說明書中的計(jì)算方法和公式，再使用本儀器測得的參數(shù)一般人即可完成以上參數(shù)的計(jì)算。
用本儀器還可作為一般高雅家庭用具和陳設(shè)藝術(shù)品。若在其上再加繪世界行政圖和地形圖，即可增加本儀器作地球儀的用途。家庭若有本儀器作陳設(shè)，既可增加美觀，又有知識性趣味性?？上蟮厍騼x一樣查取有關(guān)地理資料和數(shù)據(jù)，還能計(jì)算世界任何地方一年中任一天的晝夜長短，如有興趣和必要，還可查取γ0參數(shù)以計(jì)算以上太陽諸參數(shù)。
根據(jù)不同用途可制造不同規(guī)格品種的這種儀器供科研、教學(xué)和家庭使用。
本儀器的制造工藝和方法可以在制造地球儀的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)即可。
本儀器顯著的實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步和特征就在其用途和計(jì)算方法、公式、設(shè)計(jì)構(gòu)思上。
一、黃赤經(jīng)緯儀的構(gòu)造見附

圖1在一個(gè)球體上繪制一個(gè)地球儀的內(nèi)容。即繪上地理經(jīng)緯線和世界行政圖或地形圖。地理經(jīng)緯線的密度可視球體直徑大小和用途而定。一般應(yīng)該越密越好，以清淅正確為好;行政圖和地形圖以不影響地理經(jīng)緯線的清淅正確為準(zhǔn)。再以太陽照到地球形成的晝夜交界圈(展昏線)在一年中相對地球軌道上在某一起始位置轉(zhuǎn)動的軸線為本儀器的轉(zhuǎn)動軸而裝到支架上。支架為圓形或半圓形。在其上固結(jié)一圓環(huán)形或半圓環(huán)形薄片，其上該劃上相應(yīng)于本說明書中的黃道座標(biāo)系的黃緯的度數(shù)。將球體用軸通過黃軸裝到支架轉(zhuǎn)軸座上。再把球體支架裝到支座上。
使用時(shí)只要撥動球體，支架簿片貼到球面上，薄片內(nèi)緣即為黃道座標(biāo)系的某一經(jīng)線，其經(jīng)度值可從球體上繪制的黃道度數(shù)值讀得。黃道度數(shù)以一年中的秋分時(shí)的位置為始讀數(shù)O。
這里所說的黃道座標(biāo)系是指地球繞太陽運(yùn)行的軌道面與地球表面交線為黃道，以同黃道面平行的平面與地球表面的交線為黃緯圈，而黃經(jīng)圈是以通過地球明暗交界圈轉(zhuǎn)動軸的平面與地球表面的一系列交線。黃道經(jīng)緯線在此球體上不繪出，只繪黃道圈一條線。這樣就可使地理經(jīng)緯線繪得更密而增加準(zhǔn)確性。這里所說的黃道座標(biāo)系不同干天文學(xué)中的黃道座標(biāo)系。只是黃緯圈是與天文學(xué)中的黃道座標(biāo)系的黃緯圈是平行的。
二、黃赤經(jīng)緯儀的使用利用黃赤經(jīng)緯儀可直接查取和計(jì)算某地一年中任一天的晝夜長短。也可以查取和計(jì)算用作計(jì)算世界各地任一時(shí)刻的太陽高度角、方位角、晝夜長短、日照能量、月照能量和年照能量的中間參數(shù)γ0值。
(一)查取和計(jì)算某地一年中任一天的晝夜長短要查取某地一年中任一天的晝夜長短，需先按后面β值的計(jì)算方法，根據(jù)某一天的月份和日數(shù)計(jì)算出β值，然后根據(jù)β值，把該儀器的球體撥轉(zhuǎn)使黃經(jīng)薄片對準(zhǔn)黃道緯圈上對應(yīng)的β值。再在某地所在的地理緯圈上找到與黃經(jīng)薄片的交點(diǎn)，再讀出經(jīng)過該交點(diǎn)的地理經(jīng)線的度數(shù)t1，然后把球體向β值增加的方向撥動180°，再找出此黃經(jīng)薄片與該地地理緯圈的交點(diǎn)的地理緯度t2。
當(dāng)t2＞t1時(shí)，白晝長T1＝(t2-t1)×4/60(小時(shí));
黑夜長T2＝24-T1(小時(shí))。
當(dāng)t2＜t1時(shí)，白晝長T1＝(360°+t2-t1)×4/60(小時(shí))，黑夜長T2＝24-T1(小時(shí))。
例如某地所在地地理緯度35°，要求其在8月20日的晝夜長短，先按后面計(jì)算β0值的方法算出對應(yīng)的β＝328°，用該儀器查出對應(yīng)的該地地理經(jīng)度為t1＝318°，使值增加180°后查得該地理經(jīng)度t2＝166°，那么該地所對應(yīng)的該日的白晝長為T1＝(360+166-318)×4/60＝13.6(小時(shí))黑夜長為T2＝24-13.6＝10.4(小時(shí))
這樣算出的晝夜長短是某一地理緯度上任一地方的晝夜長短，雖屬近似值，但相差很小，仍有應(yīng)用價(jià)值。
某地任一天晝夜長短除用該儀器簡單查取計(jì)算外，還可用后面的計(jì)算方法和公式計(jì)算得到。
(二)查取和計(jì)算γ0值要計(jì)算某地某日天亮?xí)r的γ0值，須根據(jù)該日的月份和日數(shù)以及后面β值的計(jì)算方法算出對應(yīng)于該天的β值，再按該β值在該儀器上找出地理經(jīng)度值即為γ0值。
例如某地地理緯度為35°，時(shí)間為8月20日，按后面算β值的方法算得β值為328°則用該儀器的黃經(jīng)薄片與35°地理緯線的交點(diǎn)所在的地理緯度為318°，亦即γ0＝318°(實(shí)際同求上例的t1值法相同)。
γ0值也可按后面的計(jì)算方法和公式計(jì)算，不過后面的計(jì)算方法是近似算法，所得結(jié)果有誤差。最好用該儀器查取和計(jì)算所得的γ0值較準(zhǔn)確。查取和計(jì)算得γ0值后就可按后面的方法和公式計(jì)算相應(yīng)的太陽高度角、方位角、晝夜長短、日照、月照和年照能量。
三、地理在太陽系中的運(yùn)行地球在太陽系中作為太陽的一個(gè)行星遵從開普勒天體運(yùn)行定律，繞太陽以橢園軌道運(yùn)行。太陽處在地球運(yùn)行軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上。地球在軌道面(亦稱黃道面)，上以相同的時(shí)間掃過相同的面積。因而可知其速度是非均速的。它在軌道上有春分、夏至、秋分、冬至等24個(gè)節(jié)氣和特殊位置。它在軌道上的位置可以這些特殊位置為基準(zhǔn)，用角度β計(jì)量。本算法為公式推導(dǎo)的方便，以秋分為起算點(diǎn)計(jì)算β參數(shù)，β參數(shù)的角度數(shù)可用當(dāng)年秋分-秋分(周年內(nèi))過去的秋分為起算點(diǎn)，根據(jù)日歷上的公歷的月、日、時(shí)計(jì)算出來的。地軸與軌道平面始終保持66°、33°角度的常數(shù)值。地球上被太陽照亮部分與未被照亮部分的暗部的明暗交界圈(展昏線)也以秋分為基準(zhǔn)位置。以β值的規(guī)律變化著?？梢哉J(rèn)為太陽光線平行地照射到地球上，因而明暗交界圈也以繞同地理軸線23°27°角的軸而轉(zhuǎn)動。若以地球中心為黃道座標(biāo)系中心，把這條軸線叫作黃軸。它垂直于黃道面。
地球繞地軸以一晝夜24小時(shí)的周期作勻速自轉(zhuǎn)動，繞太陽以365天5小時(shí)48分46秒的周期作周年運(yùn)行，赤道座標(biāo)系縮小到地球表面同地理座標(biāo)相似，因而有以經(jīng)度和緯度表示的經(jīng)圈和緯圈?？珊雎缘厍蛏细呱郊俺嗟琅c級半徑的差值，把地球看成球體。附圖2為地球繞太陽運(yùn)行的示意圖。
四、β參數(shù)角度值的計(jì)算地球繞太陽運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢園。太陽處在一個(gè)焦點(diǎn)上，一個(gè)回歸年T＝365.2422天。軌道近日點(diǎn)1.4710×108公里，遠(yuǎn)日點(diǎn)1.5210×108公里。日地平均距離(一個(gè)天文單位)1.4959×108公里根據(jù)開普勒天體運(yùn)行第二定律、地球向徑在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。因此，地球繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)是非勻速的。β值的計(jì)算有簡單近似法和精確法。簡單法準(zhǔn)確性差，但計(jì)算簡單省時(shí)。精確法準(zhǔn)確，但較復(fù)雜麻煩。
(一)簡單近似法(有兩種方法)1、一次平均法若要求精度不高可用此法。
公式β＝ (360°)/(T) t＝ (360°)/365.2422 t。
上式中t為計(jì)算時(shí)間至已過同年秋分的日數(shù)，可取小數(shù)值，小數(shù)位數(shù)可按需要確定。
2、四次平均法此法較上法精確，但仍不精確。
(1)若計(jì)算時(shí)間在秋分至冬至之間β＝ (90°)/(T) t。
上式中t為計(jì)算時(shí)至已過秋分(當(dāng)年或去年)的天數(shù)，T為當(dāng)年秋分至冬至的天數(shù)。
(2)若計(jì)算時(shí)間在冬至至次年春分之間β＝90°+ (90°)/(T) t。
上式中t為計(jì)算時(shí)至去年冬至的天數(shù)，T為當(dāng)年冬至至次年春分的天數(shù)。
(3)若計(jì)算時(shí)在當(dāng)年春分至夏至之間β＝180°+ (90°)/(T) t。
上式中t為計(jì)算時(shí)至春分的天數(shù);T為當(dāng)年春分至夏至的天數(shù)。
(4)若計(jì)算時(shí)在同年夏至至秋分之間β＝270°+ (90°)/(T) t。
上式中t為計(jì)算時(shí)至夏至的天數(shù)，T為當(dāng)年夏至至秋分的天數(shù)。
(二)精確法此法須按開普勒天體運(yùn)行第二定律計(jì)算設(shè)地球軌道長徑為a，短徑為b，焦點(diǎn)距為2C，地球在時(shí)間t內(nèi)(計(jì)算時(shí)距秋分的天數(shù))向徑r掃過的面積S。
S＝ (πab)/(T) t。
在附圖3中，根據(jù)橢園定義“到兩定點(diǎn)的距離之和等于定長2a的點(diǎn)的軌跡是橢園”有r2+4c2-4rccos(90°+β)=(2a-r)2r2+4c2+4rcsinβ=4a+r2-4arr2= ((a2-c2)2)/((a+csinβ)2) = (b4)/((a+csinβ)2)((a2-c2)2=b4)向徑r看作以太陽為中心為極點(diǎn)，β值為極點(diǎn)的極座標(biāo)的極半徑，那么R從秋分點(diǎn)開始掃過的面積s=12∫0βr2dβ=b42∫0β1(a+csinβ)2dβ]]>
用泰勒級數(shù)公式展開函數(shù)部分得f(β)=∫1(a+csinβ)2dβ]]>=f(β0)+f′(β0)(β-β0)+12f′′(β0)(β-β0)2]]>+Rn=β0(a+Csinβ0)2+(β·β0)(a+csinβ0)2]]>- (ccosβo)/((a+csinβo)3) (β-β0)2+Rn其中余項(xiàng) ε為β0與β間的一個(gè)值，RM為高階小量。
RN還應(yīng)為Rn= (πab)/(T) t- (b4)/2 f (β)=Mt- (b)/2 ［ (β0)/((a+csinβo)2) + ((β-βo))/((a+c sinβo)2)- (ccosβo)/((a+csinβo)3) (β-βo)2］.(M= (πab)/(T) =0.00506?。黂n｜≤ε，ε為預(yù)先按需要設(shè)定的任意小正數(shù)，根據(jù)牛頓迭代公式βi=βi-1- (Rn(βi-1))/(R′n(βi-1))
可以求得滿足｜Rn｜≤ε的β值，f(β)中的β0＝2π (t)/(T) ;
迭代次數(shù)i＝0，1，2，3，……余項(xiàng)RN的導(dǎo)數(shù)是 上式泰勒級數(shù)中取了前三項(xiàng)，其余項(xiàng)是 上式中，當(dāng)ε＝ (π)/2 時(shí)有最大絕對值 當(dāng)ε取其它值時(shí)，｜Rn｜的絕對值更小。因此，以上算法可滿足精度要求。以上各式中a＝1.496，b＝1.493，C＝0.025分別是地球橢園軌道的長半軸，短半軸和二分之一焦距的值。單位為億公里。角值的單位在用計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)須化為弧度。
以上求解地球距當(dāng)年或去年秋分時(shí)的時(shí)間t時(shí)的β值的計(jì)算可用計(jì)算機(jī)計(jì)算。程序見后。計(jì)算出的β值可用于計(jì)算相應(yīng)的太陽高度角φ，方位角Ψ和晝、夜長短。
五、γ0參數(shù)角度的計(jì)算是計(jì)算太陽高度角φ、方位角Ψ、晝夜長短的中間參數(shù)。γ0的物理數(shù)學(xué)意義是指明暗交界圈繞黃軸旋轉(zhuǎn)掃過地球表面時(shí)相對秋分位置某一地理緯度對應(yīng)的經(jīng)度數(shù)。其值出反映了地球在軌道上與秋分的位置關(guān)系。其值可用計(jì)算法算得或從本儀器查得。下面是計(jì)算γ0值的方法如以地球中心為黃道座標(biāo)系的中心，那么，以相應(yīng)的赤經(jīng)赤緯、黃經(jīng)黃緯構(gòu)成相應(yīng)的球面三角形?？捎媒?jīng)過地心的大園的球面三角形來近似，它們有以下關(guān)系
當(dāng)β<180°時(shí)β0＝β 當(dāng)β>180°時(shí)，β0＝︱360°－β︳ 在上面的βd和γ0″式中當(dāng)β0<arccos(tgαtg (δ)/2 )時(shí)βd式中的指數(shù)“±1”取“+”號;γ0″式中的“±γ0′″項(xiàng)取“+”號。
用以上各式計(jì)算γ0僅是一種近似算法，但準(zhǔn)確性可滿足一定要求。必要時(shí)可用黃赤徑緯儀驗(yàn)證或查取。以上各式中的α為地理緯度值。
當(dāng)β≤180°時(shí)，γ0＝γ0″;
當(dāng)β＞180°時(shí)，γ0＝360°-γ0″;否則計(jì)算結(jié)果會出錯(cuò)。
六、太陽高度角φ計(jì)算公式的推導(dǎo)附圖4為從黃赤徑緯儀上分離出的地球在軌道上任意位置的情況。NS為地球自轉(zhuǎn)軸(地軸)。N′S′為黃軸，亦即晝夜交界圈of的旋轉(zhuǎn)軸。大園oa通過地軸和黃軸而垂直于黃道面，任何時(shí)候方向不變。大園of為在地球軌道X位置的β位置。大園OC為通過某地任意時(shí)間相對of的γ角位置的地理子午圈。大園Oμ為射入光線(在地某地某時(shí)刻的γ時(shí)角)所在鉛垂面的大園。oe為某地所在緯圈;oh為某地入射點(diǎn)的黃緯圈。附圖5為oh(截面)的A向圖。圖6為oe(截面)的B向圖。
附圖中大園Oa、OC、Og構(gòu)成球面三角形NN′P′;有 其中P＝90°-α，＝23°27′;
解得η=arctg[cosp-δ2cosp-δ2ctgϵ2]+]]>arotg[sinp-δ2sinp-δ2ctgϵ2]]]>按球面三角形正弦定理有(sing)/(sinε) = (sinP)/(sinη)g=arcsin［ (sinP sinε)/(sinη) ］那么過P點(diǎn)的黃緯圈有黃緯角90-g、oh的半徑R＝Rsing，圖5中t=η-βi
從圖7知，太陽高度角為φ=arcsin (pc)/(R) =arcsin［singsinc］以上和以下各式中的符號的意義是α-某地點(diǎn)所在地地理緯度角。
β-晝夜交界圈面of對于oa面的旋轉(zhuǎn)角，一年中β＝360°;亦是地球在某時(shí)位置其向徑相對秋分轉(zhuǎn)過的角;
R-地球半徑;
R1-緯度的地理緯圈半徑;
R1-過某地(P點(diǎn))某時(shí)刻黃緯圈的半徑;
γ0-大園oa和of截oe所得園弧對應(yīng)于oe上的園心角;
γ-某地(P點(diǎn))某時(shí)刻對于of的oe的園心角，也是某時(shí)刻距天亮?xí)r的時(shí)角;
β′-對應(yīng)oe面的角值;
g-黃緯圈oh黃緯角的余角(過P點(diǎn));
P-地理緯度α的余角(過P點(diǎn))。
七、太陽方位角Ψ計(jì)算公式的推導(dǎo)附圖8為圖4的簡化圖，從球面三角形MNP求方位角Ψ在圖4、圖5、圖7、圖8中有u=n+φ y=u+δ α=ro+ro,c=R,cosc=Rsingcosc;
CD=o,ctgβ=Rsingcosctgβoc=Rcosφ;
n=arctg (CD)/(OC) =arctg［ (Rsinqcosctgβ)/(Rcosφ) ］=arctg[ (sinqcosctgβ)/(cosφ) ]o,D= (o,c)/(cosβ) = (Rsinqcosc)/(cosβ) ,y=arctg (OD)/(OO1) =arctg［ (Rsinqcosc)/(Rcosqcosβ) ]=arotg[ (cosc)/(cosβ) tgq]另外u=y-δ;
根據(jù)球面三角形正弦定理有(sinu)/(sinv) = (sinv)/(sinψ)太陽方位角ψ＝arcsin［ (sinusinv)/(sinu) ］八、各地白晝和黑夜長短的計(jì)算計(jì)算各地某日白晝和黑夜長短有利用以上太陽高度角φ的公式的計(jì)算法，直接用公式計(jì)算法和用黃赤經(jīng)緯儀讀取法。
(一)利用太陽高度角φ公式的計(jì)算法從以上對太陽高度角φ的公式的推導(dǎo)看出，只要使太陽高度角φ的值為O的值即天亮到天黑的白晝長和從天黑至天亮的黑夜長。顯然γ＝O時(shí)應(yīng)該φ＝0，天亮到天黑時(shí)的γ值應(yīng)從φ＝0的方程求出，但因解這樣的方程不易解出，但可用列表法求出近似值。
(二)用黃赤徑緯儀查出晝夜長短此法已在前面一、二部分中述及，請翻閱。
(三)直接計(jì)算法用此法可不用黃赤徑緯儀，用計(jì)算法的有關(guān)公式和參數(shù)算出需要的晝夜長短值。
圖9是圖4的簡化圖，圖10為圖9N′S′向地理緯圈oe的截面圖。
圖9、圖10中有oo′=Rsinαo′o〃=oo′tgδ=RsinαtgδR〃=RcosαAO〃=［o′o〃+R2-2R′o′o〃cos(180°-yo)］ 1/2=R[sin2αtg2δ+cos2α-2sinαtgδcosαcosyo］ 1/2β=arosin［ (sin(180°-Yo))/(AON) R]=arcsin[sinYocosα/(sin2αtg2δ+cos2α+2sinαtgδcosαcosYo) 1/2 ]o′c=o′o″sinβ′=Rsinαtgδsinβ′
按圖10白晝時(shí)角為r=2arccos (cc)/(R′) =2arccos[ (Rsinαtgδsinβ′)/(Rcosα) ］＝2arccos［tgαtgδsinβ′］δ=23°27′黑夜時(shí)角為μ=360°-r=360°-2arccos［tgαtgδsinβ′］知道白晝角γ和黑夜角μ后，計(jì)算白晝和黑夜的小時(shí)數(shù)T2和TY應(yīng)是TZ= 24/360 r= 1/15 r(小時(shí));
Ty= 24/360 μ= 1/15 μ(小時(shí))上面的r2和TY即是該地太陽露出和落入地平線的時(shí)間間隔，即晝夜長短。用以上三法得到白晝和黑夜不須查閱天文年歷，尤其查取黃赤徑緯儀法更為方便簡單。實(shí)際上因?yàn)榇髿鈱饩€的折射作用以及太陽比地球直徑大109倍，算出的γ角對應(yīng)的白晝比實(shí)際為短，黑夜角μ要比實(shí)際為長。日落日出時(shí)太陽光受折射影響最大，為35′，全天白晝長γ應(yīng)增加1°10‘，約合4.667分鐘時(shí)間。太陽比地球半徑大的影響約使全天白晝長32′，約合2.133分鐘時(shí)間，因此，應(yīng)在按上式算出的白晝時(shí)間T2多加6.8分鐘，黑夜時(shí)間TY減少6.8分鐘時(shí)間。
九、太陽日照能量、月照能量和年照能量的計(jì)算知道太陽高度角φ的值，計(jì)算太陽光射到某地單位面積上的理論幅射功率的公式是P＝Sosinφ上式中太陽常數(shù)是sθ=1.94卡／平方厘米·分＝1.35瓩／平方米1、每平方米日照能量的計(jì)算
其中γ為一天中距天亮?xí)r的時(shí)角值，是太陽高度角φ的函數(shù);γ1為天亮至天黑的白晝時(shí)角值。
2、每平方米的月照能量計(jì)算 其中y-為某月從月頭第一天起到該月某日的天數(shù)，取整數(shù)。
ya-為某月整月的天數(shù)，取整數(shù)。取30、31、28天。
3、每平方米年照能量的計(jì)算 其中t-為一年中從秋分起到當(dāng)年或次年某日連續(xù)的天數(shù)，取整數(shù)。
T-為全年總天數(shù)，取365天。
以上方法計(jì)算的日、月、年照能量為理論值。因天陰、雨雪、多云等特殊天氣情況例外，所算結(jié)果僅作參考。
十、幾點(diǎn)說明以上太陽高度角、方位角、晝夜長短單位面積的日、月、年照能量的計(jì)算公式的推導(dǎo)是以天文理論知識及立體幾何、球面三角、微機(jī)分等數(shù)學(xué)知識為基礎(chǔ)和根據(jù)，在理論上是可靠的，邏輯上是嚴(yán)密的。只是γ0值的計(jì)算是用近似球面大園所構(gòu)成的球面三角形計(jì)算的。結(jié)果存在誤差，但如以前面介紹的我設(shè)計(jì)的黃赤經(jīng)緯儀查取γ0值是可滿足需要精度的。
本文中所介紹的黃赤經(jīng)緯儀除可查取不同緯度不同時(shí)間的晝夜長短外，主要作為本文所介紹算法中的β值和γ0值關(guān)系的查取工具。
以上算法和公式用FORTRAN77語言編寫和計(jì)算機(jī)程序(見后)可以較容易地計(jì)算世界各地(緯度小于66.5度地方)任何時(shí)間的以上諸參數(shù)。除用FORTRAN77語言編寫程序外，還可用其它語言編寫。如需同其它參數(shù)一道計(jì)算，可將以上參數(shù)計(jì)算用子程序嵌入其它程序或程序包。
以上方法計(jì)算出的諸參數(shù)均假定太陽光在真空中傳播、散射和折光以及地球與太陽半徑差所造成的誤差為6.8分鐘，可在白晝長上加6.8分，在黑夜長上減6.8分鐘。
β值的計(jì)算均以公歷時(shí)間為準(zhǔn)，不必使用農(nóng)歷。
南半球的計(jì)算法同上，只是南北兩半球的春分與秋分、冬至與夏至在地球軌道上互換。以北半球的春分位置為南半球的秋分作起算點(diǎn)。
地球繞太陽公轉(zhuǎn)的周期是365，2422天，因而每年秋分時(shí)經(jīng)過地球自轉(zhuǎn)軸垂直于黃道面的平面上的地球上各緯度的地區(qū)不是固定不變的。計(jì)算時(shí)可按以上周期和四年一閏，一百年少一閏，四百年多一閏的規(guī)律推算β值。如精度不需太高，同一緯度上各地某時(shí)的β值可取同一數(shù)值。如需精確計(jì)算，最好以格林威治的本初子午線為基準(zhǔn)。
本文所述算法、公式及程序僅適合于地理緯度小于66.5度地區(qū)。文中所說的世界各地是指緯度小于66.6度的地方。在接近南北級緯度大于66.5度的地方，白晝和黑夜均大于24小時(shí)，甚至各等于半年時(shí)間，太陽高度角接近0度。
以上算法計(jì)算的太陽諸參數(shù)可作為有關(guān)太陽的一部分，雖可能已有數(shù)據(jù)資料，但是利用本文的算法可隨時(shí)按地圖上某地的緯度值和日歷計(jì)算出任何時(shí)間的以上參數(shù)，而不需查閱天文年歷，對于了解地球上各地不同時(shí)候以上參數(shù)反映的太陽能資源的分布規(guī)律以及其它地球物理特性是一種簡單有效的方法和工具。可用本算法用計(jì)算機(jī)一次算出地球上各地不同時(shí)候的參數(shù)值，編制檢索表出版工具書供方便使用。
根據(jù)以上算法和公式，我對清水地區(qū)以上的太陽參數(shù)對不同時(shí)間作了隨機(jī)抽樣試算，結(jié)果是準(zhǔn)確的。證明以上算法和公式是可行可靠的。
用FORTRAN77語言編寫的計(jì)算以上太陽參數(shù)的計(jì)算機(jī)程序見后頁請參考文獻(xiàn)。
本說明書參考書目1、《數(shù)學(xué)手冊》高等教育出版社，1979年北京;
2、《氣象學(xué)》陳世訓(xùn)、陳創(chuàng)實(shí)編著，農(nóng)業(yè)出版社1981年2月;
3、《天文學(xué)》人民教育出版社，1957年11月北京;
4、《程序設(shè)計(jì)語言FORTRAN77》高等教育出版社，鄧自立編著，1985年6月北京;
5、《用地圖日歷計(jì)算太陽高度角等參數(shù)的FORTRAN77語言程序》待出版。楊玉棟編。
權(quán)利要求
黃赤經(jīng)緯儀是我設(shè)計(jì)并制作了模型的一種科學(xué)儀器和工具，用其可以直接查取和計(jì)算地球上(緯度＜66.5度地區(qū)。以下同)任何地方一年中任何一天的白晝和黑夜的長短，亦可查取有關(guān)參數(shù))。用我推導(dǎo)的計(jì)算公式計(jì)算世界各地任何一天的任一時(shí)刻的太陽高度角、方位角及日照能量、月照能量和年照能量。除用本儀器說明書中的計(jì)算公式計(jì)算以上太陽參數(shù)外。還編制了用PORTRAN77語言編寫的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算以上太陽諸參數(shù)。本儀器可供從事地球物理、自然資源、氣象、地理、農(nóng)業(yè)技術(shù)、家庭用具等部門和領(lǐng)域的科研、教學(xué)、生產(chǎn)及其它工作者作為隨手儀器和工具。還可利用所編程序用計(jì)算機(jī)計(jì)算世界各地不同時(shí)刻的以上太陽參數(shù)的檢索表供查用。本儀器可在現(xiàn)在市場上出售的地球儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改制，如在地球儀上加繪適當(dāng)?shù)慕?jīng)緯線，并把轉(zhuǎn)動軸改在晝夜交界圈的轉(zhuǎn)動軸線上可增加地球儀的功用。本儀器的新穎性和創(chuàng)造性主要在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、計(jì)算方法、計(jì)算公式、使用方法以及其功用方面。制造工藝主要在制造地球儀的工廠作適當(dāng)改進(jìn)即可。因此，本儀器亦可作家庭用具及陳設(shè)工藝品。我對本儀器的專利權(quán)的要求如下1、請保護(hù)本儀器在專利法等有關(guān)法律的規(guī)定下的一切權(quán)益。
2.不得允許任何人用任何手段阻撓、破壞及其它侵權(quán)行為。
3.對由違法者造成的損失由違法者賠償。
4.由實(shí)施使用者給專利權(quán)人和發(fā)明人(我)付給合理報(bào)酬，并由實(shí)施使用者承擔(dān)本儀器專利的申請費(fèi)、審查費(fèi)、年費(fèi)和維持費(fèi)等費(fèi)用。
5.除本儀器專利的有關(guān)的文件外，其它同本儀器有關(guān)的論文，計(jì)算機(jī)軟件、檢索表的著作權(quán)不受本專利的約束和限制。
6.本儀器預(yù)計(jì)效益較大，因此請求指定制造和銷售本專利產(chǎn)品。
7.如本儀器發(fā)明專利不批準(zhǔn)，請批準(zhǔn)實(shí)用新型專利。
8.本專利說明書和計(jì)算機(jī)程序的著作權(quán)不容侵犯。
9.關(guān)于由本專利實(shí)施使用者付給發(fā)明人報(bào)酬問題，根據(jù)國家有關(guān)法律和政策規(guī)定以及國內(nèi)外先例慣例，由雙方另行鑒定合同約定。
全文摘要
黃赤經(jīng)緯儀屬科研和教學(xué)儀器的技術(shù)領(lǐng)域，這種儀器可解決不用天文年歷而用日歷和地圖就可計(jì)算太陽高度角、方位角、晝夜長短、日照能量、月照能量和年照能量(指緯度＜66.5度的世界各地)。用其可直接查取和計(jì)算世界各地一年中任一天的晝夜長短和計(jì)算以上參數(shù)需要的值。如在其上加繪行政圖和地形圖就可增加地球儀的功用。該儀器適宜作天文、地球物理、氣象、自然資源、地理、農(nóng)業(yè)、水利、太陽能利用等領(lǐng)域的科研教學(xué)和生產(chǎn)的工具和儀器。還可作家庭用具和陳設(shè)工藝品?？砂床煌猛局圃觳煌?guī)格品種的這種產(chǎn)品供用戶選購。
文檔編號G01C1/00GK1113566SQ9311922
公開日1995年12月20日 申請日期1993年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月19日
發(fā)明者楊玉棟 申請人:楊玉棟