Các thông số xác định vị trí mặt trời

CHƯƠNG 2

CÁC THÔNG SỐ
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
CỦA MẶT TRỜI


• 2.1. Góc cao độ của mặt trời a
•

•
•
•

(Solar Altitude Angle):
Là góc tạo bởi tia trực xạ và hình
chiếu của nó lên mặt phẳng
nằm ngang.
Góc cao độ phụ thuộc vào thời
điểm và đòa điểm khảo sát.
2.2. Góc lệch của mặt trời 
(Declination):
Là góc tạo bởi tia trực xạ và mặt
( 284 đất.
 n) 
phẳng xích đạo của
 360Trái
 23,45.Sin 

365





•

•
•
•

2.3. Góc giờ của mặt trời  (Solar
Hour Angle):
Là góc tạo bởi tia trực xạ và đường nối
điểm khảo sát với vò trí cao nhất (thiên
đỉnh) của mặt trời trong ngày.
2.4. Giờ mặt trời (Solar Time):
Là thời gian tính theo vò trí biểu kiến của
mặt trời trong bầu trời. Ta có:
Giờ mặt trời = giờ tiêu chuẩn  4(Lst –
Lloc) + E

• Trong đó:
• “+” : vò trí khảo sát nằm về phía Đông
so với vò trí múi giờ được chọn làm gốc.
• “-” : vò trí khảo sát nằm về phía Tây.


• Loại hiệu chỉnh thứ nhất thể hiện
sự sai biệt về kinh độ giữa vò trí
được chọn làm gốc của múi giờ và
vò trí khảo sát

• Lst – kinh độ của vò trí múi giờ được
chọn làm gốc, độ.
• Lloc – kinh độ của vò trí đang khảo
sát, độ.
• E_ lượngï bù thời gian do mặt trời đi
qua vò trí thiên đỉnh biến đổi nhẹ
tùy theo thời điểm
trong năm.
 n  81

B 360– 7,53.Cos(B)

• E = 9,87.Sin(2B)
– 1,5.Sin(B)
364 

• với


Ví dụ 2.1
• Khảo sát sự biến đổi của lượng bù
thời gian E theo các ngày trong năm.
• Giải
• Khi cho n biến đổi từ 1 đến 365, giá
trò B sẽ biến đổi, tương ứng lượng
bù thời gian E cũng sẽ biến đổi.
• Đồ thò dưới đây trình bày sự biến
đổi của E (phút) theo n trên cơ sở
chương trình tính toán đã được thiết
lập.

Ví dụ 2.2

• Xác đònh giờ mặt trời tương ứng
với lúc 9 giờ sáng (giờ đồng hồ)
ngày 15.5, cho biết đòa điểm khảo
sát là Thành phố Hồ Chí Minh.


GIẢI

• Thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và
Việt Nam nói chung thuộc múi giờ
GMT+7.
• Ta xác đònh kinh tuyến đi qua Thành phố
Hồ Chí Minh là 106o41’E. Kinh tuyến gốc
của múi giờ GMT+7 là 15o x 7 = 105oE.
Từ công thức đã trình bày ở trên, giờ
mặt trời tương ứng với trường hợp
khảo sát là:


• Giờ mặt trời = giờ tiêu chuẩn
– (Lst – Lloc).4(phút/độ) + E
• Trong đó:
• Giờ tiêu chuẩn: 9 giờ sáng
• Lst – Lloc = 105 – 106,41 = –1o41’
• E = 9,87.Sin(2B) – 7,53.Cos(B) – 1,5.Sin(B)

• Với B = 360.(n-81)/364 = 53,4
• E = 9,87.Sin(106,8) – 7,53.Cos(53,4)
• – 1,5.Sin(53,4) = 3,75494
• E = 3 phút 45 giây
• Từ đó:
• Giờ mặt trời = 9 giờ + 6 phút 44 giây
+ 3 phút 45 giây = 9 giờ 10 phút 29
giây


Ví dụ 2.3

• Xác đònh giờ mặt trời tương ứng
với lúc 10 giờ sáng (giờ đồng hồ)
ngày 15.3. Cho biết đòa điểm khảo
sát lần lượt là Thành phố Hồ Chí
Minh, Hà Nội, Hà Giang, Phú Quốc
và Qui Nhơn.
• Nhận xét về các kết quả đã tính.


• GIẢI
• Để xác đònh giờ mặt trời tương ứng với
các đòa phương đã nêu ở trên ta vẫn
dùng công thức tương tự
• Trong trường hợp này giá trò của E không
phụ thuộc vào đòa điểm khảo sát mà
chỉ phụ thuộc vào ngày khảo sát.
• Ứng với n = 74, giá trò tương ứng của E
là

• –9,656311; có nghóa là E = –9 phút 39 giây.
• Từ kinh tuyến của các đòa điểm cần
khảo sát, ứng với kinh tuyến gốc 105 oE,
ta tính được các kết quả sau:


• -Thành phố Hồ Chí Minh:
• Lst – Lloc = 105 – 106,41 = –1o41’
• Giờ mặt trời = 10 giờ + 6 phút 44 giây
– 9 phút 39 giây = 9 giờ 57 phút 05 giây

• -Hà Nội:
• Lst – Lloc = 105 – 105,54 = –0o54’
• Giờ mặt trời = 10 giờ + 3 phút 36 giây
– 9 phút 39 giây = 9 giờ 53 phút 57 giây


• -Hà Giang:
• Lst – Lloc = 105 – 105 = 0
• Giờ mặt trời = 10 giờ – 9 phút 39
giây = 9 giờ 50 phút 21 giây
•
• -Phú Quốc:
• Lst – Lloc = 105 – 103,58 = 1o02’
• Giờ mặt trời = 10 giờ – 4 phút 08
giây – 9 phút 39 giây = 9 giờ 46
phút 13 giây


• -Qui Nhơn:

• Lst – Lloc = 105 – 109,15 = –4o15’
• Giờ mặt trời = 10 giờ + 17 phút –
9 phút 39 giây = 10 giờ 07 phút 21
giây

• Trên cơ sở các kết quả tính toán
đã xác đònh, bảng dưới đây sắp
xếp lại các kết quả theo thứ tự
của giờ mặt trời tăng dần từ
trái qua phải.


Đòa
điểm
Giờ
mặt
trời
Kinh
tuyến

Phú
Quốc

Hà
Giang

Hà
Nội

Tp HCM

Qui
Nhơn

9h46’13 9h50’21 9h53’57 9h57’05 10h07’2
“
“
“
“
1“
103o58’
E

105oE

105o54’ 106o41’ 109o15’
E
E
E


• NHẬN XÉT
• Khi khảo sát trong cùng một múi giờ,
giờ đồng hồ của các đòa điểm về
nguyên tắc đều được qui đònh giống
nhau, nhưng giờ mặt trời của các đòa
điểm sẽ thay đổi theo xu hướng càng đi
về phía Đông thì giờ mặt trời càng
tăng dần.

Ví dụ 2.4
• Thực hiện lại ví dụ 2.3.
• Thời điểm khảo sát là 10 giờ
sáng của các ngày 17.1, 15.4,
15.5, 19.6, 16.8, 15.10 và 10.12.
• Có nhận xét gì về sự biến đổi
của các kết quả trong ví dụ này?


• Giải
• Các bước thực hiện cũng tương tự
như ví dụ 2.2. Bảng dưới đây trình
bày các kết quả tính toán giờ
mặt trời tương ứng với mỗi đòa
điểm vào các ngày khảo sát
được yêu cầu.


n

E

Phuự
Quoỏc

Haứ
Giang

Haứ

Noọi

TP HCM

Qui
Nhụn

Ngaứy
17.1

17


958

9h4554


9h5002


9h5338


9h5646


10h070
2

Ngaứy
15.4

10
5


014

9h5338


9h5946


10h032
2

10h063
0

10h164
6

Ngaứy
15.5

13
5

345

9hứ593
7

10h034
5

10h072
1

10h102
9

10h204
5

Ngaứy
19.6

17
0


105

9hứ544
7

9h5855

10h023
1

10h053
9

10h155
5

Ngaứy
16.8

22
8


353

9h5159


9h5607


9h5943


10h025

1

10h130
7

Ngaứy
15.10

28
8

1458


10h105
0

10h145
8

10h184
4

10h214
2

10h315
8

Ngaứy

10.12

34
4

607

10h02

10h060
7

10h094
3

10h125
1

10h230
7


• NHẬN XÉT
• - Giờ mặt trời của các đòa điểm
trong cùng một ngày vẫn sẽ thay đổi
theo xu hướng càng đi về phía Đông thì
giờ mặt trời càng tăng dần.
• - Ứng với mỗi đòa điểm, do ảnh
hưởng của hệ số hiệu chỉnh E mà
giờ mặt trời có khi lớn hay nhỏ hơn

giờ đồng hồ.
• - Tuy nhiên, khi đòa điểm khảo sát
lệch về phía Đông vượt quá một giới
hạn nào đó (ví dụ trường hợp Qui
Nhơn) thì giờ mặt trời luôn luôn lớn
hơn giờ đồng hồ ứng với tất cả các
ngày trong năm.


Ví dụ 2.5

• Ứng với tất cả các ngày trong năm,
nếu muốn giờ mặt trời của đòa
điểm khảo sát (nằm về phía Đông
của Greenwich) luôn luôn lớn hơn giờ
đồng hồ của múi giờ tương ứng thì
độ lệch tối thiểu của các kinh tuyến
so với kinh tuyến gốc của múi giờ
đang khảo sát phải là bao nhiêu?
Bình luận về kết quả nhận được.


• Giải
• Theo yêu cầu của đề bài ta viết được:
• Giờ mặt trời – giờ tiêu chuẩn = – (Lst –
Lloc).4(phút/độ) + E  0
•
•
•
•

•
•

Từ đó:
– (Lst – Lloc).4(phút/độ) + E  0
E  (Lst – Lloc).4(phút/độ)
Lst – Lloc  E/4
Hay:
Lloc  Lst – E/4


• - Do E biến đổi theo giá trò của n, cho nên để
đảm bảo bất đẳng thức trên luôn luôn
được thỏa mãn thì ta phải xác đònh giá trò
nhỏ nhất của E tương ứng với một ngày cụ
thể nào đó.
• - Lập chương trình tính toán sự biến đổi của E
theo n, ta thấy khi n = 44 (ngày 13 tháng hai) thì
E có giá trò nhỏ nhất là –14 phút 36 giây.
• - Cần lưu ý ý nghóa của tỉ số E/4 để tránh
bò nhầm lẫn. Như đã biết, mặt trời cần 4
phút để vượt qua 1o kinh tuyến. Với giá trò E
đã xác đònh ở trên, ta hiểu đó là khoảng
thời gian để mặt trời đi từ kinh tuyến A đến
kinh tuyến B với độ lệch giữa kinh tuyến A
và B là 3o38’.


• Như vậy, ứng với các múi giờ nằm về
phía Đông của múi giờ gốc (GMT), bất

kỳ đòa điểm nào có kinh tuyến lớn hơn
kinh tuyến gốc của múi giờ đó từ 3 o38’
trở lên thì đều có thể thoả mãn yêu
cầu của đề bài.
• Cụ thể, giả sử múi giờ được khảo sát
là GMT+7 (kinh tuyến gốc là 105oE), tất
cả các đòa điểm có kinh tuyến lớn hơn
108o38’E đều có giờ mặt trời lớn hơn giờ
tiêu chuẩn (giờ đồng hồ) của múi giờ
đó vào bất kỳ ngày nào trong năm.


• 2.5. Góc thiên đỉnh của mặt trời  Z
(Zenith Angle):
• Là góc tạo bởi tia trực xạ và đường thẳng
góc với mặt phẳng nằm ngang tại vò trí
khảo sát. Ta có:
a + Z = 90o
CosZ = Cos.Cos.Cos + Sin.Sin
 - vó độ của đòa điểm khảo sát
Khi Z = 900, tương ứng ta sẽ xác đònh được
góc giờ S lúc mặt trời mọc hoặc lúc
mặt trời lặn ứng với mặt phẳng nằm
ngang.
Do có sự đối xứng qua thời điểm giữa trưa
(Solar Noon) cho nên ta chỉ cần tính một
giá trò của S. Ta có:
CosS = - tan.tan