1-7　什么是太阳常数？太阳常数是多少？

太阳辐射（日照）强度就是指太阳光在单位面积上、单位时间内的能量密度，也就是所得到的辐射能量。如果在特定的情况下测量太阳辐射强度，就称为太阳常数。这就是说，必须是在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1cm²的面积上，在1min内所接收的太阳辐射能量，就称为太阳常数。它是用来表达太阳辐射能量的一个物理量。如图1-5所示，太阳常数在一定程度上代表了垂直到达大气上界的太阳辐射强度，但太阳常数到达水平面上的太阳辐射强度之间，存在下面的数学关系式：

图1-5　太阳辐射强度与太阳常数关系

I=I₀sinh

式中，h为太阳高度角；I₀为太阳常数；I为投射到大气上界水平面上的太阳辐射强度。

上式表明，大气上界水平面上的太阳辐射强度，随太阳高度角的增大而增强。当太阳高度角为90°时，太阳辐射强度就等于太阳常数。因此，太阳常数就是到达水平面上的太阳辐射强度的最大值。除此之外，太阳常数之间还有一点与太阳辐射强度不同，那就是，太阳常数是在日地平均距离的条件下的太阳辐射强度。因为地球绕的轨道呈椭圆形，其日地之间的距离有远有近，到达大气上界的太阳辐射与日地之间距离的平方成反比，因此，在远日点和在近日点的太阳辐射强度与太阳常数就有一定差异。在近日点垂直于大气上界的太阳辐射强度比太阳常数大3.4％；而在远日点则比太阳常数小3.5％。

太阳常数表征的是到达大气顶（大气层上界）的总太阳能量（即包含整个太阳光谱）值。太阳常数到底多大呢？在历史上，对此值曾有过多次测定。

1881年，第一次试图直接测定太阳常数的是法国物理学家Claude Pouillet（1790～1868年）和英国天文学家John Herschel（1792～1871年）。两人分别独立地设计了不同的测定装置，但原理都一样：利用已知质量的水在太阳光下放置一定时间，用温度计测量升温过程，水的比热容已知，则可以计算得出光照强度。他们推定的值是现在所用值（1367±4）W/m²的一半左右，这是因为他们都没有考虑地球大气对光的吸收。

1875年，法国物理学家Jules Violle（Jules Louis Gabriel Violle）以在位于法国和瑞士交界的阿尔卑斯山Mont Blanc第一个开展高海拔区测定太阳常数而闻名。

1902～1957年，斯密森研究所的科学家C.G.Abbot（Charles Greeley Abbot）等根据多年高海拔地区观测结果，基于地基法确定的数值为1322～1465W/m²。近年来通过各种先进手段，基于地基法测得的太阳常数的标准值为1353W/m²。

1976年，美国宇航局根据高空平台的观测结果，发布的太阳常数值为（1353±21）W/m²；根据1978～1998年6颗卫星上的观测平台近20年连续不断观测的结果，得出的太阳常数值为1366.1W/m²，标准差为425×10^-6，0.37％的波动范围（1363～1368W/m²）。20年卫星数据也揭示了太阳常数也存在不同时间尺度的波动。

1957年国际地球物理年决定采用1380W/m²。

世界气象组织（WMO）1981年公布的太阳常数值是1368W/m²。多数文献上采用1367W/m²。太阳常数也有周期性的变化，变化范围在1％～2％，这可能与太阳黑子的活动周期有关。

太阳常数是太阳辐射到达大气层上界的能量值，而人们是生活在地球表面上，所以，一般在测定太阳电池和组件的效率时，常将太阳辐射总量标准定为1000W/m²。