海南大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象學(xué)第二章輻射(編輯修改稿)
2025-01-22 23:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 紫外線區(qū)占總能量的約 7％，可見光區(qū)占總能量的約 50％，紅外線區(qū)占總能量的約 43％。 問題：到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射中，紫外線約占總能量的 7％。 太陽(yáng)常數(shù)： 當(dāng)處于日地平均距離，地球大氣上界、垂直于太陽(yáng)平行光線，單位時(shí)間穿過單位面積的太陽(yáng)輻射能，數(shù)值上約 1367177。 7 w/m2。 太陽(yáng)常數(shù)隨著太陽(yáng)活動(dòng)而發(fā)生變化，范圍約1325～ 1457 w/m2。 大氣上界，太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的平均光照強(qiáng)度為～ 105lx，稱太陽(yáng)光量常數(shù)。 二、太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間 ? 太陽(yáng)高度角指太陽(yáng)平行光線與地平面的夾角。 Sinh = sinφsinδ + cosφcosδcosω h: 太陽(yáng)高度角 φ： 緯度 δ： 赤緯 ω： 時(shí)角 太陽(yáng)高度有什么變化規(guī)律？ 二、太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間 赤緯：太陽(yáng)直射點(diǎn)的地理緯度，北半球?yàn)檎?，南半? 為負(fù)。（兩至直射回歸線，兩分直射赤道） 時(shí)角：以角度表示時(shí)間，太陽(yáng)“圍繞”地球旋轉(zhuǎn)一周為 24小時(shí)，即每小時(shí) 15176。，以正午的時(shí)角為 0176。，下午為正，上午為負(fù)。 正午太陽(yáng)高度角： 由于 ω＝ 0，前太陽(yáng)高度角表達(dá)式可簡(jiǎn)化為 h正午 ＝ 90－ φ+δ 計(jì)算：?？?（ 110176。 E， 20 176。 N）夏至日 正午太陽(yáng)高度角。 二、太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間 日照時(shí)間：從日出到日落所持續(xù)的時(shí)間稱可照時(shí)間； 問題：可照時(shí)間有什么變化規(guī)律？ 推導(dǎo)：將地球當(dāng)成正球體，則日出、日落是對(duì)稱的，太陽(yáng)高度角為 0176。，所以日出（落）的時(shí)角為 cosω＝－ tgδtgφ 結(jié)論 1：赤道上永遠(yuǎn)晝夜均分；春分（秋分）時(shí)地表各點(diǎn)晝夜均分； 結(jié)論 2：北半球春分到秋分（夏半年）日長(zhǎng)大于 12小時(shí)，緯度越高，日 長(zhǎng)越長(zhǎng)；冬半年相反。 實(shí)際上，由于大氣的折射作用，實(shí)際日長(zhǎng)比理論日長(zhǎng)要略長(zhǎng)，這種差異隨緯度的增加而增加，我們將其稱作曙暮光。 計(jì)算：?？诖悍秩杖粘鰰r(shí)間（北京時(shí)）和日長(zhǎng)。 0 50 100 150 200 250 300 350 400 二、太陽(yáng)高度角和日照時(shí)間 雖然不同緯度每天的日照時(shí)間不同，但就全年來(lái)說總數(shù)是相同的，即 365*12＝ 4380小時(shí)，加上曙暮光時(shí)間，高緯要略大一點(diǎn)（見附錄）。 上面說的是理論上日照時(shí)間，實(shí)際上，由于地形、植被、天氣等因素，實(shí)際得到的日照時(shí)間要少得多，我們將實(shí)際得到的日照時(shí)間稱作實(shí)照時(shí)數(shù)，它與理論上得到的日照時(shí)間（可照時(shí)間）的比值稱日照百分率。 日照百分率各地差異很大，多數(shù)地方年日照百分率在 40～60％之間，而各月的差異可變化于 10～ 90％。 三、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱 太陽(yáng)輻射在穿越大氣層時(shí)，大氣組分對(duì)其阻礙，使其減弱，減弱的方式主要有： ? 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的 吸收作用 ? 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的 散射作用 ? 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的 反射作用 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的 吸收作用 （ 1）大氣的吸收光譜 太陽(yáng)輻射經(jīng)過整層大氣時(shí)，在波長(zhǎng)小于 0. 29μm的波段中，吸收率接近于 1。也就是說，大氣把太陽(yáng)光譜中 0. 29μm以下的紫外輻射幾乎全部吸收了。而在可見光區(qū)，大氣吸收很少，只有不強(qiáng)的吸收線帶。但在紅外區(qū)則有很多很強(qiáng)的吸收帶。 （ 2）大氣中各種成份對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收 大氣中吸收太陽(yáng)輻射的物質(zhì)主要是氧、臭氧、水汽和液態(tài)水，其次是二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、塵埃等。 氧（ O2） 氧對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收主要在 ，吸收很強(qiáng)。并在吸收后發(fā)生光化反應(yīng)產(chǎn)生臭氧。這一吸收作用主要在高層大氣中進(jìn)行，以致使 達(dá)一般觀測(cè)所及的高度。在可見光區(qū)，氧還有兩個(gè)較弱的吸收帶， A帶位于 ， B帶位于 。它們對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱不大。 臭氧（ O3）：臭氧在紫外區(qū)和可見光區(qū)都有吸收帶，其最強(qiáng)的吸收帶位于 ～ ，另一個(gè)吸收帶位于 。由于這個(gè)波段的輻射被臭氧吸收，使它不能到達(dá)地面，因而保護(hù)了地面上生物免受過量紫外線的傷害。位于可見光的吸收帶其波長(zhǎng)范圍在 ～ 。此吸收帶雖弱，但因位于太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的波段內(nèi)、所以吸收的能量并不少。 ? 水汽和液態(tài)水（ H2O）：水汽對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收帶和吸收線很多，在可見光區(qū)有很多吸收帶，但都很弱。在紅外區(qū)從波長(zhǎng) ～ 吸收帶，水汽對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收與水汽含量的多少有關(guān)，水汽含量愈多，吸收的也愈多。一般來(lái)說，水汽在主要的太陽(yáng)輻射光譜中沒有極強(qiáng)的吸收帶。大氣中的水分不僅處于氣態(tài)，也有處于液態(tài)的，大氣中的液態(tài)水同樣能夠吸收太陽(yáng)輻射。液態(tài)水具有比水汽強(qiáng)得多的吸收帶，這些吸收帶的位臵相對(duì)于水汽吸收帶向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)。 ? 二氧化碳（ CO2）：二氧化碳在波長(zhǎng)大于 2μm的紅外區(qū)有若干個(gè)吸收帶，比較強(qiáng)的中心位于 。但該波段內(nèi)太陽(yáng)輻射比較弱，因此在研究太陽(yáng)短波輻射時(shí)，可以忽略。 ? 大氣中的飄塵、其它固態(tài)物質(zhì)及大氣中的污染物質(zhì)，像甲烷（ CH4）等對(duì)太陽(yáng)輻射也有吸收作用。大氣中這些物質(zhì)的含量是隨時(shí)間和地點(diǎn)而變化的，它們的來(lái)源與特性也有很大的差異，因此研究它們對(duì)太陽(yáng)輻射的
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