太阳辐射在大气中的减弱
太阳辐射通过大气时，分别受到大气中的水汽、二氧化碳、微尘、氧和臭氧以
及云滴、雾、冰晶、空气分子的吸收、散射、反射等作用，而使投射到大气上界的
太阳辐射不能完全到达地面。
太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射性能的特
性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质等。
太阳辐射被大气吸收后变成热能，因而使太阳辐射减弱。
水汽虽然在可见光区和红外区都有不少吸收带，但吸收最强的是在红外区，从
0.93-2.85微米之间的几个吸收带。最强的太阳辐射能是短波部分，因此水汽从总
的太阳辐射能里所吸收的能量是不多的。据估计，太阳辐射因水汽的吸收可以减弱
4-15%。所以大气因直接吸收太阳辐射能而引起的增温并不显著。大气中的主要气体是氮和氧，只有氧能微弱地吸收太阳辐射。在波长小于0.2微米处为一宽的吸收带，吸收能力较强；在0.69和0.76微米附近，各有一个窄吸收带，吸收能力较弱。
臭氧在大气中含量虽少，但对太阳辐射的吸收很强。0.2-0.3微米为一强吸收带，使小于0.29微米的太阳辐射不能到达地面。在0.6微米附近又有一宽吸收带，吸收能力虽然不强，但因位于太阳辐射最强烈的辐射带里，吸收的太阳辐射还是相当多的。
二氧化碳对太阳辐射的吸收比较弱，仅对红外区4.3微米附近的辐射吸收较强，但这一区域的太阳辐射很微弱，被吸收后对整个太阳辐射影响不大。
此外，悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质，也能吸收一部分太阳辐射，但其量甚微。只有当大气中尘埃等杂质很多(如有沙暴、烟幕或浮尘)时，吸收才比较显著。
大气对太阳辐射的吸收是具有选择性的，因而使穿过大气的太阳辐射光谱变得极不规则；由于大气主要吸收物质(臭氧和水汽)对太阳辐射的吸收带都位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域，因而吸收对太阳辐射的减弱作用不大。也就是说，大气直接吸收的太阳辐射并不多，特别是对于对流层大气来说。所以，太阳辐射不是大气主要的直接热源。
大气对太阳辐射的吸收
太阳辐射穿过大气层时，占大气体积99％以上的氮、氧的吸收作用微弱，而含量不多的水汽、二氧化碳、臭氧等的吸收作用较强。这种吸收作用具有选择性。
大气对太阳辐射的吸收带均位于太阳光谱两端能量较小的区。臭氧能强烈吸收波长较短的紫外辐射；水汽和二氧化碳主要吸收波长较长的红外辐射。由此可见，大气吸收作用对太阳辐射减弱不大。大气因吸收太阳辐射而增温也不显著。所以，太阳辐射并不是大气增温的直接热源。
大气对太阳辐射的反射
大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。其中反射最明显的是云。不同的云量，不同的云状，云的不同厚度所发生的反射是不同的。高云平均反射25%，中云平均反射50%，低云平均反射65%，很厚的云层反射可达90%。笼统地讲，云量反射平均达50～55%。假设大气层顶的太阳辐射是100%。那么太阳辐射通过大气后发生散射、吸收和反射(反射云量反射表示)，向上散射占4%，大气吸收占21%,云量吸收占3%,云量反射占23%。
大气对太阳辐射的散射
太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不像吸收那样把辐射能转变为热能，而只是改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，被散射愈厉害。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的。例如波长为0.7微米时的散射能力为1，波长为0.3微米时的散射能力就为30。因此，太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色就是因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。如果太阳辐射遇到直
径比波长大的质点，虽然也被散射，但这种散射是没有选择性的，即辐射的各种波长都同样被散射。如空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色的。有时为了区别有选择性的散射和没有选择性的散射，将前者称为散射，后者称为漫射。
以上三种作用以反射最重要，散射次之，吸收作用最小。由于大气对太阳辐射的吸收、散射、反射作用，使到达地表的太阳辐射明显减弱。若以到达大气上界的太阳辐射为100％，其中约有31％因反射、散射而返回宇宙空间，24％被大气吸收，仅有45％到达地表。其次，由于大气对太阳辐射的吸收和散射具有选择性，所以通过大气层之后，太阳辐射能随波长的分布变得不规则了。
太阳辐射 一、太阳辐射光谱和太阳常数 太阳辐射光谱 太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，见图2.4。从图中可看出，大气上界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算出的6000K的黑体光谱能量分布曲线非常相似。因此可以把太阳辐射看作黑体辐射。太阳是一个炽热的气体球，其表面温度约为6000K，内部温度更高。根据维恩位移定律可以计算出太阳辐射峰值的波长λmax为0.475μm，这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（＞0.76μm）和小于可见光的紫外线（＜0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。 太阳常数 太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc (Solar constant)
表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计了名为“地球辐射平衡”的课题，其中一个重要项目就是对太阳辐射进行长期监视。这些观测数据将对进一步了解大气物理过程及全球气候变迁的原因有很大帮助。1981年世界气象组织推荐的太阳常数值Rsc=1367±7（W/m2），通常采用1367W/m2。 二、太阳辐射在大气中的衰减 太阳辐射通过大气层后到达地球表面。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大气上界的辐射不能完全到达地表面。图2.4最下面的实曲线表示太阳辐射通过大气层被吸收、散射、反射后到达地表的太阳辐射光谱。
影响太阳辐射强弱的因素分析 JGSLJZ 【知识归纳】 太阳辐射强度是指到达地面的太阳辐射的强弱。大气对太阳辐射的吸收、反射、散射作用，大大削弱了到达地面的太阳辐射。但尚有诸多因素影响太阳辐射的强弱，使到达不同地区的太阳辐射的多少不同。影响太阳辐射强弱的因素主要有以下四个因素。 1．纬度位置 纬度低则正午太阳高度角大，太阳辐射经过大气的路程短，被大气削弱得少，到达地面的太阳辐射就多；反之，则少。这是太阳辐射从低纬向高纬递减的主要原因。 2．天气状况 晴朗的天气，由于云层少且薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；阴雨的天气，由于云层厚且多，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射就弱。如赤道地区被赤道低压带控制，多对流雨，而副热带地区被副高控制，多晴朗天气，所以赤道地区的太阳辐射要弱于副热带地区。 3．海拔高低 海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。 4．日照长短 日照时间长，获得太阳辐射强；日照时间短，获得太阳辐射弱。如我国夏季南北普遍高温，温差不大，是因为纬度越高的地区，白昼时间长，弥补了因太阳高度角低损失的能量。 【典例精析】 1.读“太阳辐射光谱示意图”，下列因素中与A区（大气上界太阳辐射与地球表面太阳辐射差值）多少无关的是（） A．云层的厚薄B．大气污染程度C．大气密度D．气温 【解析】云层的厚薄、大气污染程度以及大气密度都会影响大气透明度进而影响到达地面的太阳辐射的多少。 【答案】D 2.辐射差额是指在某一段时间内物体能量收支的差值。读“不同纬度辐射差额的变化示意图”，若只考虑纬度因素，则a、b、c三地纬度由高到低的排列顺序为（）
太阳辐射的特性 昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴” 自西向东自转一周。每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季变化（见下图）。每天中午时分，太阳的高度总是最高。在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间 长。 由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5 x 108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。近年来通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w／m2。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4％。 2.2 到达地面的太阳辐射 太阳照射到地平面上的辐射或称“日射”由两部分组成——直达日射和漫射日射。太阳辐射穿过大气层而到达地面时，由于大气中空气分子、水蒸气和尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射，不仅使辐射强度减弱，还会改变辐射的方向和辐射的光谱分布。因此实际到达地面的太阳辐射通常是由直射和漫射两部分组成。直射是指直接来自太阳其辐射方向不发生改变的辐射；漫射则是被大气反射和散射后方向发生了改变的太阳辐射，它由三部分组成：太阳周围的散射（太阳表面周围的天空亮光），地平圈散射（地平圈周围的天空亮光或暗光），及其他的天空散射辐射。另外，非水平面也接收来自地面的反射辐射。直达日射、漫射日射和反射日射的总和即为总日射或环球日射。可以依靠透镜或反射器来聚焦直达日射。如果聚光率很高，就可获得高能量密度，但却损耗了漫射日射。如果聚光率较低，也可以对部分太阳周围的漫射日射进行聚光。漫射日射的变化范围很大，当天空晴朗无云时，漫射日射为总日射的10％。但当天空乌云密布见不到太阳时，总日射则等于漫射日射。因此聚式收集器采集的能量通常要比非聚式收集器采集的能量少得多。反射日射一般都很弱，但当地面有冰雪覆盖时，垂直面上的反射日射可达总日射的40％。 到达地面的太阳辐射主要受大气层厚度的影响。大气层越厚，对太阳辐射的吸收、反射和散射就越严重，到达地面的太阳辐射就越少。此外大气的状况和大气的质量对到达地面的太阳辐射也有影响。显然太阳辐射穿过大气层的路径长短与太阳辐射的方向有关。参看下图，A为地球海平面上的一点，当太阳在天顶位置S时，太阳辐射穿过大气层到达A点的路径为OA。城阳位于S点时，其穿过大气层到达A 点的路径则为0A。 O，A与 OA之比就称之为“大气质量”。它表示太阳辐射穿过地球大气的路径与太阳在天顶方向垂直入射时的路径之比，通常以符号m表示，并设定标准大气压和O℃时海平面上太阳垂
大气环境—影响太阳辐射强度的主要因素 一般用太阳辐射中纬度来表示到达地面太阳辐射能量的多少，一个地区的太阳辐射强度受多种因素的影响和制约。 1、太阳高度角 影响太阳辐射强度的最主要因素是太阳高度角。其影响表现在两个方面：一是太阳高度大，等量的光线散布的面积小，光热集中，单位面积获得的太阳辐射能量就多，反之就越少。另一方面，太阳高度角大，太阳经过的大气层的距离短，受到大气的削弱作用小，到达地面的太阳辐射能量就多，反之就越少。 2、云量 云量的多少和云层的厚度对太阳辐射的影响很大，云层越厚，云量越多，对太阳辐射的削弱越多，到达地面的太阳辐射能量就越少，因而晴天比阴天太阳辐射强。 3、地势高低
地势越高，大气越稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用就弱，太阳辐射强度就越大。反之则越小。 4.日照时间的长短----日照长，辐射强度大 太阳辐射的影响因素有哪些？ 对于某一个具体的场地，太阳辐射强度将取决于诸多因素，这些因素包括大气条件，地球相对于太阳的位置和附近的障碍物等。 （1）大气条件对太阳辐射的影响 地球表面接受的太阳辐射要受到大气条件的影响而衰减，主要原因是由空气分子、水蒸气和尘埃引起的大气散射和由臭氧、水蒸气和二氧化碳引起的大气吸收。在晴朗夏天的正午时刻，大约有70%的太阳辐射穿过大气层直接到达地球表面；另有7%左右的太阳辐射经大气分子和粒子散射以后，也最终抵达地面；其余的被大气吸收或经散射返回空间。 (2)地球相对太阳位置的影响 地球相对于太阳的相对位置可以通过如下几个指标进行考虑： ①太阳高度角。太阳在地平线以上的高度以地平面与太阳光入射线之间的夹角来测量，称为高度角(或仰角)。太阳高度角愈大，太阳辐射强度愈大。因为对于某一地平面而言，太阳高度角低时，光线穿过大气的路程较长，能量衰减得就较多。同时，又因为光线以较小的角度投射到该地平面上，所以到达地平面的能量就较少。反之，则较多。太阳高度角因时、因地而异：一日之中，太阳高度角正午大于早晚；夏季大于冬季；低纬度地区大于高纬度地区。 ②地球到太阳的距离和地球轴的倾斜同样影响到太阳能辐射量。当6～8月份夏天来到北半球时，地球的北半球朝太阳倾斜。夏季白天时间很长，加之有利的地球轴倾斜，造成了夏季与冬季太阳能辐射总量的巨大差别。 ③日地距离。日地距离是指地球环绕太阳公转时，由于公转轨道呈椭圆形，日地之间的距离则不断改变。由于大气对太阳辐射到达地面之前有很大的衰减作用，而这种衰减因又与太阳辐射穿过大气路程的长短有关系。太阳辐射在大气中经过的路程越长，能量损失得就越多；路程越短．能量损失得越少。所以，地球位于近日点时，获得太阳辐射大于远日点。(3)日照时间 太阳辐射强度与日照时间成正比。日照时间的长短，随纬度和季节而变化。 (4)海拔高度 海拔越高，大气透明度越好，所以从太阳投射来的直接辐射量也就越高。 (5)地形、地貌及障碍物的影响 在日常生活中经常会看到如下现象。当上午或下午太阳斜照时，高大的山峰、树林会遮住太阳，房屋、烟囱等建筑物也会挡住阳光。上述现象在冬天就更为突出，冬天时太阳在地球的南半球上空，在北半球的人看上去太阳离地平线的距离较夏天近得多。由于太阳斜射的影响，阳光更容易被地形、地貌及障碍物遮挡。
太阳辐射.
太阳辐射 一、太阳辐射光谱和太阳常数 太阳辐射光谱 太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，见图2.4。从图中可看出，大气上界太阳光谱能量分布曲线，与用普朗克黑体辐射公式计算出的6000K的黑体光谱能量分布曲线非常相似。因此可以把太阳辐射看作黑体辐射。太阳是一个炽热的气体球，其表面温度约为6000K，内部温度更高。根据维恩位移定律可以计算出太阳辐射峰值的波长λmax为0.475μm，这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分（0.4～0.76μm），波长大于可见光的红外线（＞0.76μm）和小于可见光的紫外线（＜0.4μm）的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。
太阳常数 太阳辐射通过星际空间到达地球表面。当日地距离为平均值，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线，每秒每平方米的面积上，获得的太阳辐射能量称为太阳常数，用Rsc (Solar constant)表示，单位为（W/m2）。太阳常数是一个非常重要的常数，一切有关研究太阳辐射的问题，都要以它为参数。关于太阳常数的研究已有很长历史了，早在20世纪初，人们就已经通过各种观测手段估计它的取值，认为大约应在1350～1400W/m2之间。太阳常数虽然经多年观测，由于观测设备、技术以及理论校正方法的不同，其数值常不一致。据研究，太阳常数的变化具有周期性，这可能与太阳黑子的活动周期有关。在太阳黑子最多的年份，紫外线部分某些波长的辐射强度可为太阳黑子最少年份的20倍。近年来，气候学家指出，只要地球的长期气候发生1%的变化，就会引起太阳常数的变化。目前已有许多无人或有人操作的空间实验对太阳辐射进行直接观测，并在宇宙空间实验站设计
第20卷 第3期2001年8月 高 原 气 象PLA TEAU M ETEOROLO GY Vol.20 No.3 August ,2001文章编号:100020534(2001)0320264207 收稿日期:1999206201;改回日期:1999208210 基金项目:我国短期气候预测系统的研究(“九五”重中之重项目)(96290820120624)资助 作者简介:胡丽琴(1972— ),女,硕士,主要从事气象卫星资料的应用等方面的科研工作 3现在中国气象局国家卫星气象中心工作,北京,邮编:100081 云层与气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响 胡丽琴3, 刘长盛 (南京大学大气科学系,江苏南京 210093) 摘 要:云通过辐射过程对地气系统的能量平衡起着特别显著的调节作用,是影响天气、气候以及全球变化的重要因子。近年来,有云大气对太阳短波辐射的“异常吸收”又成为云—辐射研究中的一个争论热点。有云大气的短波吸收受到多种因素的影响,关于这方面的研究还不够充分。本文通过计算,从理论上探讨了若干因素的组合对大气吸收的综合影响。在计算中,同时考虑了不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高度以及不同下垫面的影响,并考虑了包含大气分子、气溶胶和云滴的吸收与散射,以及在近红外波段大气自身的热辐射等过程,阐明了云与气溶胶在不同波段对大气吸收太阳辐射的影响。 关键词:云辐射;气溶胶辐射;大气的短波吸收中图分类号:P422.3+1 文献标识码:A 1 引言 近年来,云或有云大气对太阳短波辐射的异常吸收,成为云—辐射相互作用中的一个研究热点。所谓异常吸收现象,实质上包含两个方面:一是就一层云而言,指的是实测的水云吸收率系统性地明显大于云模式的理论计算值的现象;二是就有云大气而言,指的是目前大气环流模式和气候模式得出的有云大气的平均吸收要明显小于实际观测值的现象。对于前者,目前倾向性的看法是:水云的异常吸收是存在的[1,2]。近二三年来,争论激烈的问题则是整层大气(包括晴空大气和有云大气)是否存在异常吸收。Ramanatha [3]、Cess [4,5]、Pilewskie 等[6]对不同观测资料的研究结果均显示,有云大气存在异常吸收。而Arking [7]通过统计方法得到与Cess 等[4]完全相反的结论。李占清[8]的研究结果 也表明,大气吸收异常更明显地出现在晴空而非云天大气中。Stephens [9]也对Cess 等[4]的分析方法和结论持怀疑态度。 迄今有关有云大气异常吸收的各种研究仍无最终定论。这一问题的解决将有赖于两方面工作的深入:一是通过规模较大的辐射观测试验获取更高质 量的实测资料;二是加强对云及有云大气吸收机制的基础性理论研究。由于云—辐射过程的复杂性,目前在这方面的研究仍不够充分。因此,从理论角度来讲,有云大气的短波辐射特性值得更加深入地探讨和研究。有云大气吸收量的多少受到多种因素的影响,许多研究工作从不同的角度探讨了这些因素的影响效应。例如,Zuev 等[10]用统计模式计算了云天大气的吸收情况,结果表明,整层大气的总吸收受到云型、云量以及入射太阳天顶角等因素的影响。李占清等[11]也得出相近的结论,即地面的云辐射强迫与大气顶的云辐射强迫的比值,不仅与云顶高度和云的光学厚度有关,而且与太阳入射天顶角有关。Dan Lubin 等[12]研究了不同太阳天顶角下云天及晴空大气的吸收随波长的分布特点。对于气溶胶对大气总吸收的影响,一般认为,无论是云层外部的气溶胶,还是云层内部的气溶胶,都会影响到总体的吸收[1,13]。 由此来看,根据实际情况,考虑若干因素的组合对大气吸收的综合影响是非常有意义的。基于此,本文采用辐射计算程序软件包———DISOR T 计算了有云大气的吸收。在计算中,同时考虑不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高
一、太阳辐射强弱的影响因素 1．纬度位置：纬度低则正午太阳高度角大，太阳辐射经过大气的的路程短，被大气削弱得少，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。这是太阳辐射从低纬向两极递减的原因之一。 2．天气状况：晴朗的天气，由于云层少且薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；阴雨的天气，由于云层厚且多，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射就弱。 3．海拔高低：海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。 4．日照长短：日照时间长，获得太阳辐射强，日照时间短，获得太阳辐射弱。夏半年，高纬地区白昼时间长，弥补太阳高度角低损失的能量。 二、为何青藏高原太阳辐射强，气温却很低 一个地区获得的太阳辐射的多少，与该地区的纬度位置、海拔高度和大气状况有关。一般是，太阳高度角愈大（纬度愈低）、太阳辐射经过大气的路程愈短（海拔愈高）、被大气削弱的愈少，到达地面的太阳辐射就愈多；反之，则愈少。 青藏高原太阳辐射强的原因 1.青藏高原纬度较低，太阳高度角较大； 2.海拔最高，太阳辐射到达地面前通过大气层的光程较短； 3.高原上大气的密度较小（空气稀薄），大气中的水汽、固体杂质含量较少，云量少，大气透明度好。上述原因，使得太阳辐射的折射、散射和吸收作用大大减弱，从而使太阳辐射增强；夏季时也比其他地区晴天多，日照时间长。 青藏高原气温低的原因 1.由于青藏高原海拔高，高原上空气稀薄，大气层中云量少，大气逆辐射少，大气的保温作用却很差，不能很好地保存地面辐射的热量， 2. 加以高原上风速较大，更不利于热量的积累和保持，所以，即使是夏季，青藏高原大部分地区的平均气温也很低，是我国夏季平均气温最低的地区。 所以，青藏高原是我国太阳年总辐射最高的地区，也是我国夏季太阳辐射强烈的地区。
太阳辐射在大气中的减弱 太阳辐射通过大气时，分别受到大气中的水汽、二氧化碳、微尘、氧和臭氧以 及云滴、雾、冰晶、空气分子的吸收、散射、反射等作用，而使投射到大气上界的 太阳辐射不能完全到达地面。 太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射性能的特 性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质等。 太阳辐射被大气吸收后变成热能，因而使太阳辐射减弱。 水汽虽然在可见光区和红外区都有不少吸收带，但吸收最强的是在红外区，从 0.93-2.85微米之间的几个吸收带。最强的太阳辐射能是短波部分，因此水汽从总 的太阳辐射能里所吸收的能量是不多的。据估计，太阳辐射因水汽的吸收可以减弱 4-15%。所以大气因直接吸收太阳辐射能而引起的增温并不显著。大气中的主要气体是氮和氧，只有氧能微弱地吸收太阳辐射。在波长小于0.2微米处为一宽的吸收带，吸收能力较强；在0.69和0.76微米附近，各有一个窄吸收带，吸收能力较弱。 臭氧在大气中含量虽少，但对太阳辐射的吸收很强。0.2-0.3微米为一强吸收带，使小于0.29微米的太阳辐射不能到达地面。在0.6微米附近又有一宽吸收带，吸收能力虽然不强，但因位于太阳辐射最强烈的辐射带里，吸收的太阳辐射还是相当多的。 二氧化碳对太阳辐射的吸收比较弱，仅对红外区4.3微米附近的辐射吸收较强，但这一区域的太阳辐射很微弱，被吸收后对整个太阳辐射影响不大。 此外，悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质，也能吸收一部分太阳辐射，但其量甚微。只有当大气中尘埃等杂质很多(如有沙暴、烟幕或浮尘)时，吸收才比较显著。 大气对太阳辐射的吸收是具有选择性的，因而使穿过大气的太阳辐射光谱变得极不规则；由于大气主要吸收物质(臭氧和水汽)对太阳辐射的吸收带都位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域，因而吸收对太阳辐射的减弱作用不大。也就是说，大气直接吸收的太阳辐射并不多，特别是对于对流层大气来说。所以，太阳辐射不是大气主要的直接热源。 大气对太阳辐射的吸收 太阳辐射穿过大气层时，占大气体积99％以上的氮、氧的吸收作用微弱，而含量不多的水汽、二氧化碳、臭氧等的吸收作用较强。这种吸收作用具有选择性。 大气对太阳辐射的吸收带均位于太阳光谱两端能量较小的区。臭氧能强烈吸收波长较短的紫外辐射；水汽和二氧化碳主要吸收波长较长的红外辐射。由此可见，大气吸收作用对太阳辐射减弱不大。大气因吸收太阳辐射而增温也不显著。所以，太阳辐射并不是大气增温的直接热源。 大气对太阳辐射的反射 大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。其中反射最明显的是云。不同的云量，不同的云状，云的不同厚度所发生的反射是不同的。高云平均反射25%，中云平均反射50%，低云平均反射65%，很厚的云层反射可达90%。笼统地讲，云量反射平均达50～55%。假设大气层顶的太阳辐射是100%。那么太阳辐射通过大气后发生散射、吸收和反射(反射云量反射表示)，向上散射占4%，大气吸收占21%,云量吸收占3%,云量反射占23%。 大气对太阳辐射的散射 太阳辐射通过大气时遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不像吸收那样把辐射能转变为热能，而只是改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。如果太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气分子，则辐射的波长愈短，被散射愈厉害。其散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散射是有选择性的。例如波长为0.7微米时的散射能力为1，波长为0.3微米时的散射能力就为30。因此，太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的光被散射得较多。雨后天晴，天空呈青蓝色就是因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的缘故。如果太阳辐射遇到直
我国太阳辐射减弱研究进展 摘要：本文综述了近40年我国太阳辐射变化，主要是减弱变化的研究结论。研究表明，虽然多年间太阳辐射值有所波动，但总体呈现下降趋势。太阳辐射的减弱主要由于云、臭氧以及大气气溶胶等的作用。排除云层厚度等的影响，近30年来中国的大部分地区的太阳直接辐射和总辐射能减弱，青海、贵州、四川、甘肃和长江中游地区最为明显。大气气溶胶含量增加，使得散射辐射比例增强，太阳总辐射持续下降，这将对农业生产产生重要影响。 关键词：太阳辐射；遮荫；云量；气溶胶；农作物生产 1引言 当前，太阳辐射减弱所引起环境效应受到了人们的广泛关注。近年来，中国地区大气气溶胶的浓度、大气浑浊度及灰霆日数增加导致到达地表的太阳辐射呈现降低趋势，其中长江三角洲地区的降低较为明显。 到达地表的太阳辐射是地球生命的能量来源，是决定气候形成和环境变化的重要因子[21]。近年来，我国工业化进程加快，大气污染物排放显著增加，导致大气气溶胶浓度及雾 霆日数与日俱增，最终将导致这些地区到达地表的太阳辐射呈减少趋势[23]。2961一1990年间，全球到达地表的太阳辐射每年减少2.3%[22]。从20世纪50年代到90年代，我国日光强度每10年就会下降3%一4%，这种趋势在70年代以后愈发明显[22]。其中[1]华东地区在1961一2008年间，每十年下降2.05w/m2。不断降低的太阳辐射将会显著影响我国的生态平衡和农业发展，成为气象环境中新的研究热点问题。 2太阳辐射的变化研究 太阳辐射是地球生态系统的最终能量来源，是决定气候形成及生命活动的重要因子。因此,一直以来有关太阳辐射变化及其影响因素的相互关系是人们关注的热点问题之一[27]。目前普遍认为，1960年代以来全球太阳辐射经历了“变暗”至“变亮”的过程，其中1990年代以前为减弱期，辐射强度平均下降了大约10%[45]；1990年代以后全球太阳辐射上升，出现“全球变亮”趋势，对气候变化产生了重要的影响[23]。 2.1我国太阳辐射的测定 我国近20年煤、石油和天然气等常规能源将在一二百年内面临枯竭，按目前开采速度, 世 界原油将在年后全部耗尽，天然气将在年后耗尽，而煤在年后也将耗尽仁门，一些发达国家未雨绸缪，已开始制定应对传统能源危机的可持续发展战略，研发太阳能、风能等新能源。按年的能源消费总量计算，我国常规能源仅够满足年使用，急需开发太阳能等新能源,以应 对国民经济发展迫切的能源需求，并减缓二氧化碳、甲烷等温室气体排放。为广泛有效利用太阳能,科学评估我国各地区太阳能资源可利用量,必须了解我国太阳辐射精细分布状况。 目前，研究太阳辐射的方法主要有地面台站观测、卫星遥感和数值模拟研究[24]。地面台站 观测具有时间连续的优点，但台站空间分布离散,一般采用地理空间插值的方法弥补，带有 较大的插值误差，尤其是站点稀疏地区。19世纪50年代，研究利用辐射台站资料获得我国太阳辐射分布基本特征，结果表明我国太阳辐射总体特征西高东低，青藏高原是我国太阳辐射最强区域，但其研究空间分布精度较低。近年来，研究以模式为基础结合辐射、气象站点信息，采用参数化、地学空间插值方法获得我国太阳总辐射空间分布状况，空间分辨率有所提高。李晓文等[30]利用台站资料研究表明，我国太阳总辐射和直接辐射呈减小趋势，认为 大气中悬浮颗粒浓度增加是引起部分地区直接辐射量下降的可能原因。在卫星遥感辐射方面，利用我国东南沿海地区探空站的资料，建立晴空状况下卫星测值与大气中各高度太阳直接辐射和散射辐射的统计模式。卫星遥感资料空间分布连续，但时间分布是间断的另外，数据质
3太阳辐射地球辐射大气影响 遥感-原理.技术.应用 第三章 太阳和地球的辐射特性 3.1 太阳和地球的辐射 3.2 大气对辐射传输的影响 3.3 地表辐射的几何 特性 3.4 地面辐射测量 b5E2RGbCAP 《 遥 感原 理 技 术应 用 》 武 汉 大 学 资 源 与 环 境 学 院 对地遥感以地球为探测对象，因此了解地球的电 磁辐射的基本环境是必要 的。地球辐射环境中 有两个最重要的因素，其一是地球本身的辐 射，其二是 太阳的辐射。若把太阳和地球都近 似看作黑体，则由于太阳的温度远远高于地 球，地球又处于太阳的强烈辐射之中，因此太 阳辐射对地球辐射的影响，还要 大于地球本身 的辐射，在很大意义上地球可以看成是一个辐 射主要来自太阳 的二次辐射源。p1EanqFDPw . . 《 遥 感原 理 3.1 太阳和地球的辐射 1. 太阳和地球的辐射 太阳概况 太阳是一个由炽热气体组成的恒星，是地 球的最 重要能源来源。太阳的主要参数有： 质量为 1.99×1033g，直径为 1.4×109m，表面温 度约为 6000K(或 5900K)，日地平均距离为 1.496×1011m(称为天文单位，记为 AU)，物质 成分有 73 种元素(按质量%)：氢 为 71，氦为 26.5，氧+碳+氮+氖为 2，鎂+镍+硅+硫+铁+钙 为 0.4，其他为 0.1。太阳的结构和辐射如图 2.34 所示。DXDiTa9E3d 《 遥 感原 理 . 技 术应 用 》 武 汉 大 学 资 源 与 环 境 学 院 . 《 遥 感原 理 . 技 术应 用 》 武 汉 大 学 资 源 与 环 境 学 院 .RTCrpUDGiT . 技 术应 用 》 武 汉 大 学 资 源 与 环 境 学 院 . 地球概况 地球是距离太阳的第三颗行星，形态接近于一个小 扁率旋转椭 球体。地球的主要参数有： 质量为 5.976×1027t，平均半径为 6.371×106m，表面温度约为平均 288K～ 300K，变化范围在 184K～332K。物质 成分有 100 多种元素，主要元素丰度为： Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Co>Na。图 2.35 地球的构造示意图。 地球具有明显的圈层结构，固体圈层主要有地核、 地幔、地壳。地球表层有水圈、生物圈，外层有 大气圈。地球表层及其水圈、 生物圈和大气圈是 遥感的对象，它们的特征和变化也对遥感产生重 要的影 响。地球的结构如图 2.35 所示。5PCzVD7HxA 《 遥 感原 理
考前每日练| 太阳辐射和地面辐射能量变化 下图为冬至日某地太阳辐射和地面辐射能量变化示意图，据此回答4～5题。 4.该地最有可能是（） A. 里约热内卢 B. 伦敦 C. 新加坡 D. 上海 5. 关于图中甲、乙区域和A、B两点的叙述，正确的是（） A.该日甲区域气温正在逐渐下降 B.乙区域为黑夜 C.A点对应的时刻为该地中午太阳高度角最大时 D.B点对应的时刻为该地一天中气温最低时知识拓展 1、太阳辐射与大气受热过程 近地面大气的主要热源来自于地面辐射，而地面辐射热源则来自于太阳辐射，即太阳是地面的直接热源。要注意的是光照充足并不代表光热充足，比如青藏高原地区，海拔高，空气稀薄，大气保温作用弱，所以虽然太阳辐射量大，但气温低。一般情况下，低纬地区热量充足，高纬地区热量不足；中低纬高山高原地区，光多热少；中高纬内陆干旱地区，光多热少。 2、气温的测定 我们通常所说的气温，指在野外空气流通、不受太阳直射下测得的空气温度，是在观测场中离地面1.5米高的百叶箱中的温度表上测得的。最高气温是一日内气温的最高值，一般出现在14-15时，最低气温一般出现在早晨5-6时，一般出现在日出前。当然，不同地方的最高、最低温度也会因天气情况的不同而发生变化。在人工气象观测中，为了避免太阳的直接辐射，测量温度的温度表和传感器放置在百叶箱中。百叶箱的门朝北开，是为了防止观测时阳光直接照射箱内的仪器。把百叶箱漆成白色，可以将投射在百叶箱上的阳光基本上都反射掉。而且白色不容易吸热。气温有定时气温（基本站每日观测4次，分别为02、08、14、20四个时次；部分测站根据实际情况，一天观测3次，分别为08、14、20三个时次。基准站每日观测24次）。