太阳辐射光谱

1.太阳常数

在日地平均距离处的太阳辐射称之为太阳常数,它定义为：在日地平均距离处通过与太阳光束垂直的单元位面积上的太阳能通量。它表征了到达地球表面总的太阳辐射能,其值见表3.1。 如果太阳的半径为，则太阳表面处太阳发出的辐射能量为，其中F表示太阳的出射度；而在离太阳的日地平均距离处，太阳发出的辐射能量为，它们两者之间必须相等，即

所以太阳常数表示为

如果地球的半径为，则地球截获的太阳辐射能为，若这一能量均匀地分布在整个表面上，则大气顶处单位时间内、单位面积上所接受的能量为

2.辐射方向

µ：极角θ（天顶角）的余弦值。

φ：相对于x轴的方位角。

3.光学厚度

光学厚度是指在考虑分谱衰减系数和大气密度的特性前提下的大气厚度，公式为

其中z是气层内某一高度,kλ是分谱衰减系数，ρ是大气密度。

4.狄拉克函数 5.辐射通量密度

辐射能Q：指电磁辐射所携带的能量，或物体发射的全部能量，其单位用焦耳。

辐射通量：指单位时间内通过某一表面的辐射能，它表示了辐射能传递的速率，写成

式中Q是辐射能，t是时间。如果辐射能随时间而变，则辐射通量以微分形式表示

或

辐射通量密度F：指通过单位面积的辐射通量，写成

或

其单位取焦耳/米2秒。

对于一个被照射的表面或发射的表面，还使用以下述语：

辐照度（E）：指投射到一表面上的辐射通量密度。

出射度（M）：指辐射体表面发射出的辐射通量密度。

这几个量之间的关系为

或

6.臭氧密度

大气中臭氧的季节变化 纬度 月份

一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月

900N 0.33 0.39 0.46 0.42 0.39 0.34 0.32 0.30 0.27 0.26 0.28 0.30

800N 0.34 0.40 0.46 0.43 0.40 0.36 0.33 0.30 0.28 0.27 0.29 0.31

第２８卷，第４期　２　０　０　８年４月　光谱学与光谱分析　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｖｏ１．２８，Ｎｏ．４，ｐｐ８７５—８７８　Ａｐｒｉｌ，２００８　

成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析　

孙　鹏，何　捷　，赵晓艳，左浩毅，医团　

四川大学物理系，四川成都６１００６４　

摘要利用紫外ＣＣＤ光学多道分析器，对成都地区２００６年３月至７月ＵＶＡ和ｕＶＢ波段太阳紫外辐射　光谱进行了观测，对这一地区紫外辐射的基本特征进行了统计分析。分析表明：太阳紫外辐射在一天内早晚　小，中午大，一年中６月份达到最强，与太阳天顶角的变化密切相关；ＵＶＢ辐射积分通量远小于ＵＶＡ辐射　积分通量，其比值一般小于０．０４，在天气晴好时下午大于上午；雾能导致ＵⅥｊ辐射积分通量与ＵＶＡ辐射　积分通量的比值增大，其原因是雾对ＵＶＡ辐射衰减强于对ＵＶＢ辐射衰减；云对太阳紫外辐射存在异常吸　收。　

关键词太阳紫外光谱；ＣＣＤ光学多道分析器；ＵＶＡ）ＵＶＢ　中图分类号：Ｐ１８２．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—０５９３（２００８）０４—０８７５—０４　

引　言　

尽管太阳紫外辐射在太阳总辐射中只占很小的比例（紫　外波段辐射能量约占太阳辐射总能量的８　），但因其对生物　学、医学及环境科学方面具有重要影响，因此受到人们的广　泛关注　。　到达地表的太阳紫外辐射要受到臭氧层吸收，光化学反　应，气溶胶粒子及云滴粒子散射，空气分子散射，以及测站　纬度和太阳天顶角等因素的影响［２］。大气臭氧层吸收了太阳　紫外辐射的７Ｏ％～８Ｏ　［３］，构成了对地球生态系统的一个天　然保护层。随着大气污染的进一步加剧，大气中氟氯化烃　（ＣＦＣｓ）、氮氧化物（Ｎ２Ｏ）等化学物质含量的显著升高，使平　流层的臭氧（Ｏｓ）层逐年变薄，导致到达地面的太阳紫外辐射　不断增强。这将对动物、植物以及人类本身造成许多不良的　影响，使人类的生存环境面临巨大威胁［４］。太阳紫外辐射的　过度照射会对人的健康产生不利影响，使人容易患白内障、　皮肤癌等疾病，并使人的免疫系统受到干扰，导致一系列传　染病和免疫系统疾病的发生［５］。因此，有必要对太阳紫外辐　射进行有效的观测，研究太阳紫外辐射的特征和传输规律，　制定出切实可靠的应对方法。成都地区地处西南腹地，云雾　多晴天少，紫外辐射的观测有一定难度。　目前，太阳紫外辐射探测主要是采用滤色片式的分波段　总量测量，其缺陷是不能对太阳紫外辐射各光谱段进行精确　测量，难以分析和判断各光谱段对环境和人体的影响。冯志　庆、李福田［６］、刁丽军［７］等人使用光栅光谱仪分光、光电倍　增管接收，测量了太阳紫外辐射光谱。使用光电倍增管接收　方法及光栅扫描，难以实现光谱的实时探测。赵晓艳等成功　地使用紫外ＣＣＤ光学多道分析器观测了成都地区２００５年冬　季的太阳紫外辐射光谱［８］。为获得成都地区紫外辐射详细信　息，研究这一地区紫外辐射的基本规律，本工作使用自制紫　外光学多道分析器对成都地区２００６年３月至７月太阳紫外　辐射光谱进行了长期系统的测量，同时将所测结果与紫外辐　射表测量结果进行对比分析，获得了有意义的研究结果。　

太阳辐射光谱对植物生长发育的影响

一、太阳辐射光谱对植物生发育的影响

太阳辐射光谱随波长的分布，它分为紫外线区、可见光区、红外线区。紫外线区的波长小于0．4微米，可见光区的波长介于0．4-0．76微米之间，红外线区的波长大于0．76微米。太阳辐射光谱对植物生长发育有很重要的影响。

紫外线增多，形成植物的特殊形态，茎部矮小，叶面缩小，毛茸发达，积蓄物增多，叶绿素增加，茎叶有花青素存在，颜色特别艳丽。长紫外线对植物的生长有刺激作用，可以增加作物产量，促进蛋白质、糖、酸类的合成。用长紫外线照射种子，可以提高种子的发芽。短紫外线对植物的生长有抑制作用，可以防止植物徒长，有消毒杀菌作用，可以减少植物病害。

可见光是绿色植物进行光合作用制造有机物质的原料，绿色植物叶绿素吸收最多的是红橙光，其次是蓝紫光，而对黄绿光吸收的最少。

远红外线产生热效应，供给作物生长发育的热量，在红外线的照射下，可使果实的成熟趋于一致，近红外线对作物无用途。

所以在我们的快繁，水培过程中的补光就采用红光进行补光，以达到最大的利用率。

二、光照强度对植物生长发育的影响

光照强度是阳光在物体表面的强度，正常人的视力对可见光的平均感觉。光照强度的大小，决定于可见光的强弱。在自然条件下，由于天气状况，季节变化和植株度的不同，光照强度有很大的变化。阴天光照强度小，晴天则大。一天中，早晚的光照强度小，中午则大。一年中，冬季的光照强度小，夏季则大。植株密度大时光照强度小，植株密度小时光照强度大。

光照强度对植物的生长发育影响很大，它直接影响植物光合作用的强弱。在一定光照强度范围内，在其它条件满足的情况下，随着光照强度的增加，光合作用的强度也相应的增加。但光照强度超过光的饱和点时，光照强度再增加，光合作用强度不增加。光照强度过强时，会破坏原生质，引起叶绿素分解，或者使细胞失水过多而使气孔关闭，造成光合作用减弱，甚至停止。光照强度弱时，植物光合作用制造有机物质比呼吸作用消耗的还少，植物就会停止生长。只有当光照强度能够满足光合作用的要求时，植物才能正常生长发育。

第３１卷，第１期　２　０　１　１年１月　光谱学与光谱分析　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｖｏ１．３１，Ｎｏ．１，ｐｐ５５－５　７　Ｊａｎｕａｒｙ，２０１１　

云影响太阳紫外辐射光谱的研究　

赵晓艳，闰海涛，甄志强，汤正新，王　犟　

河南科技大学物理与工程学院，河南洛阳４７１００３　

摘要利用紫外ＣＣＤ光学多道分析器，测量了云覆盖条件下的太阳紫外辐射光谱，着重研究了云对太阳　

紫外辐射光谱的影响。光谱分析结果表明，太阳紫外辐射光谱强度受云的影响而衰减：太阳紫外辐射光谱强　

度衰减依赖于波长，且随波长的递减而减小；云量越大，衰减越强；波长在３１５　ｎｌｎ以下波段的太阳紫外辐　

射光谱强度受云影响相对较小。研究结果有较重要的实际应用价值：利用太阳紫外辐射光谱研究大气成分　

时，应该选择受大气环境影响较小波段的太阳光谱进行研究。　

关键词云；紫外；光谱；衰减　

中图分类号：Ｐ１８２．３　文献标识码：Ａ　ＤＯ１：１０．３９６４￣．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１１　Ｊ０１—００５５—０３　

引　言　

太阳紫外辐射足１００￣４００　ｎｉＹｌ波段的太阳辐射。太阳紫　

外辐射常分为三类：Ｕ　Ｃ（１００￣２８０　ｎｍ），ＵＶ＿Ｂ（２８０￣３２０　

ｒｉｍ），ｕｖ＿Ａ（３２０￣４００　ｒｉｍ）。在大气外界，太阳紫外辐射仅　

占太阳总辐射的８．７３　［１］。因臭氧的吸收到达地面的紫外辐　

射只包含Ｕｖ＿Ａ和ＵＶ－Ｂ，占太阳总辐射的比例更小，但其　

强度的变化可以导致极大的环境效应和生物效应。大量研究　

表明，过量的紫外辐射对地球生态系统和人类健康极其有　

害＿２　，波长越短危害程度越大，而科学家更关注紫外（尤其　

ＵＶ－Ｂ）辐射给人类健康和生态环境带来的负面影响。因此地　

面太阳紫外辐射的监测越来越重要。　

太阳紫外辐射光谱是由大气层上界的太阳辐射光谱经大　

气中的气体（氮，氧，臭氧，二氧化氮，二氧化硫等）吸收，空　

气分子、气溶胶等散射，云的吸收和散射，地表反照等综合