第一章 太阳辐射

定义：指太阳光与地面的夹角。
一天中，正午时太阳高度角最大,杆影最短， 此时，太阳位于正北或正南；
太阳高度角
地平面
操场上的旗杆，在一天中杆影什么时候 最短？此时杆影朝什么方向？ 西 南 东
9：00 10：00 11：00 12：00
北
杆影长度与太阳高度角有关。
北 半 球 中 纬 度 某 地 中 午 杆 影
克希荷夫定律的推论
1、对于不同性质的物体，当它的放射能力较 强时，其吸收能力也较强，反之亦然。黑体 的吸收能力最强，因此它也是最强的放射体。
2、对于同一物体，如果某一温度时放射某一 波长的辐射，那么在同一温度下，它也吸收 这一波长的辐射。
例、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。 试问树叶上、下去面的哪一面结箱 试问树叶上、下去面的哪一面结霜?为什么? 答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表 面朝向太空，下表面朝向地面。而太空的温度 低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以 上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要 向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度 较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因 而容易结霜。
少些 的 读 ？地 太 图 区阳： 的辐我 太射国 阳量有 辐最哪 射大些 量，地 最哪区
太阳的大气结构？
从里到外为：光球、色球、日冕三层。
太阳活动的概念 太阳大气常有变化，甚至是剧烈的 变化，这些变化通称为太阳活动。
太阳活动的主要类型：黑子和耀斑
北半球三个不同纬度带，太阳黑子与 年降水的相关性不同。
电磁波的波谱
热辐射：λ＝0.1～100μm ，包括可见光线、部分紫外 线和红外线
0.38
0.76
图 电 磁 辐 射 波 谱
地球上的能量源泉是： 太阳辐射
读右图回答： 1、图中A,B,C 分别表示哪个波 段的太阳辐射？
A A紫外区，B可见光， C红外区
B C
2、可见光的波长范围？
可见光 (0.4—0.76微米)
太阳高度角的变化
时间变化:
一天中正午太阳高度角最大,近日出太阳高度角最小。一年 中 春分、秋分时太阳直射赤道，赤道上的太阳高度角最大， 为90°，向北、向南太阳高度角逐渐变小；北半球夏至日 最大,冬至日最小.
空间变化：
正午的太阳高度角随纬度增加而减小。 春分、秋分太阳高度角随着纬度的变化 一天中正午的太阳高度角h=90°-Φ+δ 哈尔滨市正午的太阳高度角： 6.21日: h = 90-45°41′+23°27′= 67°46′ 3.21和9.23日： h = 90-45°41′= 44°19′ 12.23日：h = 90-45°41′-23°27′= 20°52′
六、辐射的基本定律
1、 Stefan-Boltzmann定律
黑体的辐射强度与其表面的绝对温度的四次方成正比。
E=ζT4
式中，ζ= 5.67×10-8 w/(m2K4)，Stefan-Boltzmann常数 描述了黑体辐射力随表面温度的变化规律。
六、辐射的基本定律
2、维恩Wien位移定律（1893热力学理论得出） λm与T的关系由Wien位移定律给出：
0.4---0.76微米
3、太阳辐射能量最多的波长范围？
三、辐射的粒子性：
辐射的粒子学说认为：电磁辐射由具有一定质量、 能量和动量的微粒子组成，这些微粒称为量子（或 光量子）。每一个光量子所具有的能量与其频率成 正比。关系式如下：
E = h•ν
四、辐射场的物理量：
1、辐射能通量：辐射能在传递过程中于单位时间内
达到或通过某一表面积上的总辐射能量。
2、辐射能通量密度：单位面积上的辐射能通量。也 称为辐射强度。 3、光通量 4、光通量密度（光照强度）
5、发光强度：从光源发出的给定方向单位立体角上
的光通量。 6、亮度：垂直于观测方向上单位面积的发光强度。
五、辐射的吸收、反射与透射
不论何种物体，在它向外放出辐射的同时，必然会接受
第一章 太阳辐射
重点: 讨论太阳辐射、地面辐射和大气辐射 的性质和变化规律 太阳辐射对作物生长发育的影响
本章主要内容 太阳发射的一般知识
太阳辐射
太 太阳辐射与植物生活
第一节 太阳辐射的一般知识
一、辐射的概念： 以电磁波和粒子的形式向周围 放射和输送能量。辐射具有波粒二相性。
五、季节和节气
4、秋分后，太阳直射点移向南半球，北半球各地的太阳高
度角一致减少，昼长继续缩短。
5、到了冬至日，太阳直射南回归线，对北半球各地而言， 太阳高度角最小，昼长最短，受热最少。
6、冬至后，太阳直射点逐渐北移，北半球各地的太阳高度
角又逐渐增大，昼长逐步变长。受热增多。 7、如此反复，就形成了春夏秋冬四季的交替。
640～740
橙
红
197
721
3. 太阳常数
概念：在大气上界，当太阳位于日地平均 距离时，垂直于太阳光线的单位面积上， 在单位时间内所获得的太阳辐射能量。 由于观测仪器、技术及理论校正方法的不 同，该常数数值变动于1325-1457w/S2之 间。1981年，采用13677w/S2
4. 太阳高度角(太阳高度)
一、大气的成分和结构
2、大气中几种物质在气象学上的作用 （1）二氧化碳：主要来源是什么？ 二氧化碳具有较强的吸收长波辐射的能力，其含量的增减
能影响地面和大气温度的变化。温室效应。 （2）臭氧：主要分布在10-50km的气层里，其中以2025km高度上比较集中。对紫外线辐射的吸收比较强，一 方面可使得40-50km高度上的气温显著增加，同时对地面 生物起着保护的作用；在对流层上部和平流层底部产生温 室作用。
二、大气的成分和结构
对流层的意义：集中了大约80%的大气质量和几乎
所有水汽含量，因此主要天气现象的发生都在这
一层。其特点有： （1）气温随高度增加而减小。 （2）空气有规则的垂直运动和无规则的乱流运动 都相当显著。
（3）温度和湿度等气象要素水平分布不均匀。
三、太阳辐射在大气中的削弱
问题1：假如到达大气上界的太阳辐射定为百分之 百，而实际上最后到达地球表面的太阳辐射却只有 百分之四十七，这是什么原因造成的？
周围物体向它投射来的辐射。物体对辐射的吸收、反射 与透射能力分别是由吸收率、反射率和透射率来表示。 1、吸收率（a）:一个物体所吸收的能量与投射到该物 体表面上的总辐射量之比。
2、反射率（r）：物体所反射的辐射能量与投射到该物
体表面上的总辐射量之比。 3、透射率（t）:物体所透过的辐射能量与投射到该物体 表面上的总辐射量之比。
一、大气的成分和结构
（4）杂质：
种类：有机和无机杂质。 作用：能削弱太阳辐射能量；能成为水汽凝结的核心，促 进水汽的凝结。
二、大气的成分和结构
3、大气的结构
表 大气中各层次名称和平均高度（km）
主要层次
平均高度
过渡层
平均高度
对流层 平流层 中间层 热成层
0-10 11-50 55-80 85-800 对流层顶 平流层顶 中间层顶 10-11 50-55 80-85
一、大气的成分和结构
（3）水汽：水汽的来源？
变化趋势：具有随高度增加而很快下降的趋势。 分布：主要集中在2-3km以下的大气层中。 作用：具有很强的吸收长波辐射的能力，与二氧化碳共同 对地面温暖起着十分重要的作用。此外，水汽三种形态的 变化，伴随着潜能的吸收和释放，不仅引起大气中湿度的 变化，同时，也引起热量的转移。
【解】应用Wien位移定律 T=2000K时 max=2.910-3/2000=1.45 m T=5800K时 max=2.910-3/5800=0.50 m 常见物体最大辐射力对应的波长在红外线区 太阳辐射最大辐射力对应的波长在可见光区
Wien位移定律可确定黑体的光谱辐射力峰值所对应的最大波长。
但大部分集中在0.15-4um的范围中。其中
可见光占50%，红外线区占43%，紫外线
区占7%。
到达地球大气上界的太阳辐射光谱可划分为：
λ （nm）
<400 400～425 425～490 90～560 560～580
颜色
紫外 紫 蓝 绿 黄
E（kJ/mol）
297 289 259 222 209
580～640
第二节 太阳辐射
太阳是一个巨大、炽热、自行发光发热的星球， 内部温度高达1.5×107 k，表面温度可达 6000k。太阳以电磁波的形式向外放射出巨大 的能量，其辐射过程称为太阳辐射，放射出 来的能量称为太阳辐射能。
第二节 太阳辐射
• 1、什么是太阳辐射？ 太阳源源不断地以电磁波的形式向四周放射能量。
太阳辐射能量的来源
H
H
高温 高压
H
H
太阳辐射能量的来源
氦 H
太阳辐射能量来源于太阳内部的核聚变反应。
• 每秒钟4亿吨煤 太阳的能量 22亿分之一(地球)
太阳辐射能对地球的影响
大气环流图
世界洋流模式图
太阳辐射能是维持地表温度，促进地球上 的水、大气、生物活动和变化的主要动力。
太阳辐射能是日常生活和生产所用 的能源
六、辐射的基本定律
3、克希荷夫定律 1859年克希荷夫通过实验得出：当热量平衡时，物体 对某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收率的比 值只是温度与波长的函数，而与物体的其他性质无关。
eλT aλT
= EλT
eλT表示物体对某一波长的放射能力； aλT表示物体对某一波长的吸收率；
EλT表示温度与波长的函数；
1、50——60º N：黑子多——降水少 黑子少——降水多 1910年前 黑子多，降水多 黑子少，降水少 1910年后
2、60——70°N：黑子多，降水少；黑子少，降水多。 3、70——80º N：黑子多，降水多；黑子少，降水少。