第一章气象学 太阳辐射

第一章太阳辐射第一节太阳辐射第二节地面辐射和大气辐射第三节太阳辐射与农业生产第一节太阳辐射有关辐射的基本知识1、辐射温度大于绝对零度（-273℃)的物体以电磁波和粒子的形式向周围放射能量，这种能量的传播方式称辐射，传递的能量称辐射能。2、太阳辐射太阳是一个及其炙热的气态球体，中心温度为20×106K，表面温度高达6000K，因此太阳时刻不停的向四周放射巨大的能量，称为太阳辐射•一、太阳辐射时间长短•二、太阳辐射光谱•三、太阳辐照度•四、太阳在大气辐射中的减弱作用•五、到达地面的太阳辐射•六、地面对太阳辐射的反射第一节太阳辐射一、太阳辐射时间长短•（一）地球公转与四季形成•由于地球绕太阳公转时，不同时期获得的辐射能量不同，使温度不同，从而形成四季。太阳直射北半球时，北半球太阳高度角大，日照时间长，获得的太阳辐射能多，温度高；反之，太阳直射南半球，北半球温度低。•夏至日太阳直射北回归线，北半球昼长夜短，纬度愈高，白昼愈长，在北极圈内（66.5°N）为24h白昼，称极昼现象；南半球则相反。此时，北半球为夏季，南半球为冬季。•冬至日太阳直射南回归线，北半球昼短夜长，纬度愈高，白昼愈短，在北极圈内为24h黑夜，称极夜现象；南半球则相反。此时北半球为冬季，南半球为夏季。•春分日和秋分日太阳直射赤道，全球各纬度均昼夜平分，各为12h，北半球分别为春、秋季。地球公转与四季形成四季天文学气候学（月份）农业科学（候均温）古代民间春季春分-夏至3-510.0-22.0立春~谷雨夏季夏至-秋分6-8＞22.0立夏~大暑秋季秋分-冬至9-1110.0-22.0立秋~霜降冬季冬至-春分12-次年2＜10.0立冬~大寒四季的划分二十四节气地球绕太阳公转一周要转360度，期间地球要自转365圈，历时365天。把地球公转一周等分为二十四等份，每一等份为15度，大约历时15天，这15天为一个节气。春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。上半年来六廿一，下半年来八廿三。每月两节日期定，最多相差一两天。春分谷雨立春雨水夏至大暑小满秋分霜降处暑冬至大寒惊蛰清明芒种小暑立夏白露寒露立秋大雪小寒立冬小雪下一页二十四节－立春立春：2月3日--2月5日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪春季开始植物开始萌发生长二十四节气－雨水雨水：2月18日--2月20日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪二十四节气—惊蛰惊蛰：3月5日--3月7日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪开始打雷蛰伏的昆虫被惊醒开始四处活动二十四节气—春分春分：3月20日--3月21日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪太阳直射赤道昼夜平分二十四节气—清明清明：4月4日--4月6日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪气候温暖草木复苏二十四节气—谷雨谷雨：4月19日--4月21日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪降水增加雨生百谷二十四节气—立夏立夏：5月5日--5月7日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪夏季开始植物开始旺盛生长二十四节气—小满小满：5月20日--5月22日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪麦类作物的籽粒即将饱满。二十四节气—芒种芒种：6月5日--6月7日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪麦类作物成熟秋作物忙于播种。二十四节气—夏至夏至：6月21日--6月22日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪炎夏到来白昼最长二十四节气—小暑小暑：7月6日--7月8日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪炎热的季节但未达到最热。二十四节气—大暑大暑：7月22日--7月24日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪最热的时节。二十四节气—立秋立秋：8月7日--8月9日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪秋季开始进入收获时节二十四节气—处暑处暑：8月22日--8月24日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪躲藏终止炎热天气即将过去二十四节气—白露白露：9月7日--9月9日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪早晚气温较低露水较重二十四节气—秋分秋分：9月22日--9月24日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪太阳直射赤道昼夜平分二十四节气—寒露寒露：10月8日--10月9日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪早晚气温更低露水发凉已有冷意二十四节气—霜降霜降：10月23日--10月24日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪天气转冷开始见霜二十四节气—立冬立冬：11月7日--11月8日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪冬季开始寒冷天气到来二十四节气—小雪小雪：11月22日--11月23日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪天气较冷降水以雪的形态出现但雪量较小二十四节气—大雪大雪：12月6日--12月8日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪天气更冷降雪量大形成地面积雪二十四节气—冬至冬至：12月21日--12月23日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪寒冬到来白天最短二十四节气—小寒小寒：1月5日--1月7日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪一年中较寒冷的时节但不是最冷二十四节气—大寒大寒：1月20日--1月21日惊蛰春分清明谷雨立春雨水芒种夏至小暑大暑立夏小满白露秋分寒露霜降立秋处暑大雪冬至小寒大寒立冬小雪一年中最冷的时节一月小寒接大寒，二月立春雨水连；惊蛰春分在三月，清明谷雨四月天；五月立夏和小满，六月芒种夏至连；七月大暑和小暑，立秋处暑八月间；九月白露接秋分，寒露霜降十月全；立冬小雪十一月，大雪冬至迎新年。抓紧季节忙生产，种收及时保丰年。二十四节有先后，下列口诀记心间•（二）、太阳高度角（h⊙）•太阳平行光线与地平面的交角称为太阳高度角，常简称为太阳高度。h⊙=0°时最小，h⊙=90°时最大。••太阳高度角（h⊙）的变化：•一天中，早晨和傍晚，h⊙最小，水平面上得到太阳能少；正午，h⊙大，水平面上得到的太阳能多。•北半球：一年中，冬至h⊙最小，夏至最大。所以，太阳辐射能夏季大，冬季小。1、昼夜的形成地球在自转的过程中，总是有半个球面向着太阳，表现为白昼，称为昼半球，另外半个球面背对着太阳，表现为黑夜，称为夜半球，昼半球与夜半球的交界线称为晨昏线。地球不停的自转，就形成了昼夜交替的现象，如右图（三）昼夜形成与日照时数2、昼夜长短的变化地球在自转和公转的过程中，由于地轴和地球公转轨道面保持66º33ˊ的倾角，使得晨昏线和地轴不在一个平面上（春秋分除外），因此晨昏线和地球上的纬度线相交割，把同一纬度线分为两部分，一部分在昼半球，称之为昼弧段；一部分在夜半球，称为夜弧段。又由于地球和太阳的相对位置经常发生变化，而地轴方向保持不变，使晨昏线也经常发生变化，晨昏线所分割的昼弧段和夜弧段的长短也经常发生变化（赤道地区昼弧和夜弧相等），形成了昼夜长短的变化。北半球日照时间变化：①一年中，夏至日照时间最长，冬至最短；②夏半年昼长夜短，昼长随纬度升高而增长，日照时间越长，冬半年昼长随纬度升高而缩短，日照时间缩短，春、秋分则不随纬度升高而变。3、日照时间3、日照时间可照时数（昼长）实照时数日照百分率光照时间从日出到日落太阳可能照射的昼长时间。它以小时为单位。它是地面上用日照计实际测量的日照时数。受云层和遮蔽物的影响，由于散射辐射强度几乎达不到日照计感应强度，所以实照时数几乎可以说明太阳直接辐射的时数多少，即晴朗时数多少。它是实照时数与可照时数的百分比。它的大小说明晴阴状况，日照百分率大说明晴天多。可照时数（昼长）是日出至日没的时数，实际上，就作物光合作用所需光照而言，在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下0°-6°时，光通过大气散射到地表产生一定光照度，这种光分别称曙光和暮光，所以光照时间=可照时间+曙暮光时间二、太阳辐射光谱太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布曲线。在大气的上届，太阳辐射能绝大部分集中在波长0.15-4μm之间，占太阳辐射总能量的99%。集中在紫外线、可见光、红外线波段内，因波长比较短，所以称太阳辐射为短波辐射。太阳辐射光谱中，能量密度最大值是0.475μmp12可见光区(0.4-0.76μm）能量占总能量的50%，具有光效应，是人类肉眼可见光谱区，也是植物光合作用的有效光谱区。可见光可按波长由长至短分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。太阳辐射的最大波长。紫外光区（λ0.4μm）能量占总能量的7%，具有化学效应，全部到达地面有毁灭生物的作用，幸大气中O3层吸收而到达地面的极少，它具有杀菌消毒，促进种子萌发的作用。红外线区（λ0.76μm）能量占总能量的43%，具有热效应，起着加热地面、大气、动、植物等物体的作用。三、太阳辐照度1、太阳辐照度太阳辐照度是反映太阳辐射强弱程度的物理量。它指单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量，用符号S表示,其单位为J/(m2.s)。2、太阳常数当地球处于日地平均距离时，在大气上界，所测得的太阳辐照度变化较小，称为太阳常数。•太阳常数的数值随太阳黑子数目的变化和测定方法的不同而有变化,并非一个常数。•1981年10月世界气象组织根据火箭、卫星等仪器观测的结果，将太阳常数值修改为1367.69J/(m2.s),其变化幅度一般在±2%范围内。•3.到达地面的太阳辐照度•如果不考虑大气的影响，则地平面上的太阳辐照度取决于太阳高度角。图中(P13)的Sˊ为某地平面的太阳辐照度，S0为太阳常数，h⊙为太阳高度角。这时到达AC和AB面上的总辐射量相等，即：•Sˊ=S0Sinh⊙•一天中，正午h⊙最大，Sˊ值最大，夜间h⊙最小（为零），Sˊ也值最小；一年中，夏至正午h⊙最大，Sˊ值最大，冬至正午h⊙最小，Sˊ也值最小。4、光照强度•表示光效应的物理量，称为光照强度，简称照度。•光照强度的大小取决于可见光的强弱。它指单位时间内垂直投射到单位面积上的对正常人眼能产生光亮感觉的太阳辐射能量，其单位为Lx（勒克斯）。•照度有日变化，一天中以正午时为最大。一年中夏季最大，冬季最小。随纬度增加，照度减小。•晴天时，照度由直射光和散射光二部分构成，阴天仅为散射光。四、太阳辐射在大气中的减弱作用若大气上界得到的太阳辐射能为100%，经过大气层后，大气和云层吸收了20%，大气散射10%，云层等反射共返回宇宙空间27%，能直达和散射到达地面且被地面吸收的仅43%。可见大气对太阳辐射的减弱是强烈的。返回吸收作用氧、臭氧、水汽和CO2气体成分强吸收波段弱吸收波段氧200nm的紫外光690~760nm的可见光