太陽輻射

名詞釋義

太陽輻射（solar radiation）是指太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。地球所接受到的太陽輻射能量僅為太陽向宇宙空間放射的總輻射能量的二十億分之一，但卻是地球大氣運動的主要能量源泉。

到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位于日地平均距離處時，地球大氣上界垂直于太陽光線的單位面積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量，稱為太陽常數。太陽常數的常用單位為瓦/米2。因觀測方法和技術不同，得到的太陽常數值不同。世界氣象組織 (WMO)1981年公布的太陽常數值是1368瓦/米2。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99％以上在波長 0.15～4.0微米之間。大約50％的太陽輻射能量在可見光譜（波長0.4～0.76微米），7％在紫外光譜區(qū)（波長<0.4微米），43％在紅外光譜區(qū)（波長>0.76微米），最大能量在波長 0.475微米處。由于太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長（約3～120微米）小得多，所以通常又稱太陽輻射為短波輻射，稱地面和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。

　　太陽輻射通過大氣，一部分到達地面，稱為直接太陽輻射；另一部分為大氣的分子、大氣中的微塵、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太陽輻射一部分返回宇宙空間，另一部分到達地面，到達地面的這部分稱為散射太陽輻射。到達地面的散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。太陽輻射通過大氣后，其強度和光譜能量分布都發(fā)生變化。到達地面的太陽輻射能量比大氣上界小得多，在太陽光譜上能量分布在紫外光譜區(qū)幾乎絕跡，在可見光譜區(qū)減少40％，而在紅外光譜區(qū)增至60％。

　　在地球大氣上界，北半球夏至時，日輻射總量最大，從極地到赤道分布比較均勻；冬至時，北半球日輻射總最小，極圈內為零，南北差異最大。南半球情況相反。春分和秋分時，日輻射總量的分布與緯度的余弦成正比。南、北回歸線之間的地區(qū)，一年內日輻射總量有兩次最大，年變化小。緯度愈高，日輻射總量變化愈大。

　　到達地表的全球年輻射總量的分布基本上成帶狀，只有在低緯度地區(qū)受到破壞。在赤道地區(qū),由于多云，年輻射總量并不最高。在南北半球的副熱帶高壓帶，特別是在大陸荒漠地區(qū)，年輻射總量較大，最大值在非洲東北部。

太陽輻射

太陽輻射是地球表層能量的主要來源。太陽輻射在大氣上界的分布是由地球的天文位置決定的，稱此為天文輻射。由天文輻射決定的氣候稱為天文氣候。天文氣候反映了全球氣候的空間分布和時間變化的基本輪廓。

　　太陽輻射隨季節(jié)變化呈現(xiàn)有規(guī)律的變化,形成了四季.。

　　除太陽本身的變化外，天文輻射能量主要決定于日地距離、太陽高度角和晝長。

　　地球繞太陽公轉的軌道為橢圓形，太陽位于兩個焦點中的一個焦點上。因此，日地距離時刻在變化。每年1月2日至5日經過近日點，7月3日至4日經過遠日點。地球上接受到的太陽輻射的強弱與日地距離的平方成反比。

　　太陽光線與地平面的夾角稱為太陽高度角，它有日變化和年變化。太陽高度角大，則太陽輻射強。

　　白晝長度指從日出到日落之間的時間長度。赤道上四季白晝長度均為12小時，赤道以外晝長四季有變化，23.5°緯度的春、秋分日晝長12小時，夏至和冬至日晝長分別為14小時51分和9小時09分，到緯度66°33′出現(xiàn)極晝和極夜現(xiàn)象。南北半球的冬夏季節(jié)時間正好相反。

　　天文輻射的時空變化特點是：①全年以赤道獲得的輻射最多，極地最少。這種熱量不均勻分布，必然導致地表各緯度的氣溫產生差異，在地球表面出現(xiàn)熱帶、溫帶和寒帶氣候；②天文輻射夏大冬小，它導致夏季溫高冬季溫低。

　　大氣對太陽輻射的削弱作用包括大氣對太陽輻射的吸收、散射和反射。太陽輻射經過整層大氣時，0.29μm以下的紫外線幾乎全部被吸收，在可見光區(qū)大氣吸收很少。在紅外區(qū)有很強的吸收帶。大氣中吸收太陽輻射的物質主要有氧、臭氧、水汽和液態(tài)水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和塵埃等。云層能強烈吸收和散射太陽輻射，同時還強烈吸收地面反射的太陽輻射。云的平均反射率為0.50～0.55。

太陽輻射能量

　　到達地球上的太陽輻射能量只有很小的一部分，但它的作用卻是相當大的。

　　其一，對地理環(huán)境的影響。直接的作用如巖石受到溫度的變化影響而產生風化。間接作用，地球上的大氣、水、生物是地理環(huán)境要素，他們本身的發(fā)展變化以及各要素之間的相互聯(lián)系，大部分是在太陽的驅動過程中完成的。地球表面劃分為五帶。為什么要劃分五帶呢?因為地球表面各個地方的緯度不同，不同緯度地帶獲得的太陽熱量是不一樣的。如熱帶一年中太陽可以直射，獲得的熱量最多；寒帶太陽高度很低，并且有長時間的極夜，所以獲得的熱量最少。也就是因為太陽輻射具有緯度差異導致了各地獲得的熱量也有差異。但是在熱量盈余的地方比如赤道，溫度并沒有越來越高；熱量虧損的地方，比如兩極，溫度也沒有越來越低，而是保持相對穩(wěn)定。對于整個地表來說，熱量應該是平衡的，因而熱量多余和熱量不足的地方，要發(fā)生熱輸送。

　　 其二，太陽輻射為我們的生產和生活提供能量。人們對太陽輻射作用最直接的感受來自于它是人們生產和生活的主要能源。如植物的生長需要光和熱，晾曬衣服需要陽光，工業(yè)上大量使用的煤、石油等化石燃料是太陽能轉化來的，被稱為“儲存起來的太陽能”。還有太陽灶、太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽房、太陽能發(fā)電、太陽能電池等。除直接使用的太陽能外，地球上的水能、風能也來源于太陽。 西藏的省會拉薩有一別稱，號稱“日光城”。為什么叫這個名稱呢?因為西藏自治區(qū)位于青藏高原上，地勢較高，太陽光到達地表的路程短，空氣稀薄，天空中云量少，損失少，所以太陽輻射強，日照時間長，稱為“日光城”。 直轄市重慶有個別稱，有中國的“霧都”之稱。為什么這個地方一年中多霧呢?這個地方海拔較低，受地形的影響，四川盆地使得水汽積聚不易上升，使水汽增多，而西南季風不可能越過秦嶺；只能影響四川盆地，故帶來大量水汽，并且距海較近，所以一年中陰雨天多，天空中經常陰云密布，所以光照少，太陽輻射能貧乏。所以人們常用“蜀犬吠日”來形容四川盆地的氣候特色。