太陽輻射光譜和太陽常數(shù)
(1)輻射光譜：太陽是個(gè)熾熱的大火球，它的表面溫度可達(dá)6000°K，它以輻射的方式不斷地把巨大的能量傳送到地球上來，哺育著萬物的生長(zhǎng)。
太陽輻射的波長(zhǎng)范圍，大約在0.15-4微米之間。在這段波長(zhǎng)范圍內(nèi)，又可分為三個(gè)主要區(qū)域，即波長(zhǎng)較短的紫外光區(qū)、波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外光區(qū)和介于二者之間的可見光區(qū)。太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽輻射總量的50％，后者占43％。紫外區(qū)只占能量的7％。在波長(zhǎng)0.48微米的地方，太陽輻射的能力達(dá)到最高值，數(shù)值約為3.0卡/cm2.分以上。
(2)太陽輻射強(qiáng)度和太陽常數(shù)：太陽輻射強(qiáng)度就是太陽在垂直照射情況下在單位時(shí)間(一分鐘、一天、一個(gè)月或者一年)內(nèi)，一平方厘米的面積上所得到的輻射能量。如果在特定的情況下測(cè)量太陽輻射強(qiáng)度，就叫做太陽常數(shù)。也就是說，必須是在日地平均距離的條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光線的1平方厘米的面積上，在1分鐘內(nèi)所接受的太陽輻射能量，就稱為太陽常數(shù)。它是用來表達(dá)太陽輻射能量的一個(gè)物理量。
這里需要解釋幾個(gè)概念：
①日地平均距離：太陽和地球的距離在天文學(xué)上稱做“天文單位”，這是一個(gè)很重要的數(shù)字，很多天文數(shù)字都是以它為基礎(chǔ)的。測(cè)量日地距離的方法有好幾種，一種是利用金星凌日(即太陽、金星一地球剛好在一條直線上)；另一種方法是利用小行星測(cè)量日地距離。歷史上就是用前一種方法測(cè)出地球到太陽的距離的，也是這樣算出日地平均距離的，即從地球上發(fā)出一束雷達(dá)波，打到金星上面，再?gòu)慕鹦巧戏瓷浠貋�。利用這種方法測(cè)出的日地平均距離為149,597,870公里，大約為15,000萬公里。
②在大氣上界：就是說不考慮大氣對(duì)太陽輻射的影響，即在沒有大氣的情況下。太陽常數(shù)的數(shù)值，由于觀測(cè)年代不同，以及觀測(cè)方法和推算方法的不同，在不同的書籍和資料中，其數(shù)值常不一致，變動(dòng)幅度在1.90-2.90卡厘米/2.分之間。1957年國(guó)際地球物理年決定采用1.98卡/厘米2.分。近年來，在宇航事業(yè)取得新資料的情況下，經(jīng)過大量觀測(cè)和分析，測(cè)得新的太陽常數(shù)為1.95卡/厘米2.分。據(jù)研究，太陽常數(shù)也有周期性的變化，這可能與太陽黑子的活動(dòng)周期有關(guān)。因此，在長(zhǎng)期氣象預(yù)報(bào)過程中，常把太陽常數(shù)和太陽黑子的周期變化聯(lián)系起來，分析氣候長(zhǎng)期變化的趨勢(shì)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃服務(wù)。
③到達(dá)大氣上界的太陽輻射：太陽常數(shù)在一定程度上代表了垂直到達(dá)大氣上界的太陽輻射強(qiáng)度，但太陽常數(shù)到達(dá)水平面上的太陽輻射強(qiáng)度之間，存在著下面的數(shù)學(xué)關(guān)系式：
I=I0.sinｈ
式中，ｈ為太陽高度角，I0為太陽常數(shù),I為投射到大氣上界水平面上的太陽輻射強(qiáng)度。
上式表明：大氣上界水平面上的太陽輻射強(qiáng)度，隨太陽高度角的增大而增強(qiáng)。當(dāng)太陽高度角為90°時(shí)，太陽輻射強(qiáng)度就等于太陽常數(shù)。因此，太陽常數(shù)就是到達(dá)水平面上的太陽輻射強(qiáng)度的最大值。
到達(dá)大氣上界的太陽輻射，就是太陽常數(shù)。但是因?yàn)榈竭_(dá)大氣上界的太陽輻射與日地距離的平方成反比，因此，在遠(yuǎn)日點(diǎn)和在近日點(diǎn)的太陽輻射強(qiáng)度與太陽常數(shù)就有一定差異。在近日點(diǎn)垂直于大氣上界的太陽輻射強(qiáng)度比太陽常數(shù)大3.4％；而在遠(yuǎn)日點(diǎn)則比太陽常數(shù)小3.5％。
根據(jù)上述太陽輻射強(qiáng)度和太陽常數(shù)的關(guān)系公式，到達(dá)大氣上界的太陽輻射與太陽高度角的正弦成正比。太陽高度角隨緯度和時(shí)間而變化。因此，在不同緯度上不同時(shí)間的太陽輻射強(qiáng)度都不同。由于南、北回歸線之間地區(qū)的太陽高度角較大，而北回歸線以北和南回歸線以南地區(qū)的太陽高度角隨緯度增高而減小，所以，到達(dá)地球大氣上界的太陽輻射沿緯度的分布是不均勻的，低緯度多，隨緯度的增高而減少；由于南、北回歸線之間地區(qū)的太陽高度角在一年中的變化較小，而中、高緯度地區(qū)的太陽高度角在一年中的變化較大，因而，低緯地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度的年變化小，高緯地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度的年變化大。 |
