太陽幅射

太陽幅射

到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。 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。 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。

太陽幅射太陽幅射
太陽向宇宙空間發射的電磁波粒子流。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二十二億分之一,但卻是地球大氣運動的主要能量源泉。

內容簡介

到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位於日地平均距離處時,地球大氣上界垂直於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區(波長0.4~0.76微米),7%在紫外光譜區(波長0.76微米),最大能量在波長0.475微米處。

由於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。太陽輻射通過大氣後,其強度和光譜能量分布都發生變化。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幾乎絕跡,在可見光譜區減少至40%,而在紅外光譜區增至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,北半球日輻射總量最小,極圈內為零,南北差異最大。南半球情況相反。春分秋分時,日輻射總量的分布與緯度的餘弦成正比。南、北回歸線之間的地區,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,只有在低緯度地區受到破壞。在赤道地區,由於多雲,年輻射總量並不最高。在南北半球的副熱帶高壓帶,特別是在大陸荒漠地區,年輻射總量較大,最大值在非洲東北部。

功能

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。太陽輻射隨季節變化呈現有規律的變化,形成了四季。除太陽本身的變化外,天文輻射能量主要決定於日地距離、太陽高度角和晝長。

地球繞太陽公轉的軌道為橢圓形,太陽位於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′出現極晝和極夜現象。南北半球的冬夏季節時間正好相反。

特點

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,在可見光區大氣吸收很少。在紅外區有很強的吸收帶。大氣中吸收太陽輻射的物質主要有氧、臭氧、水汽和液態水,其次有二氧化碳甲烷一氧化二氮和塵埃等。雲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。雲的平均反射率為0.50~0.55。

經過大氣削弱之後到達地面的太陽直接輻射和散射輻射之和稱為太陽總輻射。就全球平均而言,太陽總輻射只占到達大氣上界太陽輻射的45%。總輻射量隨緯度升高而減小,隨高度升高而增大。一天內中午前後最大,夜間為0;一年內夏大冬小。

太陽輻射能在可見光線(0.4~0.76μm)、紅外線(>0.76μm)和紫外線(<0.4μm)分別占50%、43%和7%,即集中於短波波段,故將太陽輻射稱為短波輻射。

太陽輻射試驗是評定戶外無遮蔽使用和儲存的設備經受太陽輻射熱和光學效應的能力。

試驗標準

太陽輻射試驗標準:

GJB150.7-86 軍用設備環境試驗方法太陽輻射試驗

GB4797.4-1989電工電子產品自然環境條件太陽輻射與溫度

GB/T2423.24-1995電工電子產品環境試驗第2部分:試驗方法試驗Sa:模擬地面上的太陽輻射

目前能進行太陽輻射試驗試驗的實驗室非常少,北京就環境可靠性與電磁兼容試驗服務中心,另外就上海廣州各有一家。

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