二、辐射

农业气象学第二章辐射知识点总结 一、辐射的基础知识 二、太阳高度角 三、大气对辐射的减弱作用 四、到达地面的太阳辐射 五、地面辐射收支 六、辐射与农业

辐射

• 辐射的基础知识
  • 辐射
    • 定义：自然界中的一切物体，只要其绝对温度>0K，就会不停地以电磁波的形式向外传递能量，这种传递能量的方式称为辐射。
    • 公式：1、e=h*v；2、v=c/λ；3、e=h*c/λ；
    • 物体对辐射的吸收（a）、反射（r）和透射（d）
      • 对一个物体而言，a+r+d=1
        • 不同物体对不用波长的吸收、反射、透射各不相同
        • 能全部吸收所有波长的辐射的物体我们称之为黑体 a≡1（恒等于）
    • 辐射波谱
      • 紫外线
        • λ=0.01-0.4μm
      • 可见光
        • λ=0.4-0.76μm
      • 红外线
        • λ=0.76-1000μm
      • 农业气象学分类
        • 短波
          • λ=0.15-4μm
        • 长波
          • λ=3-120μm
    • 辐射差额（R）
      • 定义：在一定时间内，物体吸收的辐射能量与放出的辐射能量的差值
      • R=收入-支出
        • ①R>0，收>支，热量盈余
        • ②R<0，收<支，热量亏损
        • ③R=0，收=支，热量平衡
  • 辐射的基本度量单位
    • 辐射通量（表示量的多少）
      • 定义：单位时间内通过或到达任意面积上的辐射能量
    • 辐射通量密度（辐射照度）（表示强度的大小）
      • 定义：单位时间内通过单位面积的辐射能
  • 太阳辐射的基础知识
    • 太阳辐射主要能量集中在某个某个区域
    • 太阳常数
      • 当日地处于平均距离时，在大气上界垂直于太阳光线的单位面积，在单位时间内所接受到的太阳辐射能
      • 不是一个恒定数值，受到太阳活动的微小变化；再加上测量仪器、采用方法、技术的不同，导致太阳常数存在微小变化。
• 太阳高度角
  • 定义
    • 太阳光线与地球水平面的夹角
  • 公式
    • sinh=sinφ·sinδ+cosφ·cosδ·cost
      • 正午太阳高度角：h=90°-φ+δ
    • 影响因素
      • ①观测点的地理纬度
      • ②赤纬
        • 冬至日：δ=-23.5°
        • 春分秋分：δ=0°
        • 夏至日：δ=23.5°
      • ③时角
        • t=15*（ST-12）
          • ST：太阳时，以24小时记，正午t=0
        • 以正午12时t=0，每小时15°，上午为正值，下午为负值
  • 变化规律
    • 日变化
      • 最小值h=0°，日出日落时刻
      • 最大值cost=1，正午时刻，正午太阳高度角h=90°-φ+δ
    • 年变化
      • 赤道
        • 春秋分最大，正午h=90°
        • 夏至日冬至日最小，正午h=66°33′
      • 北半球
        • 一年中夏至日最大，冬至日最小
    • 空间水平变化
      • （以北半球为例）以北回归线处h最大，随着φ增大或减小，h逐渐减小
      • 春分、秋分、冬至日，以赤道h最大，随着φ增大，h逐渐减小
• 大气对太阳辐射的减弱作用
  • 上
    • 吸收作用
      • 大气
        • λ<0.3μm全部被大气吸收
        • λ>0.8μm几乎被大气所吸收
        • λ=0.3-0.8μm大气几乎无吸收
      • 水
        • 主要吸收的是λ=0.93-2.85μm的红外线区（占4%-15%）
      • CO2
        • λ=2.75μm和λ=4.3μm红外线区
      • O2
        • 主要是λ<0.2μm紫外线区
      • O3
        • 主要是λ=0.2-0.3μm
    • 散射作用（当太阳辐射穿过大气时，遇到大气中的各种质点，太阳辐射能的一部分散向四面八方，称为散射）
      • 质粒的直径比波长小：分子散射（雷利散射）
        • λ越短，散射程度越强
          • 蔚蓝色的天空
            • 蓝紫光被散射的程度比红橙光来得强
          • 早晨和傍晚看到一轮红日
            • 蓝紫光散射成都>红橙光 且红橙光的λ更长，穿透力更强，可穿过厚厚的大气层到达地面
      • 质粒的直径比波长大：粗粒散射（漫射）
        • 特点：散射程度（即散射系数）不随λ变化而变化，对所有的入射光都呈现一样的散射程度
        • 现象：阴天看到乳白色的天空
    • 反射作用
      • 参与反射作用的物质：大气中较大的尘粒和云滴、云层
      • 云的反射作用非常强，云量愈多，云层愈厚，反射愈强，最高可达到80%,云层平均反射率为50%-55%
  • 下
    • 大气质量
      • 通常用太阳直接辐射所通过的大气路径的长度与大气垂直厚度的比值
      • 子主题
      • 太阳高度角与大气质量的关系：大气量与太阳高度角成反比，太阳高度角越大，大气量越小。
        • 子主题
    • 大气透明系数
      • 太阳辐射直接透过一个大气量（m=1）后的照度与原来透过之前的照度的比值
      • 标准大气量：在标准状态下，海平面气压为1013hPa，气温为0℃时，太阳光垂直投射到地面所经过的路程中，单位截面积空气柱的质量称为一个大气质量数 m=1
  • 小结： ①太阳辐射穿过的大气路径越长（大气质量m越大）⇒太阳辐射照度受到削弱⇒到达地面的辐射照度越弱 ②大气层中质点数越少⇒大气越干净⇒大气透明系数越大⇒太阳辐射受削弱越少⇒到达地面的照度越强
    • 子主题
• 到达地面的太阳辐射
  • 上
    • 直接辐射（Q）
      • 定义：直接辐射照度：与太阳辐射方向正交的单位面积，在单位时间内所接收到的太阳直接辐射能
        • 直接辐射照度影响地球接受到的太阳辐射的强弱
      • 直接辐射能：即太阳辐射中未经散射和反射，直接投射到地球表面的那一部分辐射
      • 影响因子
        • 太阳高度角h
          • h越大，大气对太阳辐射削弱程度越小，Q越大
            • h取决于三个因素φ、δ、t
              • 日变化t
                • 早晨和傍晚：t较大，h很小，大气路径长，Q小
                • 中午：t较小，h很大，大气路径短，Q大
              • 年变化δ
                • 北半球
                  • 夏季φ（+）：h大，Q大
                  • 冬季φ（-）：h小，Q小
                • 赤道
                  • 春（秋）分日，δ最小（正午h=90°）Q出现2次高值
                  • 夏至日（冬至日）δ最大，正午h=66°33′ Q出现2次低值
              • 空间水平变化φ
                • 纬度φ越大，h越小，Q越小
        • 大气透明系数（透明系数顾名思义越透明，系数越大，即阻碍物越少，就是质点数越少，大气透明系数越大）
          • 大气透明系数越大，大气中质点数越小，对太阳辐射照度越小，Q较大；即大气透明系数越大，Q越大
            • eg
              • 云量：云量越大，大气中质点数越多，大气透明系数越小，Q越小
              • 海拔高度：H越高，大气中质粒数越少，大气越透明，大气透明系数越大，Q越大
    • 散射辐射（q）
      • 定义：水平面上的单位面积，在单位时间内所接受的来自整个天空的散射辐射能
      • 影响因素
        • 太阳高度角h
          • h越大，q越大
          • 影响h的三个因素为φ、δ、t，与直接辐射相类似，见上
        • 大气透明系数
          • eg
            • 云量：
              • 云量在接近全天空的50%时，q达到最大
              • 云量超过全天空的50%时，云量愈大，q愈小
            • 海拔高度H
              • H越高，质粒越少，能散射的媒介越少，q越小
  • 下
    • 总辐射
      • 定义
        • 水平面上的直接辐射照度（Q）与散射辐射照度（q）之和
      • 影响因素
        • 太阳高度角h
          • h越大，Q越大，q越大，则总辐射Rs越大
          • 当h=0°时，虽然Q=0，到那时q≠0，则总辐射≠0
          • 当h=-6°时，不但Q=0，且q=0，此时总辐射为0
        • 大气透明系数
          • 大气透明系数越大，Q越大，但时q减小
            • 不过结果总辐射增大，因为大气透明度增大对Q的△↑>>对q△↓，则△Q↑>>△q↓，则总辐射随着大气透明度的增大而增大
      • 总辐射量（却决于总辐射照度和日照时数）
        • 定义：地平面上的单位面积，在某一时段内所接收到的太阳总辐射能的数量
        • 太阳辐射日总量（年变化）
          • 赤道上，太阳辐射总量年变化小，随着纬度增加，变化幅度增大
            • 夏半年：φ↑，h↓，但是日照时数↑，虽然日辐射总量可能还是↓，但日总量↓幅度很小
            • 冬半年：φ↑，h↓，但是日照时数↓，则减少幅度很大（北极出现极夜，太阳辐射日总量为0）
  • 课堂补充：地面对太阳的反射
    • 投射到地面的辐射，并非完全被地面吸收，其中一部分被地面所反射
      • 不同性质地面的反射率（%）（理解为地面受到的太阳辐射中除去吸收的辐射）
        • 陆地>海洋
        • 干土>湿土
        • 平整>粗糙
        • 浅色土>深色土
        • 雪地反射率最大
• 地面辐射收支
  • 地面辐射
    • 引入：地面在接受Q、q后，具有一定热量，一部分将热量向下传导给土壤，一部分返还给大气。 大气在接收地面辐射热量以后，本身也具有E⇒向四面八方辐射自己的E①一部分射向宇宙②一部分反馈给地面
    • 定义：地面辐射指由地面放射的指向大气的辐射Rg（波长范围3.0-120μm，长波辐射，最大放射能力波长约为9.7μm）
    • ①白天：地面吸收E>放出E ⇒累计热量⇒T↑ ②夜间：地面无吸收，放出E⇒T↓
      • 但是地气之间一直在进行无时不刻的热量交换，长波辐射热量交换
  • 大气辐射
    • 定义：大气向四面八方放射的辐射能（波长范围7.0-120μm，长波辐射，最大放射能力的波长约为14.5μm）
    • 大气逆辐射
      • 定义：指大气辐射中投向地面的那一部分大气长波辐射（大气逆辐射给地面传送热量，因此弥补了地面的热量损失）
      • 对地面有增温效应，即大气的保温效应
  • 地面有效辐射（F。）
    • 定义：地面辐射与地面所吸收到的大气逆辐射的差值
    • F=地面辐射-δ·大气逆辐射（δ为地面对大气逆辐射的吸收率）
    • 地面有效辐射与地面温度关系
      • ①F。>0，地面失去热量，T地↓，通常T地>T气⇒地面从大气逆辐射中获得E<地面辐射（地面损失的能量）
      • ②只有当T气>T地时，此时F。<0，地面得到热量⇒T地↑
      • ③当F。=0时，地面热量得失平衡⇒T地不变
    • 影响因素（影响F。⇒即影响地面辐射、大气逆辐射和吸收率）
      • ①当T地>T气，F。>0⇒T差↑⇒F。↑ 当T地<T气，F。<0⇒T差↓⇒F。↓
      • ②大气中水汽量：水汽↑⇒F。↓
        • 水汽也算大气中的一部分，水汽可吸收长波辐射，云层愈厚，吸收地面长波辐射越多，T↑⇒大气逆辐射↑⇒F。↓
      • ③云况：云愈多云愈厚⇒F。↓
        • 原因
          • ①阻碍地面辐射
            • 解释①云层厚，吸收、反射辐射多，到达地面的辐射z自然就少了⇒地面T↓⇒地面辐射↓②不完全对，白天云层厚，大气削弱作用强，故T不太高
          • ②增强了大气逆辐射
      • ④地面的性质：地面越粗糙⇒F。↓ 地面有覆盖物⇒F。↓
        • 地面反射能力弱，吸收E↑⇒地面T高，地面辐射↑⇒F。↑
        • 地面有覆盖物，可以阻碍地面辐射⇒地面辐射↓⇒F。↓
      • ⑤微风：夜间有微风时⇒可以带走近地面的冷空气，随之而来的时暖空气⇒增强了暖空气的大气逆辐射⇒F。↓
      • ⑥海拔高度：H↑⇒水汽↓⇒大气逆辐射↓⇒F。↑
  • 地面辐射差额（Rg）
    • 定义：单位面积的地表面，在一定时间内辐射能的收入和支出之差
    • Rg=（Q+q）·（1-α）-F。（F。=地面辐射-δ·大气逆辐射）
    • 变化规律
      • 日变化
        • ①白天：收入远大于支出，Rg>0，在正午达到最大值
        • ②夜间：收入项=0，Rg=-F。<0，地面失热而降温
      • 年变化
        • ①夏季：太阳辐射强，收入>>支出，Rg>0，地面得热升温
        • ②冬季：太阳辐射弱，收入<<支出，Rg<0，地面失热降温
      • 空间水平的变化
        • ①纬度↓，Rg>0的月份越多
        • ②纬度↑，Rg<0的月份越少
  • 地气系统的辐射差额（Rs）
    • 公式：Rs=(Q+q)·（1-α）+Ra-F∞
      • Ra是大气辐射差额，即大气净吸收的太阳辐射。 F∞是大气上界的有效辐射，即辐射到宇宙空间去的地面和大气的长波辐射。
    • 空间水平上的变化
      • 纬度35°以下地区地气系统辐射差额有盈余，35°以上地区是亏损的，地气系统的辐射差额随着纬度↑而由+转向-，但是多年来大气和地球的温度变化范围很小⇒高纬地区不会不断降温，低纬地区不会不断升温
        • 辐射差额的分布现状是产生大气环流（空气运动）和洋流（水流运动）的根本原因，并使全牛辐射的热量和温度常年保持近于平衡状态。 所以对全球来讲，热量是从较低纬度地区向较高纬度地区输送，从下垫面向大气输送。
          • 子主题
• 辐射与农业
  • 太阳辐射波谱的影响
    • 紫外线的影响
      • 有利影响
        • ①可以起到消毒、杀死有害微生物
        • ②对作物有刺激作用，提高种子萌发能力
        • ③抑制作物徒长，使作物茎叶缩小，颜色变深、叶片变厚、 提高抗倒伏能力
        • ④促进植物形成各种色素和维生素
        • ⑤促进植物对磷、铝元素的吸收、有利于果实的成熟，而且 提高果实的含糖量
      • 不利影响
        • ①波长小于0.28μm的紫外线能杀死许多植物
        • ②会影响一些植物的品质
        • ③人类若长期在紫外线照射下，皮肤会变黑，也会导致贫血，甚 至容易患皮肤癌
        • ④紫外线辐射会促使各种有机和无机材料的加速化学分解和老化
    • 可见光的影响
      • 红橙光谱区（0.61-0.77 μm）
        • 植物开花过程和光周期过程都 以最大速度完成
      • 蓝紫光谱区（0.4-0.51 μm ）
        • 促进蛋白质、脂肪的合成和数量的增加
      • 黄绿光谱区（0.495-0.595 μm ）
        • 低光合效率和无特殊意 义的光谱区
    • 红外线的影响
      • ①波长0.76-1.0μm，对植物生长、光周期及种子形成有重 要作用，还能控制开花和果实颜色
      • ②波长1.0-2.0μm，植物吸收量少，被吸收后转变为热能， 影响植物体的温度及蒸腾作用，可促进干物质的积累
      • ③波长2.0-3.0μm，植物吸收80-90%，但只有热效应
      • ④波长3.0μm以上，植物很少吸收
    • 光和有效辐射（波长：0.38-0.71μm）
      • 能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和 其他生理现象的太阳辐射波谱区，称为生理辐射。在这个波 谱区内量子能量使叶绿素分子呈激发状态，并将自身能量消 耗在形成有机化合物上，故这段波谱称光合有效辐射。
  • 太阳辐射照度影响
    • 光饱和点
      • 在一定的光照强度范围内，光照度增加，光合效率也 增加，当光照度达到一定程度时，光合效率不再随光照度 的增大而增强，称此时的光照度值为光饱和点。
    • 光补偿点
      • 当光照度降低时，光合强度也随之降低，植物的光合作用 和呼吸作用达到相等时的光照度值称为光补偿点
    • 总结：作物的光饱和点越高、光补偿点 越低，对光能的利用就越高效。
  • 太阳辐射时间影响
    • 光周期现象
      • 定义：植物通过感受昼夜交替及其延续时间长度而控制开花 等现象称为光周期现象。即植物通过感受昼夜长短而控制 生理反应的现象。
    • 分类（按照光周期现象分类）
      • ①长日照作物指那些只有在白天日照时间多于某一界限（＞ 12~14小时）时才能开花结果的作物。如：小麦、大麦、燕麦、亚麻、油菜、甜菜、胡萝卜、菠菜等原产高纬度的植物。
      • ②短日照作物指那些只有在白天日照时间少于某一界限（＜ 12~14小时）时才能开花结果的作物。如：水稻、玉米、大豆、高粱、棉花、甘薯等原产地于热带、亚热带的植物。
      • ③中性作物指那些不受日长影响，只要其他条件适宜就能开 花、结果的作物。如：四季豆、黄瓜、蕃茄等。
      • ④中日照作物指只能在一定日长范围内开花结实，而在较长、 较短日照下均不能开花。如甘蔗等
    • 光照时间与作物引种
      • 选择纬度相近，海拔相近，感光性弱的品种，引种成功率大
        • 子主题
        • 子主题
    • 光能利用率
      • 定义：单位面积作物收获物中所包含的能量与该单位面积上的光和有效辐射能量的比值。
• 总体上看，地面收入>支出，地面热量有盈余，但地面并没有一直升温，因为地面一直对外放射它的能量
• 小结：1、太阳辐射穿过的大气路径越长（大气质量m越大），照度受到的削弱越多，到达地面的辐射照度越弱 2、大气层中的质点数越少，大气越干净，大气透明系数越大，太阳辐射受到的削弱越少，到达地面的照度越强

辐射

• 辐射的基础知识
  • 辐射
    • 定义：自然界中的一切物体，只要其绝对温度>0K，就会不停地以电磁波的形式向外传递能量，这种传递能量的方式称为辐射。
    • 公式：1、e=h*v；2、v=c/λ；3、e=h*c/λ；
    • 物体对辐射的吸收（a）、反射（r）和透射（d）
      • 对一个物体而言，a+r+d=1
        • 不同物体对不用波长的吸收、反射、透射各不相同
        • 能全部吸收所有波长的辐射的物体我们称之为黑体 a≡1（恒等于）
    • 辐射波谱
      • 紫外线
        • λ=0.01-0.4μm
      • 可见光
        • λ=0.4-0.76μm
      • 红外线
        • λ=0.76-1000μm
      • 农业气象学分类
        • 短波
          • λ=0.15-4μm
        • 长波
          • λ=3-120μm
    • 辐射差额（R）
      • 定义：在一定时间内，物体吸收的辐射能量与放出的辐射能量的差值
      • R=收入-支出
        • ①R>0，收>支，热量盈余
        • ②R<0，收<支，热量亏损
        • ③R=0，收=支，热量平衡
  • 辐射的基本度量单位
    • 辐射通量（表示量的多少）
      • 定义：单位时间内通过或到达任意面积上的辐射能量
    • 辐射通量密度（辐射照度）（表示强度的大小）
      • 定义：单位时间内通过单位面积的辐射能
  • 太阳辐射的基础知识
    • 太阳辐射主要能量集中在某个某个区域
    • 太阳常数
      • 当日地处于平均距离时，在大气上界垂直于太阳光线的单位面积，在单位时间内所接受到的太阳辐射能
      • 不是一个恒定数值，受到太阳活动的微小变化；再加上测量仪器、采用方法、技术的不同，导致太阳常数存在微小变化。
• 太阳高度角
  • 定义
    • 太阳光线与地球水平面的夹角
  • 公式
    • sinh=sinφ·sinδ+cosφ·cosδ·cost
      • 正午太阳高度角：h=90°-φ+δ
    • 影响因素
      • ①观测点的地理纬度
      • ②赤纬
        • 冬至日：δ=-23.5°
        • 春分秋分：δ=0°
        • 夏至日：δ=23.5°
      • ③时角
        • t=15*（ST-12）
          • ST：太阳时，以24小时记，正午t=0
        • 以正午12时t=0，每小时15°，上午为正值，下午为负值
  • 变化规律
    • 日变化
      • 最小值h=0°，日出日落时刻
      • 最大值cost=1，正午时刻，正午太阳高度角h=90°-φ+δ
    • 年变化
      • 赤道
        • 春秋分最大，正午h=90°
        • 夏至日冬至日最小，正午h=66°33′
      • 北半球
        • 一年中夏至日最大，冬至日最小
    • 空间水平变化
      • （以北半球为例）以北回归线处h最大，随着φ增大或减小，h逐渐减小
      • 春分、秋分、冬至日，以赤道h最大，随着φ增大，h逐渐减小
• 大气对太阳辐射的减弱作用
  • 上
    • 吸收作用
      • 大气
        • λ<0.3μm全部被大气吸收
        • λ>0.8μm几乎被大气所吸收
        • λ=0.3-0.8μm大气几乎无吸收
      • 水
        • 主要吸收的是λ=0.93-2.85μm的红外线区（占4%-15%）
      • CO2
        • λ=2.75μm和λ=4.3μm红外线区
      • O2
        • 主要是λ<0.2μm紫外线区
      • O3
        • 主要是λ=0.2-0.3μm
    • 散射作用（当太阳辐射穿过大气时，遇到大气中的各种质点，太阳辐射能的一部分散向四面八方，称为散射）
      • 质粒的直径比波长小：分子散射（雷利散射）
        • λ越短，散射程度越强
          • 蔚蓝色的天空
            • 蓝紫光被散射的程度比红橙光来得强
          • 早晨和傍晚看到一轮红日
            • 蓝紫光散射成都>红橙光 且红橙光的λ更长，穿透力更强，可穿过厚厚的大气层到达地面
      • 质粒的直径比波长大：粗粒散射（漫射）
        • 特点：散射程度（即散射系数）不随λ变化而变化，对所有的入射光都呈现一样的散射程度
        • 现象：阴天看到乳白色的天空
    • 反射作用
      • 参与反射作用的物质：大气中较大的尘粒和云滴、云层
      • 云的反射作用非常强，云量愈多，云层愈厚，反射愈强，最高可达到80%,云层平均反射率为50%-55%
  • 下
    • 大气质量
      • 通常用太阳直接辐射所通过的大气路径的长度与大气垂直厚度的比值
      • 子主题
      • 太阳高度角与大气质量的关系：大气量与太阳高度角成反比，太阳高度角越大，大气量越小。
        • 子主题
    • 大气透明系数
      • 太阳辐射直接透过一个大气量（m=1）后的照度与原来透过之前的照度的比值
      • 标准大气量：在标准状态下，海平面气压为1013hPa，气温为0℃时，太阳光垂直投射到地面所经过的路程中，单位截面积空气柱的质量称为一个大气质量数 m=1
  • 小结： ①太阳辐射穿过的大气路径越长（大气质量m越大）⇒太阳辐射照度受到削弱⇒到达地面的辐射照度越弱 ②大气层中质点数越少⇒大气越干净⇒大气透明系数越大⇒太阳辐射受削弱越少⇒到达地面的照度越强
    • 子主题
• 到达地面的太阳辐射
  • 上
    • 直接辐射（Q）
      • 定义：直接辐射照度：与太阳辐射方向正交的单位面积，在单位时间内所接收到的太阳直接辐射能
        • 直接辐射照度影响地球接受到的太阳辐射的强弱
      • 直接辐射能：即太阳辐射中未经散射和反射，直接投射到地球表面的那一部分辐射
      • 影响因子
        • 太阳高度角h
          • h越大，大气对太阳辐射削弱程度越小，Q越大
            • h取决于三个因素φ、δ、t
              • 日变化t
                • 早晨和傍晚：t较大，h很小，大气路径长，Q小
                • 中午：t较小，h很大，大气路径短，Q大
              • 年变化δ
                • 北半球
                  • 夏季φ（+）：h大，Q大
                  • 冬季φ（-）：h小，Q小
                • 赤道
                  • 春（秋）分日，δ最小（正午h=90°）Q出现2次高值
                  • 夏至日（冬至日）δ最大，正午h=66°33′ Q出现2次低值
              • 空间水平变化φ
                • 纬度φ越大，h越小，Q越小
        • 大气透明系数（透明系数顾名思义越透明，系数越大，即阻碍物越少，就是质点数越少，大气透明系数越大）
          • 大气透明系数越大，大气中质点数越小，对太阳辐射照度越小，Q较大；即大气透明系数越大，Q越大
            • eg
              • 云量：云量越大，大气中质点数越多，大气透明系数越小，Q越小
              • 海拔高度：H越高，大气中质粒数越少，大气越透明，大气透明系数越大，Q越大
    • 散射辐射（q）
      • 定义：水平面上的单位面积，在单位时间内所接受的来自整个天空的散射辐射能
      • 影响因素
        • 太阳高度角h
          • h越大，q越大
          • 影响h的三个因素为φ、δ、t，与直接辐射相类似，见上
        • 大气透明系数
          • eg
            • 云量：
              • 云量在接近全天空的50%时，q达到最大
              • 云量超过全天空的50%时，云量愈大，q愈小
            • 海拔高度H
              • H越高，质粒越少，能散射的媒介越少，q越小
  • 下
    • 总辐射
      • 定义
        • 水平面上的直接辐射照度（Q）与散射辐射照度（q）之和
      • 影响因素
        • 太阳高度角h
          • h越大，Q越大，q越大，则总辐射Rs越大
          • 当h=0°时，虽然Q=0，到那时q≠0，则总辐射≠0
          • 当h=-6°时，不但Q=0，且q=0，此时总辐射为0
        • 大气透明系数
          • 大气透明系数越大，Q越大，但时q减小
            • 不过结果总辐射增大，因为大气透明度增大对Q的△↑>>对q△↓，则△Q↑>>△q↓，则总辐射随着大气透明度的增大而增大
      • 总辐射量（却决于总辐射照度和日照时数）
        • 定义：地平面上的单位面积，在某一时段内所接收到的太阳总辐射能的数量
        • 太阳辐射日总量（年变化）
          • 赤道上，太阳辐射总量年变化小，随着纬度增加，变化幅度增大
            • 夏半年：φ↑，h↓，但是日照时数↑，虽然日辐射总量可能还是↓，但日总量↓幅度很小
            • 冬半年：φ↑，h↓，但是日照时数↓，则减少幅度很大（北极出现极夜，太阳辐射日总量为0）
  • 课堂补充：地面对太阳的反射
    • 投射到地面的辐射，并非完全被地面吸收，其中一部分被地面所反射
      • 不同性质地面的反射率（%）（理解为地面受到的太阳辐射中除去吸收的辐射）
        • 陆地>海洋
        • 干土>湿土
        • 平整>粗糙
        • 浅色土>深色土
        • 雪地反射率最大
• 地面辐射收支
  • 地面辐射
    • 引入：地面在接受Q、q后，具有一定热量，一部分将热量向下传导给土壤，一部分返还给大气。 大气在接收地面辐射热量以后，本身也具有E⇒向四面八方辐射自己的E①一部分射向宇宙②一部分反馈给地面
    • 定义：地面辐射指由地面放射的指向大气的辐射Rg（波长范围3.0-120μm，长波辐射，最大放射能力波长约为9.7μm）
    • ①白天：地面吸收E>放出E ⇒累计热量⇒T↑ ②夜间：地面无吸收，放出E⇒T↓
      • 但是地气之间一直在进行无时不刻的热量交换，长波辐射热量交换
  • 大气辐射
    • 定义：大气向四面八方放射的辐射能（波长范围7.0-120μm，长波辐射，最大放射能力的波长约为14.5μm）
    • 大气逆辐射
      • 定义：指大气辐射中投向地面的那一部分大气长波辐射（大气逆辐射给地面传送热量，因此弥补了地面的热量损失）
      • 对地面有增温效应，即大气的保温效应
  • 地面有效辐射（F。）
    • 定义：地面辐射与地面所吸收到的大气逆辐射的差值
    • F=地面辐射-δ·大气逆辐射（δ为地面对大气逆辐射的吸收率）
    • 地面有效辐射与地面温度关系
      • ①F。>0，地面失去热量，T地↓，通常T地>T气⇒地面从大气逆辐射中获得E<地面辐射（地面损失的能量）
      • ②只有当T气>T地时，此时F。<0，地面得到热量⇒T地↑
      • ③当F。=0时，地面热量得失平衡⇒T地不变
    • 影响因素（影响F。⇒即影响地面辐射、大气逆辐射和吸收率）
      • ①当T地>T气，F。>0⇒T差↑⇒F。↑ 当T地<T气，F。<0⇒T差↓⇒F。↓
      • ②大气中水汽量：水汽↑⇒F。↓
        • 水汽也算大气中的一部分，水汽可吸收长波辐射，云层愈厚，吸收地面长波辐射越多，T↑⇒大气逆辐射↑⇒F。↓
      • ③云况：云愈多云愈厚⇒F。↓
        • 原因
          • ①阻碍地面辐射
            • 解释①云层厚，吸收、反射辐射多，到达地面的辐射z自然就少了⇒地面T↓⇒地面辐射↓②不完全对，白天云层厚，大气削弱作用强，故T不太高
          • ②增强了大气逆辐射
      • ④地面的性质：地面越粗糙⇒F。↓ 地面有覆盖物⇒F。↓
        • 地面反射能力弱，吸收E↑⇒地面T高，地面辐射↑⇒F。↑
        • 地面有覆盖物，可以阻碍地面辐射⇒地面辐射↓⇒F。↓
      • ⑤微风：夜间有微风时⇒可以带走近地面的冷空气，随之而来的时暖空气⇒增强了暖空气的大气逆辐射⇒F。↓
      • ⑥海拔高度：H↑⇒水汽↓⇒大气逆辐射↓⇒F。↑
  • 地面辐射差额（Rg）
    • 定义：单位面积的地表面，在一定时间内辐射能的收入和支出之差
    • Rg=（Q+q）·（1-α）-F。（F。=地面辐射-δ·大气逆辐射）
    • 变化规律
      • 日变化
        • ①白天：收入远大于支出，Rg>0，在正午达到最大值
        • ②夜间：收入项=0，Rg=-F。<0，地面失热而降温
      • 年变化
        • ①夏季：太阳辐射强，收入>>支出，Rg>0，地面得热升温
        • ②冬季：太阳辐射弱，收入<<支出，Rg<0，地面失热降温
      • 空间水平的变化
        • ①纬度↓，Rg>0的月份越多
        • ②纬度↑，Rg<0的月份越少
  • 地气系统的辐射差额（Rs）
    • 公式：Rs=(Q+q)·（1-α）+Ra-F∞
      • Ra是大气辐射差额，即大气净吸收的太阳辐射。 F∞是大气上界的有效辐射，即辐射到宇宙空间去的地面和大气的长波辐射。
    • 空间水平上的变化
      • 纬度35°以下地区地气系统辐射差额有盈余，35°以上地区是亏损的，地气系统的辐射差额随着纬度↑而由+转向-，但是多年来大气和地球的温度变化范围很小⇒高纬地区不会不断降温，低纬地区不会不断升温
        • 辐射差额的分布现状是产生大气环流（空气运动）和洋流（水流运动）的根本原因，并使全牛辐射的热量和温度常年保持近于平衡状态。 所以对全球来讲，热量是从较低纬度地区向较高纬度地区输送，从下垫面向大气输送。
          • 子主题
• 辐射与农业
  • 太阳辐射波谱的影响
    • 紫外线的影响
      • 有利影响
        • ①可以起到消毒、杀死有害微生物
        • ②对作物有刺激作用，提高种子萌发能力
        • ③抑制作物徒长，使作物茎叶缩小，颜色变深、叶片变厚、 提高抗倒伏能力
        • ④促进植物形成各种色素和维生素
        • ⑤促进植物对磷、铝元素的吸收、有利于果实的成熟，而且 提高果实的含糖量
      • 不利影响
        • ①波长小于0.28μm的紫外线能杀死许多植物
        • ②会影响一些植物的品质
        • ③人类若长期在紫外线照射下，皮肤会变黑，也会导致贫血，甚 至容易患皮肤癌
        • ④紫外线辐射会促使各种有机和无机材料的加速化学分解和老化
    • 可见光的影响
      • 红橙光谱区（0.61-0.77 μm）
        • 植物开花过程和光周期过程都 以最大速度完成
      • 蓝紫光谱区（0.4-0.51 μm ）
        • 促进蛋白质、脂肪的合成和数量的增加
      • 黄绿光谱区（0.495-0.595 μm ）
        • 低光合效率和无特殊意 义的光谱区
    • 红外线的影响
      • ①波长0.76-1.0μm，对植物生长、光周期及种子形成有重 要作用，还能控制开花和果实颜色
      • ②波长1.0-2.0μm，植物吸收量少，被吸收后转变为热能， 影响植物体的温度及蒸腾作用，可促进干物质的积累
      • ③波长2.0-3.0μm，植物吸收80-90%，但只有热效应
      • ④波长3.0μm以上，植物很少吸收
    • 光和有效辐射（波长：0.38-0.71μm）
      • 能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和 其他生理现象的太阳辐射波谱区，称为生理辐射。在这个波 谱区内量子能量使叶绿素分子呈激发状态，并将自身能量消 耗在形成有机化合物上，故这段波谱称光合有效辐射。
  • 太阳辐射照度影响
    • 光饱和点
      • 在一定的光照强度范围内，光照度增加，光合效率也 增加，当光照度达到一定程度时，光合效率不再随光照度 的增大而增强，称此时的光照度值为光饱和点。
    • 光补偿点
      • 当光照度降低时，光合强度也随之降低，植物的光合作用 和呼吸作用达到相等时的光照度值称为光补偿点
    • 总结：作物的光饱和点越高、光补偿点 越低，对光能的利用就越高效。
  • 太阳辐射时间影响
    • 光周期现象
      • 定义：植物通过感受昼夜交替及其延续时间长度而控制开花 等现象称为光周期现象。即植物通过感受昼夜长短而控制 生理反应的现象。
    • 分类（按照光周期现象分类）
      • ①长日照作物指那些只有在白天日照时间多于某一界限（＞ 12~14小时）时才能开花结果的作物。如：小麦、大麦、燕麦、亚麻、油菜、甜菜、胡萝卜、菠菜等原产高纬度的植物。
      • ②短日照作物指那些只有在白天日照时间少于某一界限（＜ 12~14小时）时才能开花结果的作物。如：水稻、玉米、大豆、高粱、棉花、甘薯等原产地于热带、亚热带的植物。
      • ③中性作物指那些不受日长影响，只要其他条件适宜就能开 花、结果的作物。如：四季豆、黄瓜、蕃茄等。
      • ④中日照作物指只能在一定日长范围内开花结实，而在较长、 较短日照下均不能开花。如甘蔗等
    • 光照时间与作物引种
      • 选择纬度相近，海拔相近，感光性弱的品种，引种成功率大
        • 子主题
        • 子主题
    • 光能利用率
      • 定义：单位面积作物收获物中所包含的能量与该单位面积上的光和有效辐射能量的比值。
• 总体上看，地面收入>支出，地面热量有盈余，但地面并没有一直升温，因为地面一直对外放射它的能量
• 小结：1、太阳辐射穿过的大气路径越长（大气质量m越大），照度受到的削弱越多，到达地面的辐射照度越弱 2、大气层中的质点数越少，大气越干净，大气透明系数越大，太阳辐射受到的削弱越少，到达地面的照度越强