太阳辐射是一种短波辐射

波尔兹曼常数。
（1844-1906,奥地利）
物体温度愈高，其放射能力愈强。
根据E*算出的温度为等效黑体温度，故太阳等效黑体 温度为5780K。
基尔霍夫定律(选择吸收定律) (Kirchoff’s Law)
物体对一定波长的比辐射率ελ（物体的辐射通量密度Eλ 与同温度下黑体的辐射通量密度Eλ*之比） 与该物体对同一 波长的吸收率(aλ)相等。
太阳辐射（Solar Radiation）
1、太阳辐射是一种电磁波； 2、太阳辐射由紫外线、可见光、 红外线三 部分组成； 3、太阳辐射的能量主要集中在可见光部分； 4、太阳辐射是一种短波辐射。
辐射通量（Radiation Flux）
单位时间通过任意面积上的辐射能，单位为J/s (或W)。
太阳的辐射通量约为3.90×1026 W 辐射通量密度 (Radiant Flux Density)
不断增高，最大辐射波长由长向短位移。
Hale Waihona Puke 维恩位移定律(Wien’s displacement Law)
绝对黑体的放射能力最强的波的波长 (λm) 与其本身的绝对温度(T)成反比。即：
λm＝C/T 或 λm T=C
维恩-德国物理学家 （1864-1928）
如果波长以μm为单位，则常数C＝2.897×103μm ·K， 于是上式为：
I0
2.太阳高度角 （h） 太阳光线与地表水平面之间的夹角。（0≤h≤90°)
sin h＝sinφsinδ+cosφcosδcosω
式中：φ为观测点纬度，δ为太阳赤纬，ω是时角。
I I sin h
太阳赤纬δ:地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之 间的夹角
0°
-23 °27′
23 °27′
太阳辐射的能量主要集中在0.17~4μm，而地球和大气辐射的主要能 量集中在3~120μm。一般以4μm为界，把太阳辐射称为短波辐射 (Shortwave Radiation)，把地球和大气辐射称为长波辐射(Longwave Radiation)。
黑体单色辐射力随波长的增大，先增大后减小。 物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短，随着物体温度
ελ = aλ
推论
对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力
也物较质强如；能反之强，烈放吸射收能某力一弱波者长，吸的收辐能射力，也则弱一，定黑体能的强吸烈 地发收射能同力一最波强长，所的以辐它射也。是放射能力最强的物体。
对同一物体，如果在温度T时它放射某一波长的辐射， 那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。
变化范围： 1325 ~1457 W/m2 （世界气象组织推荐太阳常数值 为1367W/m2 ）。
大气上界
约1.5亿km
大气 圈
2.2.2 到达地球上界的太阳辐射（天文辐射）
1.日地距离 （r）
地球上接收到的太阳辐射强度I与日地距离r的平方成反
比，与地球公转轨道的平均半径r0成正比。
I

r0 2 r2
2.1 辐射基础知识
2.1.1 辐射与辐射能
辐射（Radiation）
物体以电磁波或粒子流的形式向周围传递或交换能量 的方式。
辐射能（Radiation Energy）
物体以辐射的方式传递交换的能量。
基本特性
波粒二象性（同时具备波的特质及粒子的特质）
各种辐射的波长
不同电磁波的具体波长范围
名称
紫外线
2.2 太阳辐射
2.2.1 太阳辐射光谱和太阳常数
太阳辐射光谱 (Solar radiation spectrum)
太阳辐射中辐射随波长的分布。
图中： 实线是大气上界的太阳辐 射光谱； 虚线是温度在6000K时的 黑体辐射光谱。
太阳常数 （I0）
定义：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)，地球 大气上界，垂直于太阳光线单位面积上，单位时间内获得的太 阳辐射能。
普朗克定律 维恩位移定律
史蒂芬-玻尔兹曼定律 基尔霍夫定律
普朗克定律(Planck’s Law)
(黑体辐射的能量分布公式)
绝对黑体辐射能量与其波长、温度
的关系为：
2hc2
I
hc
5 (e kT 1)
普朗克-德国物理学家 （1858-1947）
I——辐射强度；
h ——普朗克常数，6.626×10-34 J/s； k ——波尔兹曼常数，1.38×10-23 J/K ； c ——真空中的光速，3×108 m/s； ——辐射波长，m； T ——物体的绝对温度，K。
单位面积上的辐射通量，单位为W/m2。
太阳的辐射通量密度约为6.34×107 W/m2
注意：辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力
2.1.2 辐射的基本定律
（绝对）黑体 Blackbody
对于投射到该物体上所有波 长的辐射都能全部吸收的物体， 是一种科学假想的物体，现实生 活中是不存在的，但却可以人工 制造出近似的人工黑体。
秋分、夏至和冬至这四个特定日子正午时的太阳高度角。
λmT＝2.897×103μm·K
根据λm算出的温度为色温度，故太阳色温度为6100K。
斯蒂芬—波尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann’s Law)
黑体的总放射能力（ET）与它本身绝 对温度（T）的四次方成正比。即：
E* ＝σT 4
式中σ＝5.67×10-8W/m2∙K4，为斯蒂芬— 斯蒂芬—波尔兹曼
0°
太阳赤纬的周年变化 δ＝23.5sinN°
赤纬角以年为周期，在+23 °27′与-23 °27′的范围内移动
时角ω:用角度表示的时间，距离正午每差1小时，时 角相差15°。 正午：ω＝0； 上午：ω＜0； 下午：ω＞0。
正午太阳高度角（h正午）的计算
h正午＝90°- φ + δ
思考：已知某地的纬度为北纬30º，试计算出该地春分、
可见光
近红外
红 外
中红外
线
远红外
超远红外
毫米波
微
波
厘米波
分米波
波长范围 0.01～0.4微米 0.4～0.76微米 0.76～3.0微米 3.0～6.0微米 6.0～15微米 15～1000微米
1～10毫米 1～10厘米 10～100厘米
波长和对应的颜色
色彩名称 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
波长范围 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米