太阳辐射

光通量、光通量密度、照度 光通量、光通量密度、 光通量及单位 定义：表征辐射通量而产生光感觉的量。 定义：表征辐射通量而产生光感觉的量。 单位：流明（lm） 单位：流明（lm） 光通量密度及单位 定义：单位面积上的光通量。 定义：单位面积上的光通量。 单位：流明/米2（lmm-2） lm 单位：流明/ 照度及单位 定义：单位面积上接受的光通量。 定义：单位面积上接受的光通量。 单位： lx，音译为勒克斯，1 lx=1 lmm-2 lm 单位： lx，音译为勒克斯，
辐射通量密度（ 辐射通量密度（E）及单位 定义：单位面积上的辐射通量。 定义：单位面积上的辐射通量。 单位： Js-1m-2或Wm-2 单位： E=dF/(ds.dt)
dF ds
dF ds
辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。 辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。 辐射强度
光照时间＝可照时数＋ 光照时间＝可照时数＋曙暮光时间
曙暮光 在日出前和日落后， 在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下 0°～ 6°时，光通过大气散射到地表产生一定的光 照强度，这种光称为曙光和暮光。 照强度，这种光称为曙光和暮光。 一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。 一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。
北半球A 北半球A的季节变化
………… （3-13） 13）
除北极外，一年中只有春分日和秋分日， 除北极外，一年中只有春分日和秋分日，日出正东日没 正西。 正西。 夏半年内，日出东偏北方向， 夏半年内，日出东偏北方向，日没西偏北方 向；且愈近 夏至日，日出日没方位愈偏北。 夏至日，日出日没方位愈偏北。
物体对辐射的吸收、 物体对辐射的吸收、反射和透射 概念 吸收率(a) 吸收率(a) ： 反射率(r) 反射率(r) ： 透射率(d) 透射率(d) ：
入 射
a=Qa/Q r=Qr/Q d=Qd/Q
反 射
吸收
透 射
a、r、d的变化 黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸 黑体： 收的物体称为绝对黑体 故有： 收的物体称为绝对黑体。故有： 绝对黑体。 a＝１，r＝d＝０。 灰体：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不随波 吸收率a＝（１ 灰体：透射率d 长而变化的物体。 长而变化的物体。 的物体
sinh sin φ sin δ cos A = cosh cosφ
式中A 式中A值： 正南：A=0 正南： 正南以西： 正南以西：A>0 正南以东： 正南以东：A<0
…………(3 …………(3-12) (3-
特殊时刻A 特殊时刻A的计算公式 日出日没时（h=0 日出日没时（h=0）
sin δ cos A = cosφ
可见光波长范围
色彩名称 紫 波长范围 0.40～0.43微米 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米 0.62～0.76微米
式中σ 5.67× 式中σ＝5.67×10-8W.m-2.K-4为斯蒂芬—波尔兹曼常数。 斯蒂芬—波尔兹曼常数。 意义 物体温度愈高，其放射能力愈强。 物体温度愈高，其放射能力愈强。
维恩(Wien) 维恩(Wien)位移定律 (Wien)位移定律 定律 绝对黑体的放射能力最大值对应的波长( 绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(λm) 与其本身的 绝对温度( 成反比。 绝对温度(T)成反比。即： λm＝C/T 或 λm T=C …………(3-6) …………(3如果波长以nm为单位，则常数C 如果波长以nm为单位，则常数C＝2,897×103nm K,于是 nm为单位 nm K,于是 (3-6)式为 式为： (3-6)式为： λmT＝2897×103nmK 2897×
太阳辐射强度 （太阳辐射通量密度） 太阳辐射通量密度） 太阳辐射强度及单位 定义：单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。 内投射到单位面积上的太阳辐射能量 定义：单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。 单位：Wm-2 单位： 太阳常数 （S0） 太阳常数及变化范围 定义：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)， 日地平均距离时( 1.496× km)， 定义：当地球位于日地平均距离时 约为1.496 在地球大气上界投射到垂直于太阳光线平面上的太 地球大气上界投射到垂直于太阳光线平面上的太 投射到垂直于太阳光线平面上 阳辐射强度。 阳辐射强度。
ω的确定 ω是用角度表示的时间，每15°为一小时 是用角度表示的时间， 15° 正午： 正午：ω＝0； 上午： 上午：ω＜0； 下午： 下午：ω＞0，。 正午时刻h 正午时刻h的计算公式 h正午＝90°-φ+δ 90° …………(3 …………(3-11) (3-
太阳方位角 （A） 定义 太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。 太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。 计算公式
粒子性
EL = hf =
hV
λ
………… (3-2) (3-
其中h 6.626× 其中h＝6.626×10-34Js，称为普朗克常数。 称为普朗克常数 普朗克常数。 辐射的度量和单位 辐射通量、 辐射通量、辐射通量密度 辐射通量及单位： 辐射通量及单位： 定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。 定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。 单位：Js-1或W 单位：
2ω 可照时数 = 0 15
…………(3 …………(3-14) (3ω是时角
此时： 此时： cosω＝ cosω＝-tgφtgδ 实照时数 地面上用日照计实际测量的日照时数。 地面上用日照计实际测量的日照时数。 日照百分率 实照时数 日照百分率＝ 日照百分率＝ ————— 可照时数 光照时间 ×100% ………… (3-15) (3-
说明：式中N 以度为单位， 说明：式中N°以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总 天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。 天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。 特殊日期δ 特殊日期δ的值： 春分日(21/3)或秋分日(23/9) 春分日(21/3)或秋分日(23/9)：δ＝0° (21/3)或秋分日(23/9)： 夏至日(22/6) 夏至日(22/6)：δ＝23.5° (22/6)： 23.5° 冬至日(22/12) 冬至日(22/12)：δ＝-23.5°（23.5°S） (22/12)： 23.5° 23.5°
第 三 章 本 章 内 容
辐射的基本知识 太阳辐 射 地面辐射差额 太阳辐射、地面辐射和大气辐射的 太阳辐射、 基本性质、 基本性质、变化规律
第一节 辐射的基本知识
一、辐射及其特性
辐射 物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。 物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。 辐射能 物体以辐射的方式传递交换的能量。 物体以辐射的方式传递交换的能量。 基本特性 波粒二象性
变化范围： 1325 Wm-2 ～1457 Wm-2 变化范围： 我国采用的太阳常数值为1382 我国采用的太阳常数值为1382 Wm-2 。 太阳光量常数及范围 定义：大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。 定义：大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。 范围：1.35×105～1.4×105lx 1.4× 范围：1.35×
波动性 波动性的反映 V＝λf 电磁波谱 …………(3 …………(3-1) (3-
不同电磁波的具体波长范围
名称 紫外线 可见光 近红外 红 外 线 中红外 远红外 超远红外 毫米波 微 波 厘米波 分米波 波长范围 100埃 0.4微米 100埃～0.4微米 0.4微米～0.76微米 0.4微米～0.76微米 微米 0.76微米～3.0微米 0.76微米～3.0微米 微米 3.0微米～6.0微米 3.0微米～6.0微米 微米 6.0微米～15微米 6.0微米～15微米 微米 15微米～1000微米 15微米～1000微米 微米 1～10毫米 10毫米 1～10厘米 10厘米 10厘米～1米 10厘米～ 厘米 橙 红 蓝 青 绿 黄
二、辐射的基本定律
基尔荷夫(kirchoff)定律(选择吸收定律) 基尔荷夫(kirchoff)定律(选择吸收定律) (kirchoff)定律 定律 在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力 在一定温度下， (eλ,T) 与物体对该波长的吸收率(aλ,T)的比值，只是温度 与物体对该波长的吸收率(a 的比值， 和波长的函数，而与物体的其它性质无关。 和波长的函数，而与物体的其它性质无关。即:
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长 太阳高度角、
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90° 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°) 水平面上太阳辐射的计算
AB CD Sm ′＝Sm ＝Smsinh sinh ABC′D′
………… (3-8) (3Sm和Sm′与h的关系图
斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan Boltzmann)定律 斯蒂芬—波尔兹曼wenku.baidu.comStefan-Boltzmann)定律 (Stefan定律 与它本身绝对温度（ 黑体的总放射能力（ 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： 四次方成正比。 ET ＝σT
4
…………(3 …………(3-5) (3-
eλ,T = Eλ,T aλ,T
Eλ,T只是波长和温度的函数。 只是波长和温度的函数。
…………(3…………(3-4)
推论 对不同性质的物体，放射能力较强的物体， 对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力 也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱， 也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑体 的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。 的吸收能力最强，所以它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， 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。 那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。
冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向； 冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向；且愈近冬至 日，日出日没方位愈偏南。 日出日没方位愈偏南。 南半球相反
昼长（可照时数） 昼长（可照时数）
四季的形成
昼长的变化规律 相同纬度，昼长冬短夏长，春秋介于二者之间。 相同纬度，昼长冬短夏长，春秋介于二者之间。 夏季昼长随纬度升高而加长，冬季昼长随纬度升高而缩短， 夏季昼长随纬度升高而加长，冬季昼长随纬度升高而缩短， 春、秋分则不随纬度升高而变。 秋分则不随纬度升高而变。 可照时数、 可照时数、实照时数和日照百分率 可照时数（昼长） 可照时数（昼长） 定义：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。 定义：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。 单位：小时、 单位：小时、分 计算公式： 计算公式：
意义 物体的温度愈高， 物体的温度愈高， 放射能量最大值 的波长愈短， 的波长愈短，随 着物体温度不断 增高，最大辐射 增高， 波长由长向短位 移。 太阳辐射是短波 辐射，人、地 辐射， 面和大气辐射 是长波辐射。 是长波辐射。
不同温度下黑体辐射强度与温度的关系
第二节 太阳辐射
一、太阳辐射强度和太阳常数
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 水平面上得到的太阳辐射能随着 的增加而增加。 的增加而增加 h的计算公式 sin h＝sinφsinδ+cosφcosδcosω h＝ …………(3 …………(3-9) (3式中：φ为观测点纬度，δ为赤纬，ω是时角。 式中： 为观测点纬度， 为赤纬， 是时角。 δ的计算 δ的含义：太阳直射点纬度(即太阳直射光线与赤道平面 含义：太阳直射点纬度( 之间的夹角) 之间的夹角)。 计算公式： 计算公式： δ＝23.5sinN° 23.5sinN° …………(3 …………(3-10) (3-