第二章 辐射

太阳系各天体的图片（欣赏）
地球的公转与自转

地球围绕太阳公转，公转轨道面椭圆性，称为黄道面。 太阳处于椭圆的一个焦点上，另一焦点在太阳边缘。 地球公转一周称一回归年，为365.2422个太阳日。 近日点距太阳1.47亿公里，远日点距太阳1.52亿公里，平均 距离为1.50亿公里，称一个天文单位。
h正午＝90－φ+δ
计算：两院（109.5 ° E，19.5 ° N）夏至日正午太阳高度 角。
二、太阳高度角和日照时间
日照时间：从日出到日落所持续的时间称可照时间； 问题：可照时间有什么变化规律？
推导：将地球当成正球体，则日出、日落是对称的，太阳高度角为0°，所 以日出（落）的时角为 cosω＝－tgδtgφ 结论1：赤道上永远昼夜均分；春分（秋分）时地表各点昼夜均分； 结论2：北半球春分到秋分（夏半年）日长大于12小时，纬度越高，日 长越长；冬半年相反。
辐射的吸收、反射和透射
自然界中任何物体都在不停地向外发送着辐射 能，同时，也吸收到达其表面的辐射能，物体对于 到达其表面的辐射能一部分吸收，一部分反射，部 分可以透过物体 即： Q总 ＝ Q吸＋Q反＋Q透 等式两边同除Q总，去除量纲， 则分别表示吸收率、反射率和透过率。 a＋r＋d＝1
物体的吸收率、反射率及透射率是物体的固有属 性，且其数值随着不同波长的辐射以及其自身表面温 度的变化而不同，即它们都是波长和温度的函数：
T为其表面温度， 请分别计算太阳 表面（6000K）和地球 表面（约300K）的辐射 强度
σ为Stefan-Boltzman常数。
σ ＝ 5.67 * 10-8 w/m2k4

Wein定律
Wein定律描述的是物体辐射能量的主要分布波段范围。 表达式：λmax ＝2897/T T：物体表面温度 λmax：最大单色辐射波长
电磁波谱
紫外輻射
紅外輻射
辐射能与辐射强度
（1）辐射是以光子形式存在的，每一光子的能量为： e ＝ hν＝ hC/λ 式中h为普朗克常数：6.63*10-34 J.s 每个光子的能量很小，实际应用中常用摩尔光量子为单位， 1摩尔光子称作1爱因斯坦（Ei）
请分别计算1μEi波长为0.5微米和频率为 2450MHz的光量子的能量
0.047 51800 14.6 67 1.2 0.06 氢，氦，甲 烷 -210(C) ? 1.17 1′41″ 5
0.009 49500 17.2 57 1.7 0.02 氢，氦 甲 烷 -220 ? 1.18 1′04″ 2
可见表面平均温度 表面大气压强（毫巴） 表面重力（地球=1） 由行星所见太阳平均表观角直径 已知卫星数
地 球 的 大 小
地球的经纬度和时区


为标定地球表面任一点的具体位臵设定经纬度； 把经过地轴的平面与地球表面的交线称经圈，经圈被南北 极点一分为二为两个半圆，称作子午线或经线； 将通过英国伦敦格林威治天文台旧址的子午线定为本初子 午线，即0°经线，向东的称为东经，向西的称西经。
格 林 尼 治 天 文 台
0.007 12104 0.815 0.88 5.2 0 二氧化碳
0.017 12756 1 1 5.5 0.003 氮，氧
0.093 6787 0.108 0.15 4 0.009 二氧化碳氩
0.048 142800 317．.9 1316 1.3 0.06 氢，氦
0.056 120000 95.2 755 0.7 0.1 氢，氦
o
火星 227.9 24小时37分 23秒 24.1 23 59′ 1.9
o o
木星 778.3 9小时50分 30秒 13.1 3 05′ 1.3
o o
土星 1427 10小时14分
天王星 2869.6 -11小时
海王星 4496.6 16小时
冥王星 5900 6日9小时
轨道运动平均速度 （千米/秒） 轴倾角 （赤道与轨道交角） 赤道与黄道夹角 轨道偏心率 赤道直径（千米） 质量（地球=1） 体积（地球=1） 密度（水=1） 偏平度 大气（主要成分）
分别计算太阳和地球辐射的最大单色辐射波长。
§2.
太阳与地球
一、太阳与太阳系 二、地球的公转与自转
三、地球的经纬度与时区
太阳系家族
太阳系家族各行星
太阳系各行星数据
水星 到太阳的平均距离 （106Km） 自转周期 57.9 59日 金星 108.2 -243日 (逆
转)
地球 149.6 23小时56分 4秒 29.8 23 27′
350(S) 38634 0.37 1 22′40″ 0
o
-33(C) 90000 0.88 44′45″ 0
22(S) 1000 1 31′59″ 1
-23(S) 6 0.38 21′ 2
-150(C) ? 2.64 6′09″ 16
-180(C) ? 1.15 3′22″ 17
-230(?) ? ？ 49″ 1
47.9 <28 7
o o
35 3
o
9.6 26 44′ 2.5
o o
6.8 82 5′ 0.8
o o
5.4 28 48′ 1.8
o o
4.7 ? 17.2 0.25 6,000(?) 0.1(?) 0.1(?) ？ ？ 探测不到
o
3.4
o
0
o
0.206 4800 0.055 0.06 5.4 0 无
§1. 有关辐射的基本知识 §2. 太阳与地球
§3. 太阳辐射
§4. 长波辐射 §5. 辐射与农业生产
§Hale Waihona Puke . 有关辐射的基本知识



一、什么叫辐射 二、电磁波谱 三、辐射能与辐射强度 四、辐射的吸收、反射和透射 五、有关辐射的基本定律
什么叫辐射
辐射：物体以电磁波形式传递能量的一种方式。 （1）自然界中任何物体都在不停地向外发送电磁辐射； （2）电磁辐射传播不需要任何介质； （3）电磁波可以用波长（λ）和频率（ν）表示，波速 （V）为一常数，真空中为3×108m/s，用 C 表示， 即： λ× ν ＝ C
太阳常数： 当处于日地平均距离，地球大气上界、垂直 于太阳平行光线，单位时间穿过单位面积的太阳 辐射能，数值上约1367±7 w/m2。
太阳常数随着太阳活动而发生变化，范围约 1325～1457 w/m2。 大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度为 1.35～1.4×105lx，称太阳光量常数。
二、太阳高度角和日照时间
（2）表示辐射强弱的物理量称作辐射强度。按照辐射方向 的不同，可以有不同的称呼：
辐出度：从物体表面向外发送的辐射，单位面积上单位时间 内发送的辐射能称辐出度。 辐照度：某表面单位时间内单位面积上接受周围物体向其 发送的辐射能。
辐射通量密度：单位时间内穿过空间单位面积的辐射能。
辐射强度与光照度的区别：
二者是不同的概念，光照度特指可见光的，为单位面 积上光通量，简称照度，单位为lux (lx) 。二者没有换算关 系，一般大气上界的光照度约14万lx，而晴天中午，地面 照度约为6～8万lx。
辐射强度和照度都不是理想的表示作物需光的物理量， 因为作物不同的生理活动需要不同波段的“光”，且同波 段内“光”的有效性也有差异。辐射强度更强调能量，光 照度主要强调可见光的亮度。

太阳高度角指太阳平行光线与地平面的夹角。
太阳高度有什么变化规律？ Sinh = sinφsinδ + cosφcosδcosω
h: 太阳高度角
φ： 纬度 δ： 赤纬 ω： 时角
二、太阳高度角和日照时间
赤纬：太阳直射点的地理纬度，北半球为正，南半球 为负。 （两至直射回归线，两分直射赤道） 时角：以角度表示时间，太阳“围绕”地球旋转一周为24小时， 即每小时15°，以正午的时角为0°，下午为正，上午 为负。 正午太阳高度角： 由于ω＝0，前太阳高度角表达式可简化为
§3. 太阳辐射



一、太阳辐射光谱和太阳常数 二、太阳高度角和日照时间 三、大气对太阳辐射的减弱 四、到达地表的太阳辐射 五、地表对太阳辐射的反射
一、太阳辐射光谱和太阳常数
太阳辐射能量随波长的分布称太阳辐射光谱。
太阳辐射光谱可以分成三个区域： 紫外线区占总能量的约7％，可见光 区占总能量的约50％，红外线区占 总能量的约43％。 问题：到达地表的太阳辐射中，紫 外线约占总能量的7％。
实际上，由于大气的折射作用，实际日长比理论日长要略长， 这种差异随纬度的增加而增加，我们将其称作曙暮光。一般来 说，曙暮光开始（结束）于-7°（太阳高度角）。 计算：两院春分日日出时间（北京时）和日长。
二、太阳高度角和日照时间
虽然不同纬度每天的日照时间不同，但就全年来说总数是 相同的，即365*12＝4380小时，加上曙暮光时间，高纬要略大 一点（见附录）。 上面说的是理论上日照时间，实际上，由于地形、植被、 天气等因素，实际得到的日照时间要少得多，我们将实际得到 的日照时间称作实照时数，它与理论上得到的日照时间（可照 时间）的比值称日照百分率。 日照百分率各地差异很大，多数地方年日照百分率在40～ 60％之间，而各月的差异可变化于10～90％。

地球自转轴与公转轨道面成66°33′，形成地球上季节的
变化。
地 球 的 公 转 与 季 节 的 形 成
自转轴与黄道面倾角
地球公转和二十四节气
二十四节气
春季 立春 雨水 惊蛰 春分 清明 谷雨
夏季
秋季 冬季
立夏
立秋 立冬
小满
处暑 小雪
芒种
白露 大雪
夏至
秋分 冬至
小暑
寒露 小寒
大署
霜降 大寒
季节
本初子午线
地球的经纬度和时区