詳細(xì)介紹
到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)輻射能量稱為天文太陽(yáng)輻射量。在地球位于日地平均距離處時(shí)，地球大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的單位面積在單位時(shí)間內(nèi)所受到的太陽(yáng)輻射的全譜總能量，稱為太陽(yáng)常數(shù)。太陽(yáng)常數(shù)的常用單位為瓦/米2。因觀測(cè)方法和技術(shù)不同，得到的太陽(yáng)常數(shù)值不同。世界氣象組織 (WMO)1981年公布的太陽(yáng)常數(shù)值是1368瓦/米2。地球大氣上界的太陽(yáng)輻射光譜的99%以上在波長(zhǎng) 0.15～4.0微米之間。大約50%的太陽(yáng)輻射能量在可見(jiàn)光譜區(qū)（波長(zhǎng)0.4～0.76微米），7%在紫外光譜區(qū)（波長(zhǎng)<0.4微米）,43%在紅外光譜區(qū)（波長(zhǎng)>0.76微米），最大能量在波長(zhǎng) 0.475微米處。由于太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)較地面和大氣輻射波長(zhǎng)（約3～120微米）小得多，所以通常又稱太陽(yáng)輻射為短波輻射，稱地面和大氣輻射為長(zhǎng)波輻射。太陽(yáng)活動(dòng)和日地距離的變化等會(huì)引起地球大氣上界太陽(yáng)輻射能量的變化。
太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣，一部分到達(dá)地面，稱為
直接太陽(yáng)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(yáng)輻射一部分返回宇宙空間，另一部分到達(dá)地面，到達(dá)地面的這部分稱為散射太陽(yáng)輻射。到達(dá)地面的
散射太陽(yáng)輻射和
直接太陽(yáng)輻射之和稱為
總輻射。太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣后，其強(qiáng)度和光譜能量分布都發(fā)生變化。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量比大氣上界小得多，在太陽(yáng)光譜上能量分布在紫外光譜區(qū)幾乎絕跡，在可見(jiàn)光譜區(qū)減少至40%，而在紅外光譜區(qū)增至60%。
太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣，一部分到達(dá)地面，稱為直接太陽(yáng)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(yáng)輻射一部分返回宇宙空間，另一部分到達(dá)地面，到達(dá)地面的這部分稱為散射太陽(yáng)輻射。到達(dá)地面的散射太陽(yáng)輻射和直接太陽(yáng)輻射之和稱為總輻射。太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣后，其強(qiáng)度和光譜能量分布都發(fā)生變化。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量比大氣上界小得多，在太陽(yáng)光譜上能量分布在紫外光譜區(qū)幾乎絕跡，在可見(jiàn)光譜區(qū)減少40%，而在紅外光譜區(qū)增至60%。
在地球大氣上界，北半球夏至?xí)r，日輻射總量最大，從極地到赤道分布比較均勻；冬至?xí)r，北半球日輻射總最小，極圈內(nèi)為零，南北差異最大。南半球情況相反。春分和秋分時(shí)，日輻射總量的分布與緯度的余弦成正比。南、北回歸線之間的地區(qū)，一年內(nèi)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(dá)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(qū)受到破壞。在赤道地區(qū),由于多云，年輻射總量并不最高。在南北半球的副熱帶高壓帶，特別是在大陸荒漠地區(qū)，年輻射總量較大，最大值在非洲東北部。
太陽(yáng)輻射是地球表層能量的主要來(lái)源。太陽(yáng)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(shí)間變化的基本輪廓。
太陽(yáng)輻射隨季節(jié)變化呈現(xiàn)有規(guī)律的變化,形成了四季.
除太陽(yáng)本身的變化外，天文輻射能量主要決定于日地距離、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)。
地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道為橢圓形，太陽(yáng)位于兩個(gè)焦點(diǎn)中的一個(gè)焦點(diǎn)上。因此，日地距離時(shí)刻在變化。每年1月2日至5日經(jīng)過(guò)近日點(diǎn)，7月3日至4日經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)。地球上接受到的太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱與日地距離的平方成反比。
太陽(yáng)光線與地平面的夾角稱為太陽(yáng)高度角，它有日變化和年變化。太陽(yáng)高度角大，則太陽(yáng)輻射強(qiáng)。
白晝長(zhǎng)度指從日出到日落之間的時(shí)間長(zhǎng)度。赤道上四季白晝長(zhǎng)度均為12小時(shí)，赤道以外晝長(zhǎng)四季有變化，23.5°緯度的春、秋分日晝長(zhǎng)12小時(shí)，夏至和冬至日晝長(zhǎng)分別為14小時(shí)51分和9小時(shí)09分，到緯度66°33′出現(xiàn)極晝和極夜現(xiàn)象。南北半球的冬夏季節(jié)時(shí)間正好相反。
天文輻射的時(shí)空變化特點(diǎn)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(dǎo)致地表各緯度的氣溫產(chǎn)生差異，在地球表面出現(xiàn)熱帶、溫帶和寒帶氣候；②天文輻射夏大冬小，它導(dǎo)致夏季溫高冬季溫低。
大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用包括大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、散射和反射。太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)整層大氣時(shí)，0.29μm以下的紫外線幾乎全部被吸收，在可見(jiàn)光區(qū)大氣吸收很少。在紅外區(qū)有很強(qiáng)的吸收帶。大氣中吸收太陽(yáng)輻射的物質(zhì)主要有氧、臭氧、水汽和液態(tài)水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和塵埃等。云層能強(qiáng)烈吸收和散射太陽(yáng)輻射，同時(shí)還強(qiáng)烈吸收地面反射的太陽(yáng)輻射。云的平均反射率為0.50～0.55。
經(jīng)過(guò)大氣削弱之后到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射和散射輻射之和稱為太陽(yáng)總輻射。就全球平均而言，太陽(yáng)總輻射只占到達(dá)大氣上界太陽(yáng)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(nèi)中午前后最大，夜間為0；一年內(nèi)夏大冬小。
太陽(yáng)輻射能在可見(jiàn)光線（0.4～0.76μm）、紅外線（>0.76μm）和紫外線（<0.4μm）分別占50%、43%和7%，即集中于短波波段，故將太陽(yáng)輻射稱為短波輻射。
由于地球以橢圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，因此太陽(yáng)與地球之間的距離不是一個(gè)常數(shù)，而且一年里每天的日地距離也不一樣。眾所周知，某一點(diǎn)的輻射強(qiáng)度與距輻射源的距離的平方成反比，這意味著地球大氣上方的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度會(huì)隨日地間距離不同而異。然而，由于日地間距離太大（平均距離為1.5 x 108km），所以地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。因此人們就采用所謂 “太陽(yáng)常數(shù)”來(lái)描述地球大氣層上方的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。它是指平均日地距離時(shí)，在地球大氣層上界垂直于太陽(yáng)輻射的單位表面積上所接受的太陽(yáng)輻射能。
通過(guò)各種先進(jìn)手段測(cè)得的太陽(yáng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值為1353w/m2。一年中由于日地距離的變化所引起太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的變化不超過(guò)上3.4%。
地球表面在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。
由于地表溫度比太陽(yáng)低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而，地面輻射的主要能量集中在1～30微米之間，其最大輻射的平均波長(zhǎng)為10微米，屬紅外區(qū)間，與太陽(yáng)短波輻射相比，稱為地面長(zhǎng)波輻射。
地面的輻射能力，主要決定于地面本身的溫度。由于輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強(qiáng)，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強(qiáng)；夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。
地面的輻射是長(zhǎng)波輻射，除部分透過(guò)大氣奔向宇宙外，大部分被大氣中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收更為顯著。因此，大氣，尤其是對(duì)流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增熱。
太陽(yáng)能的波長(zhǎng)分布可以用一個(gè)黑體輻射來(lái)模擬，黑體的溫度為5800K。太陽(yáng)能波長(zhǎng)分布在紫外光、可見(jiàn)光和紅外光波段。這些波段受大氣衰減的影響程度各不相同。可見(jiàn)光輻射的大部分可到達(dá)地面，但是上層大氣中的臭氧卻吸收了大部分紫外光輻射。
由于臭氧層變薄，特別是南極和北極地區(qū)，到達(dá)地面的紫外光輻射越來(lái)越多。入射的紅外光輻射，有一部分被二氧化碳、水蒸氣和其他氣體吸收，而在夜間來(lái)自地球表面的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外輻射大部分則傳到了外空。這些溫室氣體在上層大氣中的積累，可能會(huì)使大氣吸收能力增加，從而導(dǎo)致全球氣候變暖和天氣變得多云。雖然臭氧減少對(duì)太陽(yáng)能集熱器的影響甚微，但溫室效應(yīng)可能會(huì)增大散射輻射，并可能嚴(yán)重影響太陽(yáng)能集熱器的作用。
表示太陽(yáng)輻射強(qiáng)弱的物理量，稱為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。單位是焦耳/厘米2?分，即在單位時(shí)間內(nèi)垂直投射到單位面積上的太陽(yáng)輻射能量。
大氣上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度取決于太陽(yáng)的高度角、日地距離和日照時(shí)間。太陽(yáng)高度角愈大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度愈大。因?yàn)橥皇饩�，直射時(shí)，照射面積最小，單位面積所獲得的太陽(yáng)輻射則多；反之，斜射時(shí)，照射面積大，單位面積上獲得的太陽(yáng)輻射則少。
太陽(yáng)高度角因時(shí)、因地而異。一日之中，太陽(yáng)高度角正午大于早晚；夏季大于冬季；低緯地區(qū)大于高緯度地區(qū)。日地距離是指地球環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，由于公轉(zhuǎn)軌道呈橢圓形，日地之間的距離則不斷改變。
地球上獲得的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與日地距離的平方呈反比。地球位于近日點(diǎn)時(shí)，獲得太陽(yáng)輻射大于遠(yuǎn)日點(diǎn)。
據(jù)研究，1月初地球通過(guò)近日點(diǎn)時(shí)，地表單位面積上獲得的太陽(yáng)輻射比7月初通過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)多7%。
太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與日照時(shí)間成正比。日照時(shí)間的長(zhǎng)短，隨緯度和季節(jié)而變化
宇宙微波背景輻射
大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由于大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故也稱為大氣
長(zhǎng)波輻射。
大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來(lái)源。由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱為大氣的溫室效應(yīng)。這種大氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約18℃。月球則因?yàn)闆](méi)有象地球這樣的大氣，因而，致使它表面的溫度晝夜變化劇烈，白天表面溫度可達(dá)127℃，夜間可降至-183℃。
紅外輻射的影響
地面和大氣之間以長(zhǎng)波輻射的方式進(jìn)行著熱量的交換，大氣對(duì)地面起著保溫作用。這種作用可用地面有效輻射(F0)表示：F0=Fg-δEA
地面有效輻射就是地面輻射和地面所吸收的大氣逆輻射(δEA)之間的差值。通常，地面溫度高于大氣溫度，所以地面輻射要比大氣逆輻射強(qiáng)。
地面有效輻射的強(qiáng)弱隨地面溫度、空氣溫度、空氣濕度及云況而變化。
太陽(yáng)輻射能量作用
到達(dá)地球上的太陽(yáng)輻射能量只有很小的一部分，但它的作用卻是相當(dāng)大的。
其一，對(duì)地理環(huán)境的影響。直接的作用如巖石受到溫度的變化影響而產(chǎn)生風(fēng)化。間接作用，地球上的大氣、水、生物是地理環(huán)境要素，他們本身的發(fā)展變化以及各要素之間的相互聯(lián)系，大部分是在太陽(yáng)的驅(qū)動(dòng)過(guò)程中完成的。地球表面劃分為五帶。為什么要?jiǎng)澐治鍘?因?yàn)榈厍虮砻娓鱾�(gè)地方的緯度不同，不同緯度地帶獲得的太陽(yáng)熱量是不一樣的。如熱帶一年中太陽(yáng)可以直射，獲得的熱量最多；寒帶太陽(yáng)高度很低，并且有長(zhǎng)時(shí)間的極夜，所以獲得的熱量最少。也就是因?yàn)樘?yáng)輻射具有緯度差異導(dǎo)致了各地獲得的熱量也有差異。但是在熱量盈余的地方比如赤道，溫度并沒(méi)有越來(lái)越高；熱量虧損的地方，比如兩極，溫度也沒(méi)有越來(lái)越低，而是保持相對(duì)穩(wěn)定。對(duì)于整個(gè)地表來(lái)說(shuō)，熱量應(yīng)該是平衡的，因而熱量多余和熱量不足的地方，要發(fā)生熱輸送。 其二，太陽(yáng)輻射為我們的生產(chǎn)和生活提供能量。人們對(duì)太陽(yáng)輻射作用最直接的感受來(lái)自于它是人們生產(chǎn)和生活的主要能源。如植物的生長(zhǎng)需要光和熱，晾曬衣服需要陽(yáng)光，工業(yè)上大量使用的煤、石油等化石燃料是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化來(lái)的，被稱為“儲(chǔ)存起來(lái)的太陽(yáng)能”。還有太陽(yáng)灶、
太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能干燥器、太陽(yáng)房、太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能電池等。除直接使用的太陽(yáng)能外，地球上的水能、風(fēng)能也來(lái)源于太陽(yáng)。 西藏的省會(huì)拉薩有一別稱，號(hào)稱“日光城”。為什么叫這個(gè)名稱呢?因?yàn)槲鞑刈灾螀^(qū)位于青藏高原上，地勢(shì)較高，太陽(yáng)光到達(dá)地表的路程短，空氣稀薄，天空中云量少，損失少，所以太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照時(shí)間長(zhǎng)，稱為“日光城”。 直轄市重慶有個(gè)別稱，有中國(guó)的“霧都”之稱。為什么這個(gè)地方一年中多霧呢?這個(gè)地方海拔較低，受地形的影響，四川盆地使得水汽積聚不易上升，使水汽增多，而西南季風(fēng)不可能越過(guò)秦嶺；只能影響四川盆地，故帶來(lái)大量水汽，并且距海較近，所以一年中陰雨天多，天空中經(jīng)常陰云密布，所以光照少，太陽(yáng)輻射能貧乏。所以人們常用“蜀犬吠日”來(lái)形容四川盆地的氣候特色。
