农业气象学导论/太阳辐射
- 本章目标
- 了解太阳辐射的性质和特性
- 了解“太阳常数”
- 了解太阳辐射对大气和作物生产的影响
- 了解太阳辐射的测量方法
- 太阳辐射
- 辐射是来自源头的能量，通过某些物质和空间传播；热、光和声音是辐射的类型。
- 辐射有两种类型
- 电离辐射（由不稳定原子产生；可以产生称为离子的带电粒子）
- 非电离辐射（声音、热、可见光）
- 光是一种电离辐射
- 太阳辐射是指太阳辐射出的能量通量。
- 辐射与温度有关（温度越高，辐射越强）。在较高温度下，物体发射的波长更短
- 即 λ = c / f
- 其中，λ = 波长
- c = 光速
- f = 频率/每秒振动次数
- 天体发射 - 短波辐射
- 包括地球在内的近地表发射 - 长波辐射
- 辐射通量
通过特定区域发射、接收、传输的辐射能称为辐射通量。
- 辐射通量密度
辐射通量除以辐射传输区域称为辐射通量密度。
- 发射率
源头发射的辐射通量密度称为其发射率。
- 潜热
入射到表面的辐射的一部分被吸收，一部分被反射，其余部分被透射。
- 吸收率
物质的吸收率定义为吸收的辐射能与入射到该物质上的总辐射能的比值。黑体的吸收率为1。太阳和地球等自然物体几乎是完美的黑体。
- 反射率
反射率定义为反射辐射能与入射到该表面的总辐射能的比值。如果用百分比表示，它就成为反照率。
- 透射率
透射率定义为透射辐射能与入射到表面的总辐射能的比值。
- 发射率
发射率定义为给定表面发射的辐射能与黑体发射的总热能的比值。黑体的发射率为1。
- 黑体辐射
黑体定义为完全吸收所有入射到其上的热辐射而没有反射和透射任何热辐射的物体。这意味着反射率和透射率变为零。当这种黑体被加热时，它会根据其温度发射所有波长的辐射。
- 辐射平衡
地球表面和大气层顶部的所有入射辐射和出射辐射之间的差值称为地球表面的辐射平衡。
- 太阳常数
太阳常数是指地球大气层的最外层边界（大气层）上的单位面积在太阳和地球之间的平均距离处垂直于太阳方向所接收的能量。太阳常数不是真正的常数。它会随着地球与太阳距离的变化而波动，其平均值波动幅度约为±3.5%，。
- 反照率
这是反射辐射量与入射辐射量的百分比。
a. 普朗克定律
- 电磁辐射由一束或一束粒子或量子组成。每个量子都具有能量含量。
- E = h ϑ
- 其中，h = 普朗克常数 (6.625 × 10-27 尔格秒-1)
- ϑ = 电磁波长的频率。 (f = 1 / λ)
- 频率越高（即波长越短），能量含量越高。
b. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律
- 辐射体发射的辐射强度与其绝对温度的四次方成正比。
- E = σT4
- 其中，E = 黑体的发射率
- T = 绝对温度
- σ = 斯蒂芬-玻尔兹曼常数
c. 维恩位移定律
- 发射峰值波长与该物体绝对温度成反比。即发射峰值波长 (λmax α 1/T)，其中 λmax = 2897 T-1
d. 基尔霍夫定律
- 任何物体（除了完美黑体）在接收辐射时，会根据其辐射特性吸收、反射和透射一部分总辐射。该定律指出，物体对特定波长辐射的吸收率等于其对相同波长 (λ) 的发射率。
- 即 a(λ) = e(λ)
- 其中，a = 吸收率（白体为零，黑体为一）
- e = 发射率。
- 总入射辐射 (I) = 吸收率 (Ia) + 透射率 (It) + 反射率 (Ir)
- 太阳辐射
- 2
- 或，I = Ia + It + Ir
- 或，1 = Ia/I + It/I + Ir/I
- 因此，1 = α + r + t
净辐射是总入射辐射和出射辐射之差，是衡量地面可利用能量的指标。它是地球表面可利用的能量，用于驱动蒸发、空气和土壤热通量以及其他较小的耗能过程，例如光合作用和呼吸作用。
来自太阳的辐射能是地球生命的主要能量来源，实际上地球上发生的所有物理和生物过程的能量都以太阳辐射的形式出现。辐射是所有大气变化和运动的最终原因，它是气候的最重要控制因素。它是最重要的气象要素。来自太阳的辐射以短波电磁辐射的形式出现。短波辐射被称为短波入射辐射。土壤发射的出射辐射称为土壤长波辐射。
作物生产是对太阳辐射的利用，分为三个主要光谱：1. 短于可见光范围：化学活性很高
- 当植物暴露在这种辐射下时，其影响是有害的。
- 大气层充当这种辐射的调节器，没有任何宇宙射线、伽马射线和 X 射线
到达地球。
- 到达地球的此部分的紫外线非常低，通常
为植物所耐受。2. 长于可见光波长
- 称为红外辐射
- 它对植物有热效应
- 在水汽存在的情况下，这种辐射不会伤害植物，反而会
为植物环境提供必要的热能。3. 可见光谱
- 介于紫外线和红外线之间，也称为光
- 所有植物部分都直接或间接地受光影响
- 强度、质量和持续时间对植物正常生长很重要
- 光线不足会导致植物异常
- 光合作用离不开光
- 光影响分蘖的产生、秆的稳定性、强度和长度
- 它影响产量、植物结构总重量、叶片大小和
根系发育。
- 玉米植株第三个月的辐射强度
- 水稻 - 开花前 25 天
- 大麦 - 开花期
- 太阳强度测量
- 太阳辐射计或日射表
- 双金属日射计
- 贝拉尼太阳辐射计
- 日照时数测量
- 坎贝尔-斯托克斯日照计和
- 阳光质量测量
- 分光辐射计
