太陽輻射光譜和太陽常數(shù)

(1)輻射光譜：太陽是個熾熱的大火球，它的表面溫度可達6000°K，它以輻射的方式不斷地把巨大的能量傳送到地球上來，哺育著萬物的生長。

    太陽輻射的波長范圍，大約在0.15-4微米之間。在這段波長范圍內，又可分為三個主要區(qū)域，即波長較短的紫外光區(qū)、波長較長的紅外光區(qū)和介于二者之間的可見光區(qū)。太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽輻射總量的50％，后者占43％。紫外區(qū)只占能量的7％。在波長0.48微米的地方，太陽輻射的能力達到最高值，數(shù)值約為3.0卡/cm2.分以上。

(2)太陽輻射強度和太陽常數(shù)：太陽輻射強度就是太陽在垂直照射情況下在單位時間(一分鐘、一天、一個月或者一年)內，一平方厘米的面積上所得到的輻射能量。如果在特定的情況下測量太陽輻射強度，就叫做太陽常數(shù)。也就是說，必須是在日地平均距離的條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光線的1平方厘米的面積上，在1分鐘內所接受的太陽輻射能量，就稱為太陽常數(shù)。它是用來表達太陽輻射能量的一個物理量。

這里需要解釋幾個概念：

①日地平均距離：太陽和地球的距離在天文學上稱做“天文單位”，這是一個很重要的數(shù)字，很多天文數(shù)字都是以它為基礎的。測量日地距離的方法有好幾種，一種是利用金星凌日(即太陽、金星一地球剛好在一條直線上)；另一種方法是利用小行星測量日地距離。歷史上就是用前一種方法測出地球到太陽的距離的，也是這樣算出日地平均距離的，即從地球上發(fā)出一束雷達波，打到金星上面，再從金星上反射回來。利用這種方法測出的日地平均距離為149,597,870公里，大約為15,000萬公里。

②在大氣上界：就是說不考慮大氣對太陽輻射的影響，即在沒有大氣的情況下。太陽常數(shù)的數(shù)值，由于觀測年代不同，以及觀測方法和推算方法的不同，在不同的書籍和資料中，其數(shù)值常不一致，變動幅度在1.90-2.90卡厘米/2.分之間。1957年國際地球物理年決定采用1.98卡/厘米2.分。近年來，在宇航事業(yè)取得新資料的情況下，經過大量觀測和分析，測得新的太陽常數(shù)為1.95卡/厘米2.分。據(jù)研究，太陽常數(shù)也有周期性的變化，這可能與太陽黑子的活動周期有關。因此，在長期氣象預報過程中，常把太陽常數(shù)和太陽黑子的周期變化聯(lián)系起來，分析氣候長期變化的趨勢，為國民經濟計劃服務。

③到達大氣上界的太陽輻射：太陽常數(shù)在一定程度上代表了垂直到達大氣上界的太陽輻射強度，但太陽常數(shù)到達水平面上的太陽輻射強度之間，存在著下面的數(shù)學關系式：

I=I0.sinｈ

式中，ｈ為太陽高度角，I0為太陽常數(shù),I為投射到大氣上界水平面上的太陽輻射強度。

    上式表明：大氣上界水平面上的太陽輻射強度，隨太陽高度角的增大而增強。當太陽高度角為90°時，太陽輻射強度就等于太陽常數(shù)。因此，太陽常數(shù)就是到達水平面上的太陽輻射強度的最大值。

    到達大氣上界的太陽輻射，就是太陽常數(shù)。但是因為到達大氣上界的太陽輻射與日地距離的平方成反比，因此，在遠日點和在近日點的太陽輻射強度與太陽常數(shù)就有一定差異。在近日點垂直于大氣上界的太陽輻射強度比太陽常數(shù)大3.4％；而在遠日點則比太陽常數(shù)小3.5％。

    根據(jù)上述太陽輻射強度和太陽常數(shù)的關系公式，到達大氣上界的太陽輻射與太陽高度角的正弦成正比。太陽高度角隨緯度和時間而變化。因此，在不同緯度上不同時間的太陽輻射強度都不同。由于南、北回歸線之間地區(qū)的太陽高度角較大，而北回歸線以北和南回歸線以南地區(qū)的太陽高度角隨緯度增高而減小，所以，到達地球大氣上界的太陽輻射沿緯度的分布是不均勻的，低緯度多，隨緯度的增高而減少；由于南、北回歸線之間地區(qū)的太陽高度角在一年中的變化較小，而中、高緯度地區(qū)的太陽高度角在一年中的變化較大，因而，低緯地區(qū)太陽輻射強度的年變化小，高緯地區(qū)太陽輻射強度的年變化大。