第一章太陽輻射

1、q要求深刻理解和熟練掌握的重點內容：要求深刻理解和熟練掌握的重點內容： 太陽輻射強度和太陽常數概念太陽輻射強度和太陽常數概念 太陽高度角變化規(guī)律太陽高度角變化規(guī)律 大氣對太陽輻射的減弱大氣對太陽輻射的減弱 到達地面的太陽輻射強度及影響因素到達地面的太陽輻射強度及影響因素 地面輻射差額有關概念、公式及變化規(guī)律地面輻射差額有關概念、公式及變化規(guī)律 光照與農業(yè)生產光照與農業(yè)生產q要求一般理解和掌握的內容：要求一般理解和掌握的內容：輻射及其特性輻射及其特性太陽輻射光譜、輻射波譜與農業(yè)生產太陽輻射光譜、輻射波譜與農業(yè)生產光能利用與農業(yè)生產光能利用與農業(yè)生產q難點：難點：太陽高度角、太陽方位角和晝長的計算

2、太陽高度角、太陽方位角和晝長的計算推導太陽直接輻射強度公式推導太陽直接輻射強度公式日照時間與作物引種日照時間與作物引種返回第一章 一、晝夜一、晝夜 1、晝夜的形成、晝夜的形成 地球在自轉的過程中，地球在自轉的過程中，總是有半個球面向著太陽，總是有半個球面向著太陽，表現(xiàn)為白晝，稱為晝半球，表現(xiàn)為白晝，稱為晝半球，另外半個球面背對著太陽，另外半個球面背對著太陽，表現(xiàn)為黑夜，稱為夜半球。表現(xiàn)為黑夜，稱為夜半球。地球不停的自轉，就形成了地球不停的自轉，就形成了晝夜交替的現(xiàn)象，如圖晝夜交替的現(xiàn)象，如圖11為晝夜形成示意圖為晝夜形成示意圖 。 圖1-1 晝夜的形成 2、晝夜長短的變化、晝夜長短的變化 地球

3、在自轉和公轉的過程中，由于地軸和地球公轉軌道面保持6633的傾角，使得晨昏線和地軸不在一個平面上（春秋分除外），又由于地球和太陽的相對位置經常發(fā)生變化，而地軸方向保持不變，使晨昏線也經常發(fā)生變化，進而形成了晝夜長短的變化 。 3、日照時間、日照時間v可照時數（晝長）v實照時數v日照百分率v光照時間從日出到日落太陽可能照射的晝長時間。它以小時為單位。 它是地面上用日照計實際測量的日照時數。受云層和遮蔽物的影響，由于散射輻射強度幾乎達不到日照計感應強度，所以日照時數幾乎可以說明太陽直接輻射的時數多少，即晴朗時數多少。它是實照時數與可照時數的百分比。它的大小說明晴陰狀況，日照百分率大說明晴天多。 可

4、照時數（晝長）是日出至日沒的時數，實際上，就民用和作物光合作用所需光照而言，在日出前和日落后，太陽光線在地平線以下0- 6時，光通過大氣散射到地表產生一定光照度，這種光分別稱曙光和暮光，所以 光照時間=可照時間+曙暮光時間二、季節(jié)二、季節(jié)（一）季節(jié)的形成（一）季節(jié)的形成 1、日照時間的長短、日照時間的長短 日照時間越長，地面接受日照時間越長，地面接受的太陽能量越多，而日照時間的長短，隨太陽直的太陽能量越多，而日照時間的長短，隨太陽直射地球的位置和緯度的變化而變化。射地球的位置和緯度的變化而變化。 一年中，太陽直射地球的地理緯度變動于南北一年中，太陽直射地球的地理緯度變動于南北緯緯2327之間，

5、南北緯之間，南北緯2327的緯線，分別稱為南的緯線，分別稱為南回歸線和北回歸線。如圖回歸線和北回歸線。如圖12為晝夜長短的季節(jié)為晝夜長短的季節(jié)變化示意圖。變化示意圖。 北半球晝長變化規(guī)律：北半球晝長變化規(guī)律： 相同緯度，晝長隨季節(jié)變化，冬短夏長，春秋介于二者間； 夏季晝長隨緯度升高而增長，冬季晝長隨緯度升高而縮短，春、秋分則不隨緯度升高而變。 夏至日 太陽直射北回歸線，北半球晝長夜短，緯度愈高，白晝愈長，在北極圈內（66.5N）為24h白晝，稱極晝現(xiàn)象；南半球則相反。此時，北半球為夏季，南半球為冬季。 冬至日 太陽直射南回歸線，北半球晝短夜長，緯度愈高，白晝愈短，在北極圈內為24h黑夜，稱極夜

6、現(xiàn)象；南半球則相反。此時北半球為冬季，南半球為夏季。 春分日和秋分日 太陽直射赤道，全球各緯度均晝夜平分，各為12h，北半球分別為春、秋季。2、太陽高度角的大小、太陽高度角的大小 太陽高度角（h）：太陽平行光線與水平面之間的夾角。 h = 0時最小，h = 90時最大。 （見右圖） 太陽高度角（h）的變化： 一天中，早晨和傍晚，h最小，水平面上得到太陽能少；正午，h大，水平面上得到的太陽能多。 北半球：一年中，冬至h最小，夏至最大。所以，太陽輻射能夏季大，冬季小。（二）二十四節(jié)氣（二）二十四節(jié)氣 二十四節(jié)氣是根據地球在繞太陽公轉軌道上所處二十四節(jié)氣是根據地球在繞太陽公轉軌道上所處的位置而確定的

7、，反映了地球上冷暖變化與太陽位的位置而確定的，反映了地球上冷暖變化與太陽位置的關系，如圖置的關系，如圖13，地球公轉與二十四節(jié)氣劃分。，地球公轉與二十四節(jié)氣劃分。 圖圖13地球公轉與二十四節(jié)氣劃分地球公轉與二十四節(jié)氣劃分（二）二十四節(jié)氣（二）二十四節(jié)氣地球繞太陽公轉一周要轉地球繞太陽公轉一周要轉360度，期間地球要自轉度，期間地球要自轉365圈，歷時圈，歷時365天。天。把地球公轉一周等分為二十四等份，第一等份為把地球公轉一周等分為二十四等份，第一等份為15度，大約歷時度，大約歷時15天，這天，這15天為一個節(jié)氣。天為一個節(jié)氣。 春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連。春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連。

8、 秋處露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。秋處露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。 上半年來六廿一，下半年來八廿三。上半年來六廿一，下半年來八廿三。 每年兩節(jié)日期定，最多相差一兩天。每年兩節(jié)日期定，最多相差一兩天。一、有關輻射的基本知識一、有關輻射的基本知識 1、輻射的概念、輻射的概念 物體以電磁波或粒子流形式向周圍傳遞或交換能物體以電磁波或粒子流形式向周圍傳遞或交換能量的方式稱輻射，傳遞交換的能量稱輻射能量的方式稱輻射，傳遞交換的能量稱輻射能。 2、物體對輻射能的吸收、反射和透射、物體對輻射能的吸收、反射和透射 投射到物體上的輻射，并不能全部被物體所吸收，投射到物體上的輻射，并不能全部被物體所吸收，而是一部

9、分被它反射，一部分可能透過該物體。如而是一部分被它反射，一部分可能透過該物體。如圖圖14為物體對輻射的收、反射和投射的示意圖。為物體對輻射的收、反射和投射的示意圖。(Q)(Qa)(Qr)(Qt)物體對輻射吸收、反射和透射的能力，各以吸收率、反射率和透射率來表示： 吸收率（吸收率（a） a = Qa/Q 反射率（反射率（r） r = Qr/Q 透射率（透射率（t ） t = Qt/Q a + r + t =1 (1-3)圖圖14 物體對輻射的吸收、反射和投射物體對輻射的吸收、反射和投射二、太陽輻射二、太陽輻射 太陽是一個極其熾熱的氣態(tài)球體，中太陽是一個極其熾熱的氣態(tài)球體，中心溫度為心溫度為200

10、0萬度，表面溫度高達萬度，表面溫度高達6000K，在這樣的高溫下，太陽時刻，在這樣的高溫下，太陽時刻不停地把巨大的能量向四周放射能量，不停地把巨大的能量向四周放射能量，稱為太陽輻射。稱為太陽輻射。（一）太陽輻射光譜（一）太陽輻射光譜 太陽輻射光譜：太陽輻射能隨波長的分布曲線稱之。圖中實線是大氣上界的太陽輻射光譜，太陽輻射能絕大部分集中在波長1504000nm之間，占太陽輻射總能量的99%。v 可見光區(qū)（400760nm）能量占總能量的50%，具有光效應，是人類肉眼可見光譜區(qū)，也是植物光合作用的有效光譜區(qū)。可見光可按波長由長至短分解為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色光。太陽輻射的最大波長m=475

11、nm，相當于青藍光區(qū)波長。v 紫外線區(qū)（760nm）能量占總能量的43%，具有熱效應，起著加熱地面、大氣、動、植物等物體的作用。（二）太陽輻照度（二）太陽輻照度1、太陽輻照度、太陽輻照度 太陽輻照度是反映太陽輻太陽輻照度是反映太陽輻射強弱程度的物理量。它指單位時間內垂射強弱程度的物理量。它指單位時間內垂直投射到單位面積上的太陽輻射能量，其直投射到單位面積上的太陽輻射能量，其單位為單位為J/ m2 。 當太陽和地球處于日地平均距離時，當太陽和地球處于日地平均距離時，在地球大氣上界垂直于太陽光的平面上的在地球大氣上界垂直于太陽光的平面上的太陽輻照度成為太陽常數。太陽輻照度成為太陽常數。 太陽常數并

12、不是一個恒定的常數。太陽常數并不是一個恒定的常數。（二）太陽輻照度（二）太陽輻照度 2、光照度、光照度 光照度是表示物體被光照射明亮程度光照度是表示物體被光照射明亮程度的物理量。它指單位時間內垂直投射到單的物理量。它指單位時間內垂直投射到單位面積上的對正常人眼能產生光亮感覺的位面積上的對正常人眼能產生光亮感覺的太陽輻射能量，其單位為太陽輻射能量，其單位為Lx（勒克斯）。（勒克斯）。（三）大氣對太陽輻射的減弱（三）大氣對太陽輻射的減弱若以大氣上界得到的太陽輻射能為100%的話，經過大氣層后，大氣吸收了14%，大氣散射和云層、地面反射共返回宇宙空間43%，能直達和散射到達地面且被地面吸收的僅43%

13、。可見大氣減弱太陽輻射是強烈的。q 大氣對太陽輻射的大氣對太陽輻射的減弱方式減弱方式 吸收作用吸收作用 散射作用散射作用 反射作用反射作用 大氣的某些成分，具有選擇吸收某些波長的太陽輻射的特性，其中最主要的有O2、O3、水汽和CO2等。 O2、 O3：強烈吸收波長Ea，E常為正值，這說明地面由于放射長波輻射大于吸收的長波輻射而經常失去熱量，E是地面凈損失的熱量。E愈大，地面熱量損失愈多，降溫愈劇烈。影響地面有效輻射的因素 1水汽 水汽是關鍵因素，空氣中水汽含量增加，大氣逆輻射增強，地面有效輻射減小，所以當天空有云、霧存在時，地面有效輻射較小，云層越厚云底越低，地面有效輻射越小。2風 風能促進對

14、流，使上層熱量往下傳遞給地面，所以夜間有風時地面有效輻射較小。3地氣溫差 當地溫高于氣溫時，地面有效輻射為正值，且隨地氣溫差的增大而增大大氣逆輻射增強，地面有效輻射減小，所以當天空有云、霧存在時，地面有效輻射較小，云層（這種情況多發(fā)生在白天）；當地溫低于氣溫時，地面有效輻射為負值，且地氣溫差越大，地面有效輻射越?。ㄟ@種情況多發(fā)生在夜間）。影響地面有效輻射的因素 4下墊面性質 有植被覆蓋的較無植被覆蓋的裸地地面有效輻射??；起伏不平的粗糙地面較平坦地面的有效輻射大；干燥的下墊面較潮濕的下墊面的有效輻射大。5覆蓋 采用薄膜、草墊等材料在夜間覆蓋時地面有效輻射減小。6海拔高度 隨海拔高度的增加，水汽量

15、減少，大氣逆輻射減小，所以地面有效輻射增大。四、地面輻射平衡四、地面輻射平衡v地面輻射差額公式地面輻射差額公式 地面輻射差額是指單位面積的地表面，在地面輻射差額是指單位面積的地表面，在一定時間內，輻射能的收入和支出之差。一定時間內，輻射能的收入和支出之差。 用用R表示。表示。 即：即：R=（S+D）（）（1-r）-E （1-6） （一）地面輻射平衡的變化規(guī)律（一）地面輻射平衡的變化規(guī)律 1、日變化、日變化 一天中，白天地面吸收的太陽總輻射遠遠大于地面有效輻射，R0，地面得到熱量，溫度升高。其中，一般情況下，SD，所以白天以S為主，則R的日變化與S的日變化基本一致，在中午前后達到最大值。夜間，（

16、S+D）（1-r）=0，R=-E，所以R0，地面失熱而降溫。 2、年變化、年變化 一年中，夏季，太陽輻射照度較強，R0；冬季，太陽輻射照度較弱，R0。正負值的轉換月份因緯度而異，在低緯度R0的月份較多，隨緯度增加，R0的月份減少。（二）影響地面凈輻射的因素（二）影響地面凈輻射的因素 1、太陽高度角、太陽高度角 地面凈輻射一般隨太陽高度角增大而增加，一天中以正午時刻的地面凈輻射最大，一年中以夏季最大。 2、天氣情況、天氣情況 夜間云量增大時，地面有效輻射減小。 白天情況復雜。 3、地面特征、地面特征 濕土凈輻射比干土的凈輻射大。 植被層內白天凈輻射比裸露土表小。1、不同波譜段的生物學意義、不同波

17、譜段的生物學意義 紫外輻射 可見光輻射 紅外輻射小于0.29m的短紫外線對植物有機體有致傷作用，大多數高等植物或真菌在這種輻射線照射下幾乎立即死亡。0.290.315m的紫外線對大多數植物有害，人們利用這部分紫外線消毒土壤、消滅農作物的病蟲害。0.3150.4m的紫外線對植物無害，可起成形作用，可使植物墩實矮小，葉片變厚。可提高種子萌發(fā)能力?？墒构飞珴杉t潤、深沉，果品成熟期如缺少紫外線，則含糖量降低。但有些植物要防止紫外線才能獲得良好的品質，如云霧茶、生姜等。可見光是太陽輻射波譜中與植物生長發(fā)育關系最密切的波段，綠色植物進行光合作用時，可見光被葉綠素吸收并參與光化學反應，所以可見光也稱為光合

18、輻射，又稱生理輻射。植物對光合輻射各種波長的吸收和利用是不同的，把參與作物光合作用并轉化為有機物質而貯存起來的太陽輻射稱為光合有效輻射。葉綠素的吸收高峰有兩個，一個在0.400.50m（主要為藍、紫光），一個在0.600.70m（主要為紅、橙光），因此是植物光合作用效率最高的波長。可見光中藍、紫光的光譜對植物（如向日葵）的向光性運動起著重要作用，當植物向光部分遇到這段光譜時，生長就受到抑制，比背光部位長得慢，導致植物向光性彎曲?？梢?，藍、紫光具有防止莖葉徒長的作用。樹林、花卉等向光部分長得慢，背光部分長得快，結果時間一長，植物會向光彎曲?？梢姽膺€可用于誘殺害蟲，因為昆蟲的視覺波長范圍為0.25

19、0.70m，偏于短波，而且多數昆蟲具有趨光性，這樣，就可以在夜間利用螢光燈發(fā)出的較短光譜誘殺害蟲。紅外線具有熱效應，它不直接參加植物有機質制造過程，卻是影響植物熱力狀況的重要因素。紅外線的熱效應使植物的體溫升高，從而促進植物的蒸騰和物質運輸等生理過程，促進干物質的積累，而且外界環(huán)境的溫度愈低，紅外線的熱效應愈大。 一、太陽輻射光譜對作物生長發(fā)育的影響一、太陽輻射光譜對作物生長發(fā)育的影響二、光照度對作物生長發(fā)育的影響二、光照度對作物生長發(fā)育的影響v 光飽和點和光補償點 光飽和點：在一定光照度范圍內，隨著光照度的增加，光合效率也相應的增加。但當光照度超過一定限度時，光照度即使繼續(xù)增大，光合效率也不

20、再增加。此時的光照度叫光飽和點，也稱飽和光強。 光補償點：植物呼吸作用與光合作用強度相等時的光照度稱光補償點，也稱補償光強。v 光照度與植物的產量和品質 多數栽培作物正常生長發(fā)育的適宜照度為800012000lx，光照過強或不足都能引起植物生長不良，產量降低，甚至死亡。 強光有利于作物繁殖器官的發(fā)育，相對的弱光卻有利于營養(yǎng)生長。 光照度對植物產品質量有影響。生長在遮蔭地的禾本科作物的蛋白質含量減少，糖用甜菜根中含糖量減少，馬鈴薯塊莖中淀粉質也減少；光照條件好的瓜果含糖多而香甜可口。三、光照時間對作物生長發(fā)育的影響三、光照時間對作物生長發(fā)育的影響（一）日照時間與植物生長發(fā)育（一）日照時間與植物生

21、長發(fā)育植物的光周期現(xiàn)象植物的光周期現(xiàn)象 長日照植物 短日照植物 中性植物 在植物發(fā)育前期，要在較長白晝條件下，才能進入開花結實的植物。如小麥、大麥、馬鈴薯、甜菜、豌豆、落葉松等。這類植物要求日照愈長，發(fā)育（開花結實）越快。縮短日照則只長莖葉而延遲開花。該類植物一般發(fā)源于高緯地區(qū)，多為耐寒植物。 在植物發(fā)育前期，要在較短白晝條件下，才能進入開花結實的植物，如晚稻、玉米、棉花、大豆、茶樹等。該類植物要求日照愈短，發(fā)育愈快，延長日照時間則只長莖葉而延遲或不開花。這類植物多發(fā)源于低緯地區(qū)，多為喜溫植物。 這類植物對日照長短不敏感。如蕎麥、茄子、黃瓜等。 植物被分成長、短日照植物類型，需要一個客觀的日照時間長度標準，長于或短于這個長度，長、短日照植物都不能開花結實，紿終保持原有的營養(yǎng)生長狀態(tài)，這個界限長度叫臨界日照長度。一般以每日時間為12-14h為臨界日照時間長度，但不是任何植物都如此。 光周期現(xiàn)象：晝夜交替，光暗變換及其時間長短對植物進入發(fā)育階段（開花結果）的影響，稱之。