其次章 輻射一、名詞解釋題： 1.輻射：物體以放射電磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由輻射所傳輸?shù)哪芰糠Q為輻射能，有時把輻射能也簡稱為輻射。夾角。是打算地面太陽輻射通量密度的重要因素。在一天中，太陽高度角在日出日落時為0，正午時達(dá)最大值。夾0，從正南順時鐘向變化為正，逆時針向變化為負(fù)，如正東方為－9090°。可照時間：從日出到日落之間的時間。光照時間：可照時間與因大氣散射作用而產(chǎn)生的曙暮光照耀的時間之和。太陽常數(shù)：當(dāng)?shù)厍蚓嗵枮槿盏仄骄嚯x時，大氣上界垂直于太陽光線平面上的太1367瓦/2。大氣質(zhì)量數(shù)：太陽輻射在大氣中通過的路徑長度與大氣鉛直厚度的比值。直接輻射：以平行光線的形式直接投射到地面上的太陽輻射?？傒椛洌禾栔苯虞椛浜蜕⑸漭椛渲?。光合有效輻射：綠色植物進(jìn)展光合作用時，能被葉綠素吸取并參與光化學(xué)反響的太陽輻射光譜成分。大氣逆輻射：大氣每時每刻都在向各個方向放射長波輻射，投向地面的大氣輻射，稱為大氣逆輻射。12.13.地面輻射差額：某時段內(nèi)，地面吸取的總輻射與放出的有效輻射之差。二、填空題： 1.常用的輻射通量密度的單位是(1)。不透亮物體的吸取率與反射率之和為(2)。對任何波長的輻射，吸取率都是1的物體稱為(3)。當(dāng)確定溫度上升一倍時，確定黑體的總輻射力量將增大(4)倍。假設(shè)把太陽和地面都視為黑體，太陽外表確定溫度為6000K，地面溫度為300K，則太陽外表的輻射通量密度是地外表的(5)倍。確定黑體溫度上升一倍時，其輻射力量最大值所對應(yīng)的波長就變?yōu)樵瓉淼?6)。太陽赤緯在春秋分時為(7)，冬至?xí)r為(8)。8時的時角為(9)15時的時角為(10)。武漢(30°N)(11)，(12)和(13)。冬半年，在北半球隨緯度的上升，正午的太陽高度角(14)。湖北省在立夏日太陽升起的方位是(15)。在六月份，北京的可照時間比武漢的(16)。10°時，北半球緯度高于(17)的北極地區(qū)就消滅極晝。由冬至到夏至，北半球可照時間漸漸(18)。光照時間延長，短日照植物的發(fā)育速度就會(19)。在干潔大氣中，波長較短的輻射傳播的距離比波長較長的輻射傳播距離(20)。隨著太陽高度的降低，太陽直接輻射中長波光的比(21)。地面溫度越高，地面對外輻射的能量越(22)。地面有效輻射隨空氣濕度的增大而(23)，隨地面與空氣溫度之差的增大而(24)，(25)。地面吸取的太陽總輻射與地面有效輻射之差稱為(26)。答案：(1瓦米2；(2)1；(3)確定黑體；(4)15；(5)160000；(6)二分之一；(7)0°；(8)－23°27”；(9)－60°；(10)45°；(11)83°27”；(12)36°33”；(13)60°；(14)減??；(15)東偏北；(16)長；(17)80°；(18)(19)(20)短；(21)(22)(23)(24)(25)(26)地面輻射差額。三、選擇題： (說明：在四個答案中，只能選一個正確答案填入空格內(nèi)。)短日照植物南種北引，生育期將 。延長； B.縮短；C.不變； D.可能延長也可能縮短。晴朗的天空呈藍(lán)色，是由于大氣對太陽輻射中藍(lán)紫色光 較多的結(jié)果。吸??；B.散射；C.反射；D.透射。對光合作用有效的輻射包含在 中。紅外線； B.紫外線；C.可見光； D.長波輻射。在大氣中放射輻射力量最強(qiáng)的物質(zhì)是 。氧； B.臭氧；C.氮； D.水汽、水滴和二氧化碳。當(dāng)?shù)孛嬗行л椛湓龃髸r，夜間地面降溫速度將 。加快；B.減慢；C.不變；D.取決于氣溫。答案：1.A；2.B；3.C；4.D；5.A。四、推斷題：對確定黑體，當(dāng)溫度上升時，輻射力量最大值所對應(yīng)的波長將向長波方向移動。在南北回歸線之間的地區(qū)，一年有兩次地理緯度等于太陽赤緯。時角表示太陽的方位,太陽在正西方時,時角為90°。北半球某一緯度消滅極晝時，南半球同樣的緯度上必定消滅極夜。白天氣溫上升主要是由于空氣吸取太陽輻射的原因。光合有效輻射只是生理輻射的一局部。太陽直接輻射、散射輻射和大氣逆輻射之和稱為總輻射。地面輻射和大氣輻射均為長波輻射。對太陽輻射吸取得很少的氣體，對地面輻射也必定很少吸取。北半球熱帶地區(qū)輻射差額晝夜均為正值，所以氣溫較高。答案：1.錯；2.對；3.錯；4.對；5.錯；6.對；7.錯；8.對；9.錯；10.錯。五、計(jì)算題任意時刻太陽高度角的計(jì)算依據(jù)公式Sinh＝sinφsinδ＋cosφcosδcosω大致分三步進(jìn)展：計(jì)算時角ω，以正午時為0°，上午為負(fù)，下午為正，每小時15°；如以“度“為單位，其計(jì)算式是ω＝(t－12)×15°其中t為以小時為單位的時間；如以“弧度“為單位，則ω＝(t－12)×2π/24建議計(jì)算時以角度為單位。sinh值(所需的δ3中查到，考試時一般作為條件給出)。求反正弦函數(shù)值h，即為所求太陽高度角。例：計(jì)算武漢(30°N)10時的太陽高度角。10時：ω＝(t－12)×15°＝(10－12)×15°＝－30°冬至日：δ=－23°27”武漢緯度：φ=30°∴sinh=sin30°sin(－23°27”)＋cos30°cos(－23°27”)cos(－30°)=0.48908h=29°17”正午太陽高度角的計(jì)算依據(jù)公式： h=90°－φ＋δ進(jìn)展計(jì)算；特別應(yīng)留意當(dāng)計(jì)算結(jié)果h>90°時，應(yīng)取補(bǔ)角(即用180°－h(huán)作為太陽高度角)。也可依據(jù) h=90°－|φ－δ|進(jìn)展計(jì)算，就不需考慮取補(bǔ)角的問題(建議用后一公式計(jì)算)。還應(yīng)留意對南半球任何地區(qū)，φ應(yīng)取負(fù)值；在北半球?yàn)槎肽?秋分至春分)時，δ也取負(fù)值。例計(jì)算當(dāng)太陽直射20°S時(約11月25日)在40°S的正午太陽高度角。解：φ=－40°(在南半球) δ=－20°∴h=90°－(－40°)+(－20°)=110°計(jì)算結(jié)果大于90°，故取補(bǔ)角，太陽高度角為：h=180°－110°=70°也可用上述后一公式直接得h=90°－|φ－δ|=90°－|－40°－(－20°)|=70°計(jì)算可照時間大致分三步：依據(jù)公式：cosω0=－tgφtgδ計(jì)算cosω0的值。計(jì)算反余弦函數(shù)值ω0，得日出時角為－ω0，日落時角為+ω02ω0/15°(其中ω0必需以角度為單位)。1125日武漢的可照時間。3可查得δ=－20°，武漢緯度φ=30°cosω0=－tgφtgδ=－tg30°tg(－20°)=0.210138ω0=77.87°即：日出時角為－77.87°(649分)，77.87°(1711分)。∴可照時間=2ω0/15°=2×77.87°/15°=10.38小時計(jì)算水平面上的太陽直接輻射通量密度依據(jù)公式：Rsb=Rsc×a×m×sinh大致分三步進(jìn)展計(jì)算：(1)計(jì)算太陽高度角的正弦sinh(1，2兩局部)。(2)計(jì)算大氣質(zhì)量數(shù)，一般用公式m=1/sinh(3)計(jì)算Rsb例1(取φ=40°N)冬至日上午10時水平面上的太陽直接輻射通量密度(設(shè)Rsc=1367瓦/米-2，a=0.8)。解：φ=40°,δ=－23°27”(冬至日)，ω=－30°sinh=sin40°sin(－23°27”)+cos40°cos(－23°27”)cos(－30°)=0.352825m=1/sinh=1/0.352825=2.8343∴Rsb=Rsc×a×m×sinh=1367×0.82.8343×0.352825=256.25(瓦/2)2計(jì)算武漢(φ30°N)在夏至日正午時的太陽直接輻射通量密度(a=0.8)。解：φ=30°，δ=23°27”，正午太陽高度角為h=90°－φ－δ=90°－30°－23°27”=83°27”m=1/sinh=1.00657Rsb=Rsc×a×m×sinh=1367×0.8×1.00657×sin83°27”=1084.87(瓦/米-2)31842°處地面上正午時的直接輻射通量密度(0.71367瓦?米-2)。解：φ=42°δ=－18°a=0.7正午時：h=90°－φ+δ=90°－42°－18°=30°m=1/sinh=1/sin30°=2Rsb=Rsc×a×m×sinh=1367×(0.7)×2sin30°=334.9(瓦/2)計(jì)算坡面的太陽直接輻射通量密度坡面上的直接輻射通量密度計(jì)算式為：Rsb坡=Rsc×a×m×sinα其中α為太陽光線與坡面的夾角。Rsb坡的計(jì)算步驟與上述水平面上Rsb2步(計(jì)算m)α。例1計(jì)算武漢(φ為30°N)冬至日坡度為20°的南坡和北坡在正午時的太陽直接輻射通量密度(設(shè)透亮系數(shù)a=0.8)。解：φ=30°，δ=－23°27”，正午太陽高度角為：h=90°－|φ－δ|=90°－|30°－(－23°27”)|=36°33”，m=1/sinh=1/sin36°33”=1.6792(留意：此處計(jì)算m時不能用α代替h)。對于南坡，正午時α=h+坡度=36°33”+20°=56°33”Rsb南坡=Rsc×a×msinα=1367×0.8×1.6792×sin56°33”=784.14(瓦/2)對于北坡，正午時α=h－坡度=36°33”－20°=16°33”(假設(shè)北坡坡度大于h時則無直射光，即Rsb=0)Rsb北坡=Rsc×amsinα=1367×0.8×1.6792×sin16°33”=267.71(瓦/2)由此題可知冬季南坡暖而北坡冷的一個重要緣由在于Rsb南坡和Rsb北坡的差異。246.5°N的某地欲蓋一朝南的玻璃溫室，為了減小反射損失，要使冬至日正午時太上的直接輻射通量密度為多少(1367瓦/20.8)？解：φ=46.5°，δ=－23.5°，a=0.8(1)h=90°－φ+δ=90°－46.5°－23.5°=20°m=1/sinh=1/sin20°=2.923804玻璃面與地平面的夾角β=90°－h(huán)=90°－20°=70°(2)玻璃面上的直接輻射通量密度為Rsb坡=Rsc×amsinα=1367×(0.8)2.923804×sin90°=711.9(瓦/2)336.530°，試求冬至日正午時水平地面上及南北坡面上的太陽直接輻射通量密度(0.81367瓦/2)。解：φ=36.5°，δ=－23.5°，a=0.8，坡面坡度β=30°h=90°－φ+δ=90°－36.5°+(－23.5°)=30°m=1/sinh=1/sin30°=2水平地面上直接輻射能量密度Rsb=Rsc×amsinh=1367×(0.8)2×sin30°=437.4(瓦?米-2)南坡：Rsb南坡=Rsc×amsinα=Rsc×amsin(h+β)=1367×(0.8)2×sin60°=757.7(瓦/米-2)北坡：Rsb北坡=Rsc×amsinα=Rsc×amsin(h－β)=Rsc×amsin0°=0坡，則無太陽直接輻射。所以南坡為溫和的陽坡，北坡為陰冷的陰坡。六、問答題：1.太陽輻射與地面輻射的異同是什么？答：二者都是以電磁波方式放射能量；二者波長不同，太陽輻射能量主要在0.15~4微米，包括紫外線、可見光和紅外線，能量最大的波長為0.48微米。地面輻射能量主要在3~80微米，為紅外線，能量最大的波長在10微米四周。二者溫度不同，太陽外表溫度為地面的20204倍。試述正午太北半球陽高度角隨緯度和季節(jié)的變化規(guī)律。答：由正午太陽高度角計(jì)算公式h=90°－｜φ－δ｜可知在太陽直射點(diǎn)處正午時h最大，90°；越遠(yuǎn)離直射點(diǎn)，正午h越小。因此正午太陽高度角的變化規(guī)律為：隨緯度的變化：在太陽直射點(diǎn)以北的地區(qū)(φ>δ)，隨著緯度φ的增大，正午h漸漸減?。辉谥鄙潼c(diǎn)以南的地區(qū)，隨φ的增大，正午h漸漸增大。隨季節(jié)(δ)的變化：對任何肯定的緯度，隨太陽直射點(diǎn)的接近，正午h漸漸增大；隨直射點(diǎn)的遠(yuǎn)離，正午h漸漸減小。例如北回歸線以北的地區(qū)，從冬至到夏至，正午h漸漸增大；從夏至到冬至，正午h漸漸減小。在｜φ－δ｜>90°的地區(qū)(極圈內(nèi))，為極夜區(qū)，全天太陽在地平線以下。可照時間長短隨緯度和季節(jié)是如何變化的？答：隨緯度的變化：在北半球?yàn)橄陌肽陼r，全球隨緯度φ值的增大(在南半球由南極向赤道φ增大)，可照時間延長；在北半球?yàn)槎肽陼r,全球隨緯度φ值的增大可照時間縮短。隨季節(jié)(δ)的變化：春秋分日，全球晝夜平分；北半球隨δ增大(冬至到夏至)，可照時間漸漸延長；隨δ減小(夏至到冬至)，可照時間漸漸縮短；南半球與此相反。在北半球?yàn)橄陌肽?δ>0)時，北極圈內(nèi)緯度為(90°-δ〕以北的地區(qū)消滅極晝，南極圈內(nèi)同樣緯度以南的地區(qū)消滅極夜；在北半球冬半年(δ<0)時，北極圈90°+δ以北的地區(qū)消滅極夜，南極圈內(nèi)同樣緯度以南消滅極晝。光照時間長短對不同緯度之間植物的引種有什么影響？答：光照長短對植物的發(fā)育，特別是對開花有顯著的影響。有些植物要求經(jīng)過一段較短的短的黑夜才能開花結(jié)果，稱長日照植物。前者發(fā)育速度隨生育期內(nèi)光照時間的延長而減慢，后者則相反。對植物的主要生育期(夏半年)來說，隨緯度上升光照時間延長，因而短日照植物南種北引，由于光照時間延長，發(fā)育速度將減慢，生育期延長；北種南引，發(fā)育速度因光照時間縮短而加快，生育期將縮短。長日照植物的狀況與此相反。而另一方面，對一般作物來說，溫度上升都會使發(fā)育速度加快，溫度降低使發(fā)育速度減慢。因此，對長日照植物來說，南種北引，光照時間延長將使發(fā)育速度加快，溫度降低又使發(fā)育和溫度的轉(zhuǎn)變