222大气层对太阳辐射的吸收 太阳辐射通过大气层时,其中一部分辐射能被云层反射到宇宙空间,一部分短波辐射受到天空中 的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点的散射,使得天空呈现蓝色。太阳光谱中的X射线和其它一些 超短波射线在通过电离层时,会被氧、氮及其它大气成分强烈吸收,大部分紫外线被大气中的臭氧所 吸收,大部分的长波红外线则被大气层中的二氧化碳和水蒸气等温室气体所吸收,因此到达地面的太 阳辐射能主要是可见光和近红外线部分,即波长为0.32~2.5μum部分的射线 臭氧在地球的大气层中最高浓度是在距地面大约3000米处的平流层,也被称为臭氧层或臭氧 带。臭氧层吸收波长在0.32μm以下的高密度紫外线,对地球的生态环境和大气环流有重要的影响,由 于氯氟碳化合物(CFCs)的光解破坏和氯原子在平层流中间释放,消耗大量的臭氧从而导致臭氧层浓 度降低,会造成紫外线辐射增强。过度的紫外线照射,会危及人类的身体健康。研究表明波长在 0.23~0.32μm的紫外线(又称UV-B短波)是一种黑瘤的一个致病因素,而目前黑瘤死亡率大约在45%。 因此,由于反射、散射和吸收的共同影响,使到达地球表面的太阳辐射照度大大削弱,辐射光谱也 因此发生了变化。即大气层外的太阳辐射在通过大气层时,除了一部分被大气层吸收与阻隔以外,到 达地面的太阳辐射由两部分组成,一部分是太阳直接照射到地面的部分,称为直射辐射:另一部分是 经过大气散射后到达地面的,成为散射辐射。直射辐射与散射辐射之和就是到达地面的太阳辐射能总 和,称为总辐射。但实际上到达地面的太阳辐射还有一部分,即被大气层吸收掉的太阳辐射部分会以 长波辐射的形式将其中一部分能量送到地面。不过这部分能量相对于太阳总辐射能量来说要小得多 大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短及大气质量。而射程长短又与太阳高 度角和海拔高度有关。水平面上太阳直接辐射照度与太阳高度角、大气透明度成正比,在低纬度地 区,太阳高度角高,阳光通过的大气层厚度较薄,因而太阳直射辐射照度较大。高纬度地区,太阳高 度角低,阳光通过大气层厚度较厚,因此太阳直接辐射照度较小。又如,在中午太阳高度角大,太阳 射线穿过大气层的射程短,直射辐射照度就大,早晨和傍晚的太阳高度角小,射程长,直射辐射就 小 距大气层上边界x处(图2-8)与太阳光线垂直的表面上(即太阳法向)的太阳直射辐射照度Ix的梯度 与其本身强度成正比: (2-8) 式中-距大气层上边界x处的法向表面太阳直射辐射照度,W/m2 例常数,m1 x一太阳光线的行进路程,m 对式(28)积分求解得: Ix=loxp(-kx) 从上式可以看到,k值越大,辐射照度衰减越大,因此k值又称为消光系数,它的大小与大气成 分、云量等有关。云量的意思是将天空分为10份,被云遮盖的份数。例如,云量为4是指天空有10分之 4被云遮蔽。太阳光线的行进路程x,即太阳光线透过大气层的距离,可由太阳位置来计算。7 2.2.2 大气层对太阳辐射的吸收 太阳辐射通过大气层时，其中一部分辐射能被云层反射到宇宙空间，一部分短波辐射受到天空中 的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点的散射，使得天空呈现蓝色。太阳光谱中的X射线和其它一些 超短波射线在通过电离层时，会被氧、氮及其它大气成分强烈吸收，大部分紫外线被大气中的臭氧所 吸收，大部分的长波红外线则被大气层中的二氧化碳和水蒸气等温室气体所吸收，因此到达地面的太 阳辐射能主要是可见光和近红外线部分，即波长为0.32~2.5m部分的射线。 臭氧在地球的大气层中最高浓度是在距地面大约30000米处的平流层，也被称为臭氧层或臭氧 带。臭氧层吸收波长在0.32m以下的高密度紫外线，对地球的生态环境和大气环流有重要的影响，由 于氯氟碳化合物（CFCs）的光解破坏和氯原子在平层流中间释放，消耗大量的臭氧从而导致臭氧层浓 度降低，会造成紫外线辐射增强。过度的紫外线照射，会危及人类的身体健康。研究表明波长在 0.230.32m的紫外线（又称UV-B短波）是一种黑瘤的一个致病因素, 而目前黑瘤死亡率大约在45%。 因此，由于反射、散射和吸收的共同影响，使到达地球表面的太阳辐射照度大大削弱，辐射光谱也 因此发生了变化。即大气层外的太阳辐射在通过大气层时，除了一部分被大气层吸收与阻隔以外，到 达地面的太阳辐射由两部分组成，一部分是太阳直接照射到地面的部分，称为直射辐射；另一部分是 经过大气散射后到达地面的，成为散射辐射。直射辐射与散射辐射之和就是到达地面的太阳辐射能总 和，称为总辐射。但实际上到达地面的太阳辐射还有一部分，即被大气层吸收掉的太阳辐射部分会以 长波辐射的形式将其中一部分能量送到地面。不过这部分能量相对于太阳总辐射能量来说要小得多。 大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短及大气质量。而射程长短又与太阳高 度角和海拔高度有关。水平面上太阳直接辐射照度与太阳高度角、大气透明度成正比，在低纬度地 区，太阳高度角高，阳光通过的大气层厚度较薄，因而太阳直射辐射照度较大。高纬度地区，太阳高 度角低，阳光通过大气层厚度较厚，因此太阳直接辐射照度较小。又如，在中午太阳高度角大，太阳 射线穿过大气层的射程短，直射辐射照度就大，早晨和傍晚的太阳高度角小，射程长，直射辐射就 小。 距大气层上边界x处（图2-8）与太阳光线垂直的表面上(即太阳法向)的太阳直射辐射照度Ix 的梯度 与其本身强度成正比： x x kI dx dI = − (2-8) 式中 Ix——距大气层上边界x处的法向表面太阳直射辐射照度，W/m2 k——比例常数，m-1 x——太阳光线的行进路程，m 对式（2-8）积分求解得： Ix =Ioexp（- k x） (2-9) 从上式可以看到，k 值越大，辐射照度衰减越大，因此 k 值又称为消光系数，它的大小与大气成 分、云量等有关。云量的意思是将天空分为10份，被云遮盖的份数。例如，云量为4是指天空有10分之 4被云遮蔽。太阳光线的行进路程x，即太阳光线透过大气层的距离，可由太阳位置来计算