第2章輻射本章主要內(nèi)容：輻射的基本知識(shí)太陽(yáng)輻射地面輻射差額太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)12.1

輻射的基本知識(shí)基本概念輻射：自然界中任何物體在絕對(duì)零度以上都能以電磁波或粒子的形式向外放射能量，這種傳送能量的方式稱為輻射。輻射的特點(diǎn)：輻射要有溫度；輻射是一種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，具有能量、質(zhì)量；輻射可以產(chǎn)生熱效應(yīng)；輻射具有二象性。即波動(dòng)性和粒子性。22.1

輻射的基本知識(shí)輻射的特性輻射的波動(dòng)性：用λ·?表示，且λ·?=ν

電磁波譜：將各種不同輻射的波長(zhǎng)（或頻率）從小到大依次排列成一個(gè)譜叫電磁波譜。光合輻射：可見(jiàn)光、紅外線、紫外線三部分光譜。光合輻射：太陽(yáng)輻射紅外線、可見(jiàn)光、紫外線三部分光譜成分。32.1

輻射的基本知識(shí)輻射的粒子性

輻射的粒子學(xué)說(shuō)：電磁輻射是由具有一定質(zhì)量、能量和動(dòng)量的微粒子（量子）流組成，每個(gè)量子的能量為：E=h?=hc/λh=6.626×10-34J·s光合有效輻射：太陽(yáng)輻射中對(duì)合植物光合作用有效的光譜成分，其光譜為0.38～0.71um。4物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射

吸收率(a)：a=Qa/Q

(0≤a≤1)反射率(r)：r=Qr/Q

(0≤r≤1)透射率(d)：t=Qt/Q

(0≤t≤1)2.1

輻射的基本知識(shí)根據(jù)能量守恒原理得：Q=Qa+Qr+Qt

所以：a+r+t=1（透明物體）a+r=1（不透明物體）

52.1

輻射的基本知識(shí)黑體：對(duì)所有波長(zhǎng)的入射輻射的a=1。常把a(bǔ)=0.97～0.99的物體近似看作黑體灰體：對(duì)所有波長(zhǎng)的入射輻射的a＜1，且吸收率不隨波長(zhǎng)而改變。白體：對(duì)所有波長(zhǎng)的入射輻射的r＝1?，F(xiàn)實(shí)中，白體也不存在，如表面磨光的銅反射率r＝0.97，被視為白體。62.1

輻射的基本知識(shí)透熱體：對(duì)入射輻射的t=1。固體和液體一般是不透熱的。氣體對(duì)熱輻射幾乎沒(méi)有反射能力，在一般溫度下的單原子和對(duì)稱雙原子氣體可視為透熱體，多原子氣體在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有相當(dāng)大的吸收能力。影響固體表面的吸收和反射性質(zhì)的，主要是表面狀況和顏色，表面狀況的影響往往比顏色更大。72.1

輻射的基本知識(shí)輻射能量的基本單位

輻射通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)任一表面的輻射能，單位為W或J/s。輻射通量密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的輻射能，單位為W/m2。輻射強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)與輻射能流方向相垂直的單位面積上的輻射通量密度（W/m2）。光通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)任一表面的光能，單位為流明(Lm)。光通量密度：入射到單位面積上的光通量，單位為勒克斯(Lx)。82.1

輻射的基本知識(shí)輻射的基本定律基爾荷夫定律

在一定溫度下，任何物體對(duì)于某一波長(zhǎng)的放射能力(eλ,T)與物體對(duì)該波長(zhǎng)的吸收率(aλ,T)的比值，只是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，而與物體的其它性質(zhì)無(wú)關(guān)。即:

92.1

輻射的基本知識(shí)基爾荷夫定律得出的結(jié)論：對(duì)于不同性質(zhì)的物體，當(dāng)它的放射能力較強(qiáng)時(shí)，其吸收能力也較強(qiáng)；放射能力較弱時(shí)，其吸收能力也較弱。對(duì)于同一物質(zhì)，如果在溫度為T時(shí)放射某一波長(zhǎng)的輻射，那么在同一溫度下，它也吸收這一波長(zhǎng)的輻射。

解釋：1、夏季不宜穿深色衣服。2、為什么冬季化雪融冰要往地上撒一些土？102.1

輻射的基本知識(shí)斯蒂芬——波爾茲曼定律

黑體總的放射能力與它本射絕對(duì)溫度的四次方成正比。

即

ET=δT4

(δ=5.67×10-8w/m2·K)不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

112.1

輻射的基本知識(shí)維恩位移定律

黑體最大放射能力所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（λm）與其絕對(duì)溫度成反比

即：λm·T=2897um·K不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

122.2

太陽(yáng)輻射日地關(guān)系地球的公轉(zhuǎn)：地球繞著太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，

公轉(zhuǎn)軌道為橢圓，公轉(zhuǎn)一周時(shí)間為365d5h48m46s，產(chǎn)生了四季。地球的自轉(zhuǎn)：地球自轉(zhuǎn)一周時(shí)間為23h56m04s，即產(chǎn)生了晝夜交替。132.2

太陽(yáng)輻射太陽(yáng)高度角太陽(yáng)光線與地平面之間的夾角稱太陽(yáng)高度角。h=0-90°太陽(yáng)高度角的計(jì)算：Sinh=SinφSinδ+CosφCosδCosωφ為緯度：北半球取正值，南半球?yàn)槿∝?fù)值。ω為時(shí)角：時(shí)角與時(shí)間的關(guān)系：ω=(t-12)×15°

上午為負(fù)，下午為正δ為赤緯角：太陽(yáng)直射點(diǎn)所在地的地理緯度叫赤緯，用δ表示，–23.5°≤δ≤23.5°142.2

太陽(yáng)輻射152.2

太陽(yáng)輻射正午時(shí)刻太陽(yáng)高度角：ω=0，h=900－φ+δ特殊日期正午時(shí)刻太陽(yáng)高度角的計(jì)算：夏至日太陽(yáng)高度角：h=900－φ+23.5°冬至日太陽(yáng)高度角：h=900－φ－23.5°春、秋分太陽(yáng)高度角：h=900－φ太陽(yáng)高度角的變化：日變化：日出、日落，h=0；正午，h=90°年變化：北半球：夏季太陽(yáng)高度角大，冬季小162.2

太陽(yáng)輻射太陽(yáng)方位角

太陽(yáng)光線在水平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€間的夾角。計(jì)算公式：日出日沒(méi)方位角公式：取值規(guī)定：正南為0°，正西為+90°，正北為±180°，正東為-90°。172.2

太陽(yáng)輻射討論春秋分日出正東、日沒(méi)正西(春分、秋分日的赤緯為0°)夏半年日出東偏北、日沒(méi)西偏北。冬半年日出東偏南、日沒(méi)西偏南。182.2

太陽(yáng)輻射晝夜的形成：地球繞著地軸旋轉(zhuǎn)，稱自轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)一周時(shí)間為23h56m04s，即產(chǎn)生了晝夜交替。192.2

太陽(yáng)輻射可照時(shí)數(shù)（晝長(zhǎng)）的變化定義從日出到日沒(méi)的時(shí)間間隔，稱為可照時(shí)數(shù)（晝長(zhǎng)）日出日沒(méi)時(shí)角的計(jì)算：全天可照時(shí)間（t）為:20212.2

太陽(yáng)輻射可照時(shí)間隨緯度、季節(jié)變化規(guī)律：春、秋分日全球晝夜平分，可照時(shí)間為12h。夏半年北半球各地可照時(shí)間長(zhǎng)于12h，越向北晝長(zhǎng)越長(zhǎng)。冬半年北半球各地可照時(shí)間短于12h，越向北晝長(zhǎng)越短。赤道地區(qū)全年晝夜平分，可照時(shí)間為12h。222.2

太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射波譜

大氣上界太陽(yáng)輻射能主要集中在0.15～4.0μm之間，占太陽(yáng)總輻射能的99％。最大放射能波長(zhǎng)λm=0.475um，相當(dāng)于青光。232.2

太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射強(qiáng)度

太陽(yáng)常數(shù)(S0)：在大氣上界，日地平均距離（約為1.496×108km）上投射到垂直于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。1981年10月世界氣象組織推薦S0=1367w/m2,其最大偏差為±7%242.2

太陽(yáng)輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射減弱選擇性吸收N2：幾乎不吸收太陽(yáng)輻射；O2：吸收0.15-0.2um的紫外線；O3：吸收0.2-0.32um的紫外線；CO2：吸收1.46-2.78um的紅外線；水汽：在可見(jiàn)光、紅外線區(qū)都有吸收帶，但主要吸收外0.93～2.85μm的紅外線；水滴和塵埃：能吸收0.59um及3um附近的太陽(yáng)輻射，但吸收作用較弱。252.2

太陽(yáng)輻射散射作用氣體分子散射當(dāng)散射質(zhì)點(diǎn)的直徑小于入射光波長(zhǎng)時(shí)，散射具有選擇性，選擇短波輻射散射，對(duì)可見(jiàn)光來(lái)說(shuō)，則選擇藍(lán)紫光散射。

此定律可解釋下列現(xiàn)象：晴天的中午天空呈現(xiàn)蔚藍(lán)色？日出、日落前太陽(yáng)的顏色呈紅色？高山上的植株相對(duì)矮??？262.2

太陽(yáng)輻射粗粒散射（漫射）

當(dāng)散射質(zhì)點(diǎn)的直徑大于入射光波長(zhǎng)時(shí)，散射不具有選擇性，不同波長(zhǎng)的輻射同等程度的被散射。此定律可解釋下列現(xiàn)象：陰雨天氣天空呈現(xiàn)乳白色？空氣污染嚴(yán)重時(shí)，天空呈灰白色的？27反射作用

大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的反射作用主要是云層的反射，平均反射率為50%左右2.2

太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射100%太陽(yáng)輻射在大氣中減弱282.2

太陽(yáng)輻射減弱因素大氣量（m）

常用太陽(yáng)光線通過(guò)大氣的實(shí)際射程與大氣垂直厚度的比表示。當(dāng)h=90°時(shí)，即m=1，且當(dāng)太陽(yáng)高度角為h時(shí)，m=1/sinh

當(dāng)h＞60°時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)0.01; 當(dāng)h＜30°時(shí)，誤差較大。292.2

太陽(yáng)輻射大氣透明度（P） 大氣透明系數(shù)：太陽(yáng)光線通過(guò)一個(gè)大氣量以后的輻射強(qiáng)度(S1)與投射前的輻射強(qiáng)度(S0)之比，即：P=S1/S0(0＜P＜1)。

影響因素：水汽、水滴、塵埃；云霧；輻射波長(zhǎng)。 302.2

太陽(yáng)輻射到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射波譜直接輻射波譜

隨著h增大，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線和紅橙光所占比例遞減，波長(zhǎng)較短的紫外線、紫光所占比例遞增。散射輻射波譜

隨著h增大，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅外線和紅橙光遞減，波長(zhǎng)較短的紫外線遞增，可見(jiàn)光變化不大結(jié)論：波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其在大氣中的透射率越大； 波長(zhǎng)越短，其在大氣中的透射率越小。312.2

太陽(yáng)輻射下墊面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和透射選擇性吸收

綠葉對(duì)紅橙光、藍(lán)紫光、紫外線吸收較高，對(duì)0.72～1.00um幾乎不吸收，波長(zhǎng)超過(guò)1.00um后，葉片的吸收率又有所增加（水分吸收），波長(zhǎng)超過(guò)3.00um后，葉片幾乎變成黑體。322.2

太陽(yáng)輻射下墊面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射地面的干燥度越大，則r增大；地面的粗糙度越大，則r減小；地面的顏色越深，則r減?。惶?yáng)高度角越大，則r減小332.3

地面輻射平衡地面輻射定義：地球表面按其自身溫度不斷向外發(fā)射的長(zhǎng)波輻射，稱為地面輻射。波譜：地面放射能量的波長(zhǎng)絕大部分集中在3um-80um之間，能量最大的波長(zhǎng)在10um處，為紅外線光譜區(qū)，具有熱效應(yīng)。方向：向上。地面輻射是低層大氣的直接熱源。34大氣輻射定義：大氣按其自身溫度不斷向外發(fā)射的長(zhǎng)波輻射。波譜：大氣放射能量的波長(zhǎng)絕大部分集中在4um-120um之間，能量最大的波長(zhǎng)在15um處，為紅外線光譜區(qū)，具有熱效應(yīng)。方向：向上：加熱上層空氣。向下：稱為大氣逆輻射。對(duì)地面保溫。2.3地面輻射平衡352.3

地面輻射平衡地面有效輻射（E0）定義：地面放射輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差。影響地面有效輻射的因素：空氣濕度：空氣濕度增大則E0減小；風(fēng)：風(fēng)速增大則E0減??；地--氣溫差：增大則E0增大；地面性質(zhì)：①地表面積越大，則E0增大；②地面粗糙度，越粗糙則E0越大海拔高度：高則E0增大；362.3

地面輻射平衡地面輻射差額定義：在單位時(shí)間內(nèi)，地面吸收的輻射與地面放射的輻射之差，稱為地面輻射差額（也稱凈輻射或輻射平衡）。表達(dá)式：

晴天：R=(Sm′+i)-(Sm′+i)a-Ee+δEa=(Sm′+i)(1-a)-E0陰天：R=(Sm′+i)(1-a)-E0夜間：R=-E0372.3

地面輻射平衡地面輻射差額的變化

日變化：白天輻射差額為正值，晚上為負(fù)值；日出后1～1.5h由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值，日落前1～1.5h由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值。年變化：地面凈輻射年變化基本上取決于太陽(yáng)高度角的變化。最大值6月出現(xiàn)，最小值12月出現(xiàn)。382.3

地面輻射平衡隨緯度變化緯度愈低，地面輻射差額保持正值的月份愈長(zhǎng)；反之，保持負(fù)值月份愈長(zhǎng)以北半球而言，大約在北緯39°處，年地面凈輻射為0，即R＝0。北緯39°以南R＞0，地面熱量有盈余；以北R＜0，地面熱量有虧損。392.4

太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)太陽(yáng)輻射波譜與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植物吸收最多的是紅橙光，其次是藍(lán)紫光和紫外線；植物吸收最少的是綠光；對(duì)0.72～1.00um幾乎不吸收，波長(zhǎng)超過(guò)1.00um后，葉片的吸收率又有所增加（水分吸收），波長(zhǎng)超過(guò)3.00um后，葉片幾乎變成黑體。40不同光譜成份對(duì)植物的作用是不同的。各種波長(zhǎng)對(duì)植物的作用如下：1)波長(zhǎng)＞1.0μm的輻射，被植物吸收轉(zhuǎn)化為熱能，影響植物體溫和蒸騰，可促進(jìn)干物質(zhì)積累，不參加光合作用。2)1.0～0.7μm的輻射，只對(duì)植物伸長(zhǎng)起作用，其中0.70～0.80μm稱遠(yuǎn)紅外光，控制開(kāi)花與果實(shí)的顏色。

3)0.7～0.6μm的紅光、橙光可被葉綠素強(qiáng)烈吸收，光合作用最強(qiáng)。4)0.6～0.5μm的光,主要為綠光,低光合作用與弱成形作用。森林反射綠光而呈綠色。

5)0.5～0.4μm的光主要為藍(lán)、紫光，被葉綠素和黑色素強(qiáng)烈吸收，次強(qiáng)光合作用。6)波長(zhǎng)0.40～0.32μm的紫外輻射起成形和著色作用，如使植物變矮、顏色變深、葉片變厚等。7)波長(zhǎng)0.32～0.28μm紫外線對(duì)大多數(shù)植物有害。8)＜0.28μm的遠(yuǎn)紫外輻射可立即殺死植物。412.4

太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)論：1）紫外線被植物吸收后起化學(xué)效應(yīng)，在生產(chǎn)中起植株定型的作用。2）可見(jiàn)光被植物吸收后起光效應(yīng)，在生產(chǎn)中起光合作用。3）紅外線被植物吸收后具有熱效應(yīng)，具有促進(jìn)果實(shí)成熟的作用，不參與光合作用。光合有效輻射：太陽(yáng)輻射中對(duì)合植物光合作用有效的光譜成分，其光譜為0.38～0.71um。生理輻射：凡被綠色植物吸收以進(jìn)行光合作用的輻射422.4

太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)光照強(qiáng)度與植物的生長(zhǎng)發(fā)育影響植物的生育進(jìn)程，即影響生長(zhǎng)發(fā)育

營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)需要相對(duì)的弱光（開(kāi)花前）；繁殖器官生長(zhǎng)需要強(qiáng)光（開(kāi)花后）。432.4

太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響植物的光合作用，即影響產(chǎn)量光合作用強(qiáng)度

單位時(shí)間內(nèi)單位葉面積上合成有機(jī)物量或同化CO2的量，稱為光合作用強(qiáng)度。光飽和點(diǎn)

太陽(yáng)輻射強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，光合作用強(qiáng)度不再增加，這時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光飽和點(diǎn)。442.4

太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響作物的品質(zhì)

強(qiáng)光照射有利于糖類、淀粉、蛋白質(zhì)的形成。光補(bǔ)償點(diǎn)

太陽(yáng)輻射強(qiáng)度減弱到一定程度時(shí)，光合作用產(chǎn)物與呼吸消耗量相等，這時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。作物的光飽和點(diǎn)高、光補(bǔ)償點(diǎn)低，對(duì)光能的利用就越充分，在其它條件也滿足時(shí)，作物的產(chǎn)量就高452.4

太陽(yáng)輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)光照時(shí)間對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響植物的光周期現(xiàn)象植物在長(zhǎng)期的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，對(duì)晝夜長(zhǎng)短產(chǎn)生反應(yīng)，誘導(dǎo)植物一系列生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，這種現(xiàn)象稱為植物的光周期現(xiàn)象。

462.4