大气对太阳辐射的削弱作用

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大气对太阳辐射的削弱作用臭氧层对波长较短的紫外线,平流层的水汽等对长波红外线吸收太阳辐射在通过大气层时,由于大气的吸收、反射和散射作用,而使到达 地面的太阳辐射受到很大削弱。现分述于下:1. 大气对太阳辐射的吸收作用。太阳辐射通过大气时,大气中的水汽、 氧、臭氧、二氧化碳和固体杂质对太阳辐射有明显的吸收作用,而其他成分对 太阳辐射的吸收很少。不同成分对太阳辐射吸收的波长范围也不同,所以通常 称为选择性吸收。水汽吸收太阳辐射的红外线部分能力最强,它的吸收波长范围主要在0.93 2.85微米之间。因大气中的水汽含量是变化的,所以它吸收的太阳辐射量有 个变化幅度。大气中氧(02)的含量虽然很大,但它对太阳辐射的吸收能力不强,主要 吸收波长小于0.2微米的紫外线辐射。大气中臭氧(03)含量虽少,但对太阳 辐射的吸收能力很强。由于臭氧的吸收作用,使小于0.29微米的紫外线辐射不 能到达地面,这就保护了地球上生物不受强紫外线辐射之害。臭氧对0.6微米 附近的太阳辐射中最强的部分也有一定的吸收能力。因此,臭氧对太阳辐射的 吸收作用是很显著的,它对平流层的增温起着重要作用。二氧化碳(C02)对太阳辐射的吸收能力比较弱,仅对红外线4.3微米附近 的辐射有一定的吸收能力(这部分的太阳辐射很微弱),所以二氧化碳的吸收 作用对太阳辐射的影响较小。悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质也能吸收一部分太阳辐射,其影响大小 主要取决于水滴、尘埃等杂质在大气中的含量。例如在大城市上空或出现沙暴 等天气时,它们对太阳辐射的吸收作用才比较显著。在对流层里,对太阳辐射起吸收作用的成分主要是水汽、杂质和二氧化 碳;在平流层里主要是臭氧;高层大气里主要是氧。通过大气的吸收作用,太阳辐射被削弱的部分主要是波长较长的红外线和 波长较短的紫外线,而对可见光影响不大。2. 大气对太阳辐射的反射作用。大气中的云层和较大颗粒的尘埃,能将一 部分太阳辐射反射到宇宙空间去,使到达地面的太阳辐射受到削弱。反射能力的大小通常用反射率来表示。照射到某物体上的太阳辐射总量为 100,其反射出去的能量占百分之几,即为该物体的反射率。一般情况下,云的 反射率平均为50%55%。高而薄的云反射率小,约为20%25%;低而厚的 云反射率大,在70%左右,最大可达90%。赤道地区由于云量大,反射率高, 明显地影响着地表对太阳辐射的接收。大气中的杂质颗粒越大,反射能力越强;颗粒越小,反射能力越差。反射没有选择性,所以反射光呈白色。3. 大气对太阳辐射的散射作用。当太阳辐射在大气中遇到空气分子或微小 尘埃时,发生散射作用,散射的辐射能称为散射辐射。阴天时,见不到太阳直 接照射的光,所见到的光都是散射光;在日出之前天就亮了,在树阴下,在房 间里,凡是阳光不能直接照射的地方,仍是明亮的,这些都是散射作用的缘 故。散射作用可分为两种情况,一种情况是发生散射作用的质点是空气分子或 微小的尘埃,它们的散射能力与波长的四次方成反比关系,这是通过实验得出 的分子散射定律。因此,这种散射是有选择性的,波长越短,散射能力越强。 在可见光部分蓝紫色光波长最短,散射能力最强,所以在晴朗的天空,特别是 雨过天晴时,天空呈现蔚蓝色。另一种情况是发生散射作用的质点是颗粒较大 的尘埃、雾粒、小水滴等,它们的散射无选择性,各种波长同样被散射,使天 空呈白色,所以在阴天时,或者大气中尘埃、烟雾较多时,天空呈灰白色。因 散射作用使太阳辐射削弱的主要部分是可见光中的短波部分。从以上三个方面来看,太阳辐射通过地球大气层时,由于大气的吸收、反 射和散射作用,使到达地面的太阳辐射受到削弱,削弱的主要部分是波长较长 的红外线和波长较短的紫外线,而可见光部分被削弱的较少,所以到达地面的 太阳辐射主要集中在可见光部分。可见光集中了太阳辐射一半的能量,它给予 地球表面以巨大的能量,是发生在地理环境里各种现象和过程的最重要的能量 源泉。
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