太阳辐射光谱和太阳常数

(1)辐射光谱：太阳是个炽热的大火球，它的表面温度可达6000°K，它以辐射的方式不断地把巨大的能量传送到地球上来，哺育着万物的生长。

    太阳辐射的波长范围，大约在0.15-4微米之间。在这段波长范围内，又可分为三个主要区域，即波长较短的紫外光区、波长较长的红外光区和介于二者之间的可见光区。太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总量的50％，后者占43％。紫外区只占能量的7％。在波长0.48微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值，数值约为3.0卡/cm2.分以上。

(2)太阳辐射强度和太阳常数：太阳辐射强度就是太阳在垂直照射情况下在单位时间(一分钟、一天、一个月或者一年)内，一平方厘米的面积上所得到的辐射能量。如果在特定的情况下测量太阳辐射强度，就叫做太阳常数。也就是说，必须是在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米的面积上，在1分钟内所接受的太阳辐射能量，就称为太阳常数。它是用来表达太阳辐射能量的一个物理量。

这里需要解释几个概念：

①日地平均距离：太阳和地球的距离在天文学上称做“天文单位”，这是一个很重要的数字，很多天文数字都是以它为基础的。测量日地距离的方法有好几种，一种是利用金星凌日(即太阳、金星一地球刚好在一条直线上)；另一种方法是利用小行星测量日地距离。历史上就是用前一种方法测出地球到太阳的距离的，也是这样算出日地平均距离的，即从地球上发出一束雷达波，打到金星上面，再从金星上反射回来。利用这种方法测出的日地平均距离为149,597,870公里，大约为15,000万公里。

②在大气上界：就是说不考虑大气对太阳辐射的影响，即在没有大气的情况下。太阳常数的数值，由于观测年代不同，以及观测方法和推算方法的不同，在不同的书籍和资料中，其数值常不一致，变动幅度在1.90-2.90卡厘米/2.分之间。1957年国际地球物理年决定采用1.98卡/厘米2.分。近年来，在宇航事业取得新资料的情况下，经过大量观测和分析，测得新的太阳常数为1.95卡/厘米2.分。据研究，太阳常数也有周期性的变化，这可能与太阳黑子的活动周期有关。因此，在长期气象预报过程中，常把太阳常数和太阳黑子的周期变化联系起来，分析气候长期变化的趋势，为国民经济计划服务。

③到达大气上界的太阳辐射：太阳常数在一定程度上代表了垂直到达大气上界的太阳辐射强度，但太阳常数到达水平面上的太阳辐射强度之间，存在着下面的数学关系式：

I=I0.sinｈ

式中，ｈ为太阳高度角，I0为太阳常数,I为投射到大气上界水平面上的太阳辐射强度。

    上式表明：大气上界水平面上的太阳辐射强度，随太阳高度角的增大而增强。当太阳高度角为90°时，太阳辐射强度就等于太阳常数。因此，太阳常数就是到达水平面上的太阳辐射强度的最大值。

    到达大气上界的太阳辐射，就是太阳常数。但是因为到达大气上界的太阳辐射与日地距离的平方成反比，因此，在远日点和在近日点的太阳辐射强度与太阳常数就有一定差异。在近日点垂直于大气上界的太阳辐射强度比太阳常数大3.4％；而在远日点则比太阳常数小3.5％。

    根据上述太阳辐射强度和太阳常数的关系公式，到达大气上界的太阳辐射与太阳高度角的正弦成正比。太阳高度角随纬度和时间而变化。因此，在不同纬度上不同时间的太阳辐射强度都不同。由于南、北回归线之间地区的太阳高度角较大，而北回归线以北和南回归线以南地区的太阳高度角随纬度增高而减小，所以，到达地球大气上界的太阳辐射沿纬度的分布是不均匀的，低纬度多，随纬度的增高而减少；由于南、北回归线之间地区的太阳高度角在一年中的变化较小，而中、高纬度地区的太阳高度角在一年中的变化较大，因而，低纬地区太阳辐射强度的年变化小，高纬地区太阳辐射强度的年变化大。