太陽輻射光譜和太陽常數

(1)輻射光譜：太陽是個熾熱的大火球，它的表面溫度可達6000°K，它以輻射的方式不斷地把巨大的能量傳送到地球上來，哺育著萬物的生長。

    太陽輻射的波長范圍，大約在0.15-4微米之間。在這段波長范圍內，又可分為三個主要區域，即波長較短的紫外光區、波長較長的紅外光區和介于二者之間的可見光區。太陽輻射的能量主要分布在可見光區和紅外區，前者占太陽輻射總量的50％，后者占43％。紫外區只占能量的7％。在波長0.48微米的地方，太陽輻射的能力達到最高值，數值約為3.0卡/cm2.分以上。

(2)太陽輻射強度和太陽常數：太陽輻射強度就是太陽在垂直照射情況下在單位時間(一分鐘、一天、一個月或者一年)內，一平方厘米的面積上所得到的輻射能量。如果在特定的情況下測量太陽輻射強度，就叫做太陽常數。也就是說，必須是在日地平均距離的條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光線的1平方厘米的面積上，在1分鐘內所接受的太陽輻射能量，就稱為太陽常數。它是用來表達太陽輻射能量的一個物理量。

這里需要解釋幾個概念：

①日地平均距離：太陽和地球的距離在天文學上稱做“天文單位”，這是一個很重要的數字，很多天文數字都是以它為基礎的。測量日地距離的方法有好幾種，一種是利用金星凌日(即太陽、金星一地球剛好在一條直線上)；另一種方法是利用小行星測量日地距離。歷史上就是用前一種方法測出地球到太陽的距離的，也是這樣算出日地平均距離的，即從地球上發出一束雷達波，打到金星上面，再從金星上反射回來。利用這種方法測出的日地平均距離為149,597,870公里，大約為15,000萬公里。

②在大氣上界：就是說不考慮大氣對太陽輻射的影響，即在沒有大氣的情況下。太陽常數的數值，由于觀測年代不同，以及觀測方法和推算方法的不同，在不同的書籍和資料中，其數值常不一致，變動幅度在1.90-2.90卡厘米/2.分之間。1957年國際地球物理年決定采用1.98卡/厘米2.分。近年來，在宇航事業取得新資料的情況下，經過大量觀測和分析，測得新的太陽常數為1.95卡/厘米2.分。據研究，太陽常數也有周期性的變化，這可能與太陽黑子的活動周期有關。因此，在長期氣象預報過程中，常把太陽常數和太陽黑子的周期變化聯系起來，分析氣候長期變化的趨勢，為國民經濟計劃服務。

③到達大氣上界的太陽輻射：太陽常數在一定程度上代表了垂直到達大氣上界的太陽輻射強度，但太陽常數到達水平面上的太陽輻射強度之間，存在著下面的數學關系式：

I=I0.sinｈ

式中，ｈ為太陽高度角，I0為太陽常數,I為投射到大氣上界水平面上的太陽輻射強度。

    上式表明：大氣上界水平面上的太陽輻射強度，隨太陽高度角的增大而增強。當太陽高度角為90°時，太陽輻射強度就等于太陽常數。因此，太陽常數就是到達水平面上的太陽輻射強度的最大值。

    到達大氣上界的太陽輻射，就是太陽常數。但是因為到達大氣上界的太陽輻射與日地距離的平方成反比，因此，在遠日點和在近日點的太陽輻射強度與太陽常數就有一定差異。在近日點垂直于大氣上界的太陽輻射強度比太陽常數大3.4％；而在遠日點則比太陽常數小3.5％。

    根據上述太陽輻射強度和太陽常數的關系公式，到達大氣上界的太陽輻射與太陽高度角的正弦成正比。太陽高度角隨緯度和時間而變化。因此，在不同緯度上不同時間的太陽輻射強度都不同。由于南、北回歸線之間地區的太陽高度角較大，而北回歸線以北和南回歸線以南地區的太陽高度角隨緯度增高而減小，所以，到達地球大氣上界的太陽輻射沿緯度的分布是不均勻的，低緯度多，隨緯度的增高而減少；由于南、北回歸線之間地區的太陽高度角在一年中的變化較小，而中、高緯度地區的太陽高度角在一年中的變化較大，因而，低緯地區太陽輻射強度的年變化小，高緯地區太陽輻射強度的年變化大。