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2023-06-19
太阳辐射在地面的影响
【摘要】：地面的反射辐射能力可以用反射率来表示。雪面是强烈的反射体，反射率的变化很大，清洁、紧密的新雪面反射率最大可达95%。裸地的反射率最小，植物的覆盖可使反射率减小。另外土壤表面的反射率随土壤湿度的增大而减小。地面的反射率一般来说，是有日、年变化的。反射率的年变化，主要与下垫层的覆盖物性质的变化有关。表2-4不同地面状况的反射率（%）
到达地面的太阳辐射包括了直接投射到地面上的直接辐射和以散射的形式到达地面的散射辐射两部分。
1.直接辐射
太阳以平行光线的形式，投射到地面上的那一部分辐射能，称为直接辐射。通常以到达水平面上的太阳直接辐射的辐照度来表示直接辐射的大小。
由于太阳常数的变化很小，即日地距离的变化影响不大，所以太阳直接辐射的大小主要由太阳高度角和大气透明度所决定。
直接辐射随太阳高度角的加大而增加。一方面是由于太阳高度角愈小时，等量的太阳辐射能散布的面积愈大，则单位面积上接受的能量就愈少；另一方面，因为太阳高度角愈小时，太阳光穿过的大气层就愈厚，大气对太阳辐射的减弱作用就愈强，所以到达地面的辐射能就愈少。
直接辐射随着大气透明系数的改变而改变，当大气中的杂质、水汽等含量愈多时，太阳辐射被削弱得愈多，最明显的是它影响直接辐射的日变化。在无云的天气条件下，一天中直接辐射一般是中午最大，最小值是在日出日落时刻。但有时午后对流的发展，把水汽和灰尘带到上空，使大气透明系数变小，导致直接辐射对正午而言不对称，午后小于午前。另外，云与雾的反射作用，也使直接辐射减少。
直接辐射也有显著的年变化，这种变化主要取决于太阳高度角的年变化。对一个地区来说，一年中直接辐射夏季最大，冬季最小。但由于盛夏时，大气中的水汽含量增加，云量增多，也能使直接辐射减弱得较多，使得直接辐射的月平均值的最大值不出现在盛夏，而出现在春末夏初的季节。
直接辐射还随纬度而改变。冬半年北半球由于太阳高度和太阳可照时间随纬度的增高而减少。夏半年，虽然每天太阳的可照时间随纬度的增高而增长，在极地地区还有永昼现象，但高纬地区由于太阳高度角比较小，所以直接辐射量仍然不大，加上云和透明系数的影响，全年直接辐射的最大值出现在北回归线附近。
2.散射辐射
太阳辐射在通过大气时受到散射，其中散射向地面的那一部分能量以及云层等向地面反射的一部分太阳辐射，统称为太阳漫射辐射，习惯上称散射辐射。所以散射辐射可以说是地平面上每单位时间在单位面积上接受到的来自天空一切方向的散射辐射及反射的短波辐射量（S n）。
散射辐射是一种短波辐射，其能量的分布，比直接辐射更集中于短波较短的光谱区。散射辐射的大小也与太阳高度角、大气透明程度有关，当太阳高度角增大时，直接辐射增加，散射辐射也增大。在太阳高度角一定的情况下，大气透明度小时，散射质点多，散射辐射增强；反之，大气透明度大时，散射辐射减弱。散射辐射还与云量、云状有关。一般散射辐射随卷云、卷积云及高积云的增多而增强。但当云层很厚时，由于直接辐射被削弱得太多，而且被云层上部散射的辐射又不能通过云层到达地面，所以散射辐射可能比晴天小。另外，积雪也能使散射辐射增强，因为投射到雪面上的太阳辐射，平均有60%被反射回大气，这一部分太阳辐射可再次受到散射，使散射辐射增大。
散射辐射的日、年变化也主要决定于太阳高度角的变化。所以一天中散射辐射的最大值出现在中午前后，一年中散射辐射的最大值出现在夏季。
3.总辐射
同时到达地面（水平面）的太阳直接辐射和散射辐射之和，称为总辐射。
显然，总辐射量的大小取取决于直接辐射和散射辐射。也就是说它与太阳高度角、大气透明系数、云量等因素有关，但主要决定于直接辐射。
在晴朗的日子，总辐射的日变化与太阳直接辐射的日变化基本一致。在一天中，总辐射在夜间为零，天亮后逐渐增加，正午达最大，午后又逐渐减小。在有云时总辐射可能加大，也可能减小。如果云量不多，并且太阳又不为云所遮蔽时，总辐射都大于碧空时的值。但当全部天空都有云时，总辐射比碧空时值小得多。平均来说，云量总是使总辐射减小，当然，云量、云状和云厚不同时，总辐射减小的程度是不一样的。
总辐射的年变化情况与太阳直接辐射的年变化基本一致，中高纬度地区最大值出现在夏季月份，最小值出现在冬季月份；赤道地区，一年中有两个最大值分别出现在春分和秋分。
总辐射的日总量随纬度的分布，一般由高纬向低纬增加，在春分日（或秋分日），最大值出现在赤道，由赤道向两极减小。在夏至日和冬至日，最大值分别出现在北纬和南纬30°附近。而且夏至日北半球各纬度上的值比冬至日南半球对应纬度上的值略小。这是由于地球在夏至日接近远日点，冬至日接近近日点的缘故。总辐射的年总量随纬度的降低而增大，但由于赤道附近云多，对太阳辐射削弱得多，因此总辐射年总量最大值并不出现在赤道，而是出现在纬度20°附近。
4.地面对太阳辐射的反射
直接辐射和散射辐射到达地面时，将要受到地面的反射。对于研究地面的辐射能收入来说，必须知道地面的反射辐射的能力。地面的反射辐射能力可以用反射率来表示。对于不同性质的下垫面，其反射率的大小是不一样的。
反射率与地面状况、颜色、粗糙度、不同的植被和土壤性质等因素有关。雪面是强烈的反射体，反射率的变化很大，清洁、紧密的新雪面反射率最大可达95%。水面的反射率与太阳光线的入射角有很大关系，入射角越大（太阳高度角越小），水面的反射率就越大。裸地的反射率最小，植物的覆盖可使反射率减小。另外土壤表面的反射率随土壤湿度的增大而减小。
地面的反射率一般来说，是有日、年变化的。反射率的日变化主要与太阳高度角有关，在大多数情况下，反射率随太阳高度角的减小而增大，故一天中，中午前后的反射率最小。反射率的年变化，主要与下垫层的覆盖物性质的变化有关。不同地面状况的反射率见表2-4。
表2-4 不同地面状况的反射率（%）
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