地球表面太阳光波长以及分布
太阳辐射规律
太阳辐射规律
太阳辐射规律是指太阳从空间向地球表面传递的电磁辐射的模式和规律。
太阳辐射主要包括可见光、紫外线和红外线等各种波长的电磁辐射。
太阳辐射规律主要由以下几个方面组成：
1. 太阳辐射强度：太阳辐射强度是指太阳电磁辐射通过单位面积的能量流量。
太阳辐射强度随着距离太阳的距离增加而减弱，符合逆平方定律。
2. 太阳辐射谱：太阳辐射谱是指太阳辐射在不同波长上的能量分布。
太阳辐射谱呈现连续谱，包括可见光、紫外线和红外线等各个波长范围。
可见光波长范围大约为400-700纳米。
3. 太阳辐射的季节性变化：太阳辐射在不同季节和地区会有变化。
在地球的赤道地区，太阳辐射相对均匀分布，而在极地地区，太阳辐射则呈现极昼和极夜的变化。
4. 太阳辐射的地球吸收率：地球对太阳辐射的吸收率取决于地表的材料和地球大气的组成。
吸收率高的材料和气体会吸收更多的太阳辐射能量。
太阳辐射的规律对于研究气候变化、能源利用和地球物理过程等具有重要意义。
科学家通过观测和模拟研究太阳辐射规律，可以预测地球表面的能量收支和气候变化。
太阳辐射光谱
海南科技职业学院
2020年1月9日4时25分
第二章 太阳能
太阳高度角(solar altitude angle)：
太阳高度角是太阳光线与地表水平面之间的最 小夹角，在0°～90°之间变化。太阳高度角愈小， 等量的太阳辐射能光束所散布的面积愈大，地表单位 面积上所获得太阳辐射能就愈少。
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①大气质量AM=1.5(即太阳高度角h= 41.8 °) ②辐射总量为1000W/m2 ③太阳电池温度为25℃
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第二章 太阳能
例1：如图所示，太阳光线B偏离天顶方向的太阳光线 30 °，求此时的大气质量。
解：由图可知，太阳高度角
h= 90 °- 30 °= 60°
3、日照时间：在直达日射为0.12KW/m2的日射强度下得累 计时间数称为日照时间。
4、日射变化：日射强度受季节、时刻、天气的影响而发生 的变化称为日射变化。
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第二章 太阳能 2.5、太阳辐射光谱
太阳辐射能随波长的分布曲线。
海南科技职业学院大气上界的太阳辐射光谱
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第二章 太阳能
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第二章 太阳能
2、到达地面的太阳辐射强度
到达地面的太阳总辐射称为全天日射，它由直达日 射和散乱日射组成。
直达日射
定义 单位时间内以平行光形式投射到地表单位水平面积上
的太阳辐射能。
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第二章 太阳能
散乱日射
定义 阳光被大气散射后，单位时间内以散
光的生态作用
❖
Iz = I0e-εz
❖ ε可以从实测的I0和Iz中计算出来：
❖ ε=[ 1/z×2.303(log10 I0- log10 Iz)
❖ 实测表明：垂直消光系统ε值和水的透明度(T)有相当密切但不恒定的关
系，在英吉利海峡和原苏联白海，ε·T= 1.7 ，在黑海和里海则为1.8，
在我国近海约为1.51，在浑浊水中可降到1.4以下。
照度单位
❖ 光照强度通常用照度单位——lx(勒克斯)，有时用能 量单位——J/(cm2·min)。
❖ 由于同样辐射能当光谱组成不同时，照度也有变化， 因此照度和能量只能粗略换算：
❖ 1 lx=60.04×10-6 J/(cm2·min) ❖ 近年采用μE/m2·s(微爱因斯坦/米2·秒)为辐射单位，
它代表每平方米面积每秒钟所接受到的辐射光量子 的微摩数，1 μE=51.282 lx
光照强度的几个相关概念
❖ (1)光对动物和植物的生存提供能量的来源。
❖ (2)光直接影响植物的光合作用和色素的形成。没有光，绿色植物难 以生存。水环境的光照条件远远不及陆地，即使在水的上层，光照强度 也较空气中小得多，在水体的深处则是永远黑暗的。因此光在水生植物 的生活中具有特别重要的生态意义。
❖ (3)动植物对光的刺激都会产生一定的反应，如视觉、繁殖、发育、 行为、分布等。
❖ 可见，光是太阳辐射能以电磁波形式投射到地球表面上的辐射线。光主 要来自太阳辐射，其他星体的光仅占极小部分。光是生命的极为重要的 生态因子之一。地球上所有生命都是依靠进入生物圈的太阳辐射能流来 维持的。太阳辐射对地球表面和水体不仅带来光照，还直接产生热效应。 光能影响有机体的理化变化，从而产生各种各样的生态学效应。
❖ (4) 在不同水层中光的组成不同，在表层以红 色光线为主，越往深层蓝色光线越占主要地 位。这是因为各种光线被吸收程度的不同， 所以，在不同水层中光的组成也起了明显的 变化。
太 阳 基 本 数 据
Measuring Waves
Waves are described by two numbers: Wavelength ():
• Distance between wave crests.
Frequency (f):
• Number of wave crests passing per second.
A slight problem
In what medium do light waves travel ?
• Concept of ether (check spelling !!) • Concept of fields
An unexpected solution :
• Complete theory of electricity and magnetism by James Clerk Maxwell (c.1860) allows for electro-magnetic waves to travel in vacuum with speed of light
太阳光球及其活动
光球就是我们实际看到的太阳圆面，它有一个比较清 楚的圆周界线。光球的表面是气态的，其平均密度只有水 的几亿分之一。光球厚达500千米，极不透明。光球上密 密麻麻地分布着极不稳定的斑斑点点，被称为“米粒组 织”。米粒组织可能是光球下面气体对流产生的现象。另 外，还有超米粒组织，其直径与寿命要大的多。在光球还 分布着太阳黑子和光斑，偶尔还会出现白光耀斑。这些活 动现象有着相差悬殊的亮度、物理状态和结构。
• Hot stars appear to be blue • Cooler stars appear to be red
„Measure‟ colours by filters
太阳辐射对地球的影响6
青藏高原成为太阳辐射的高值中心的原因
①纬度较低，正午太阳高度角大。
②海拔高，空气稀薄，空气中尘埃的量较少,大气对太
阳辐射的削弱作用小，到达地面的太阳辐射能量多。 ③晴天较多，日照时间较长。
D)
( D ) (2)乙地PAR值高于甲地的主要原因是 A．纬度高 B．植被少 C．地势高 D．云雨少
【思维建模】
Байду номын сангаас
看图分析太阳辐射的分布有什么规律?影 响太阳辐射因素有哪些？ （a）总体上太阳辐射低纬多高纬少。 纬度位置 （b）副热带地区高于世界其它地区 天气状况 （c）同纬度的降水少的地区高于降水多的地区
中国太阳年辐射总量的空间分布
•总体上来说，西北内陆地区较多，东南沿海地区较少。 •太阳辐射最丰富的地区是在青藏高原，西北地区（内 海拔高度 、新、甘、宁）丰富，华北地区较多，南方较少。 •太阳辐射最少的地区在四川盆地和云贵高原北部。
四、太阳辐射强弱的影响因素
1．纬度位置： 纬度低则正午太阳高度角大，太阳辐射经过大气的的路程短， 被大气削弱得少，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。 这是年太阳辐射总量从低纬向两极递减的原因之一。 2.天气状况：
晴朗的天气，由于云层少且薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱， 到达地面的太阳辐射就强；阴雨的天气，由于云层厚且多，大气 对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射就弱。 3．海拔高低： 海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的 太阳辐射就强；反之，则弱。如青藏高原成为我国太阳辐射最强 的地区，主要就是这个原因。
C
简述地球辐射的特点
简述地球辐射的特点地球辐射是指地球受到来自太阳和地球大气层本身的辐射。
地球辐射具有以下几个特点：一、波长分布广泛地球辐射包括可见光、红外线和紫外线等，它们的波长分布范围很广。
其中，可见光波长在400-700纳米之间，红外线波长在0.7-1000微米之间，紫外线波长在10-400纳米之间。
这种波长分布的广泛性使得地球辐射对于人类和生态环境都具有重要的影响。
二、辐射量受季节和地理位置影响地球辐射的辐射量受到季节和地理位置的影响。
在夏季和太阳高度角较大的地区，地球受到的辐射量比冬季和太阳高度角较小的地区要大。
此外，赤道附近的地区辐射量也比较大，而极地地区则辐射量较小。
三、大气层吸收和反射一部分辐射地球的大气层对于地球辐射有着重要的影响。
大气层中的气体和云层可以吸收和反射一部分辐射，将其反射回太空或散失到大气层中。
这一现象被称为大气反射。
大气反射的影响使得地球表面受到的辐射量比太阳辐射量要小。
四、地面反射一部分辐射地面反射也是地球辐射的一个特点。
地面上的物体可以反射一部分太阳辐射，这些反射的辐射被称为地面反射辐射。
地面反射辐射的比例受到地面类型和太阳角度等因素的影响，比如河流、湖泊和海洋等水体对太阳辐射的反射比较弱，而草地和森林等植被对太阳辐射的反射比较强。
五、地球辐射对人类和生态环境具有重要影响地球辐射对于人类和生态环境都具有重要的影响。
太阳辐射是地球上所有生命的能量来源，但如果辐射量过强或过弱，都会对生态环境造成不利影响。
比如，过强的紫外线辐射会对人类和动植物的DNA造成损伤，过弱的辐射则可能导致植物生长不良。
因此，对于地球辐射的研究和监测具有重要的意义。
2.1太阳辐射(学生用)
2.1 太阳辐射2.1.1 太阳从太阳的构造可见，太阳并不是一个温度恒定的黑体，而是一个多层的有不同波长发射和吸收的辐射体。
不过在太阳能利用中通常将它视为一个温度为6000K ，发射波长为0.3～3μm 的黑体。
2.1.2地球与太阳 1、地球的公转与赤纬角地心与太阳中心连线（午时太阳光线）与地球赤道平面夹角以年为周期变化，范围±23°27′，称太阳赤纬角。
在一年当中，太阳赤纬每天都在变化，但不超过±23°27′的范围。
夏天最大变化到夏至日的+23°27′；冬天最小变化到冬至日的-23°27′。
太阳赤纬随季节变化，按照库珀（Cooper ）方程计算为：（2-1）日子数的计算：常规年份与闰年，查表月平均日：按某日算出大气层外的太阳辐射量和该月的日平均值最为接近 则将该日定作该月的平均日黄道平面365284360sin(45.23+=注意：对于闰年3月份之前的日子数n 要加1；对于纬度大于66.5o的地区不适用。
2、地球的自转与太阳时地球自转周期为24小时，时间可用角度来表示，每小时相当于地球自转15°。
有关太阳角度的计算公式中均使用太阳时。
特点：午时（中午12点）阳光正好通过当地子午线，即在空中最高点处。
太阳时与标准时间的转换公式：太阳时＝标准时间 ＋ E ± 4(L st －L loc) （2-2） E ：考虑地球绕日公转时进动和转速变化而产生的时差修正，以分为单位 ±：东半球为-，西半球为+L st ：制定标准时间时采用的标准经度 L loc ：当地经度4(L st －L loc)：考虑所在地区经度与制定标准时间时采用的经度之差的修正，乘4可将角度转化为分。
我国以北京时为标准时间，定为东经120°，上式可变为：太阳时＝标准时间 ＋ E -4(120－L loc) （2-3） E ＝9.87sin2B －7.53cosB －1.5sinB （2-4）（2-5）()36481360-=n B3、太阳时角• 用角度表示的太阳时叫太阳时角； • 每一昼夜为变化周期• 太阳午时ω＝0°，上午取负值，下午取正值，每昼夜变化为±180°，每小时相当与15°。
光的分布范围
光的分布范围介绍光是一种电磁辐射，具有波粒二象性。
在自然界中，光的分布范围非常广泛，涉及到很多不同的领域和现象。
本文将全面、详细、完整地探讨光的分布范围，并从不同角度对其进行深入分析。
太阳光的分布范围太阳光是地球上最重要且最常见的光源之一，它的分布范围从太阳表面向外延伸。
太阳光可以经由大气层传播到地球表面上。
在大气层中，太阳光会经历散射、吸收和反射等过程，导致其分布范围有所变化。
1. 太阳光的光谱分布太阳光的光谱分布范围非常广泛，包括可见光、紫外线和红外线等。
可见光是人眼可以看到的光线，波长范围约为400纳米到700纳米。
紫外线的波长比可见光更短，大约在10纳米到400纳米之间，可以分为紫外A、紫外B和紫外C三个区域。
红外线的波长则比可见光更长，约为700纳米到1毫米。
2. 阻挡太阳光的大气层地球的大气层对太阳光的传播有一定的阻挡作用。
其中，臭氧层主要吸收并阻挡紫外线，使得地球表面上的紫外线辐射较小；低层大气主要吸收和散射可见光，导致太阳看起来红色。
此外，大气层还会吸收部分红外线，减缓地球表面的昼夜温差。
3. 太阳辐射的地理分布由于地球的形状和自转的影响，太阳辐射的地理分布并不均匀。
赤道地区的太阳辐射相对较强，而极地地区则较弱。
这也是导致不同地区气候和季节变化的重要原因之一。
人工光源的分布范围除了太阳光，人工光源也发挥着重要的作用，并在不同领域中广泛应用。
人工光源的分布范围涉及到照明、通信、激光等多个领域。
1. 家庭和公共照明人们在家庭和公共场所中使用各种不同类型的灯具来产生照明效果。
常见的人工光源包括白炽灯、荧光灯、LED灯等。
这些灯具能够发射可见光，提供照明条件，使人类活动在夜间得以进行。
2. 光通信光通信是一种基于光的技术，利用光纤传输数据。
光通信系统通过人工光源产生的光信号，在光纤中传播，实现高速、远距离的数据传输。
光通信在互联网和电信行业中有着广泛的应用。
3. 激光技术激光是一种高度聚焦的光线，具有强烈的定向性和单色性。
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地球表面太阳光波长以及分布
太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。
太阳辐射经过整层大气时，被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。
太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。
到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多(全球平均45%)，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹(0.29μm以下的紫外线几乎全部被吸收),仅剩3%左右，在可见光谱区减少到44％，而在红外光谱区增至53％。
详见附图。
另外地球大气上界的太阳辐射光谱：99％以上在波长0.15～4.0微米之间。
大约50％的太阳辐射能量在可见光谱（波长0.4～0.76微米），7％在紫外光谱区（波长<0.4微米），43％在红外光谱区（波长>0.76微米），最大能量在波长0.475微米处。
在地面上观测的太阳辐射的波段范围大约为0．295～2．5微米。
减反射膜的厚度经过特殊设计，刚好为入射光的波长的四分之一。
计算过程如下，对于折射率为n1薄膜材料，入射光波长为λ0，则使反射最小化的薄膜厚度为d1：
d1=λ0/4n1尽管，通过上面的公式，选用相应厚度、折射率膜和相应波长的光，能使反射的光减少到零，但是每一种厚度和折射率只能对应一种波长的光。
在光伏应用中，人们设计薄膜的厚度和反射率，以使波长为0.6μm的光的反射率达到最小。
因为这个波长的能量最接近太阳光谱能量的峰值。
如果减反射膜的折射率为膜两边的材料的折射率的几何平均数，反射将被进一步降低。
即
如果镀上多层减反射膜，能减少反射率的光谱范围将非常宽。
但是，对于多数商业太阳能电池来说，这样的成本通常太高。