農業氣象學導論/太陽輻射
- 本章目標
- 瞭解太陽輻射的性質和特性
- 瞭解“太陽常數”
- 瞭解太陽輻射對大氣和作物生產的影響
- 瞭解太陽輻射的測量方法
- 太陽輻射
- 輻射是來自源頭的能量，透過某些物質和空間傳播；熱、光和聲音是輻射的型別。
- 輻射有兩種型別
- 電離輻射（由不穩定原子產生；可以產生稱為離子的帶電粒子）
- 非電離輻射（聲音、熱、可見光）
- 光是一種電離輻射
- 太陽輻射是指太陽輻射出的能量通量。
- 輻射與溫度有關（溫度越高，輻射越強）。在較高溫度下，物體發射的波長更短
- 即 λ = c / f
- 其中，λ = 波長
- c = 光速
- f = 頻率/每秒振動次數
- 天體發射 - 短波輻射
- 包括地球在內的近地表發射 - 長波輻射
- 輻射通量
透過特定區域發射、接收、傳輸的輻射能稱為輻射通量。
- 輻射通量密度
輻射通量除以輻射傳輸區域稱為輻射通量密度。
- 發射率
源頭髮射的輻射通量密度稱為其發射率。
- 潛熱
入射到表面的輻射的一部分被吸收，一部分被反射，其餘部分被透射。
- 吸收率
物質的吸收率定義為吸收的輻射能與入射到該物質上的總輻射能的比值。黑體的吸收率為1。太陽和地球等自然物體幾乎是完美的黑體。
- 反射率
反射率定義為反射輻射能與入射到該表面的總輻射能的比值。如果用百分比表示，它就成為反照率。
- 透射率
透射率定義為透射輻射能與入射到表面的總輻射能的比值。
- 發射率
發射率定義為給定表面發射的輻射能與黑體發射的總熱能的比值。黑體的發射率為1。
- 黑體輻射
黑體定義為完全吸收所有入射到其上的熱輻射而沒有反射和透射任何熱輻射的物體。這意味著反射率和透射率變為零。當這種黑體被加熱時，它會根據其溫度發射所有波長的輻射。
- 輻射平衡
地球表面和大氣層頂部的所有入射輻射和出射輻射之間的差值稱為地球表面的輻射平衡。
- 太陽常數
太陽常數是指地球大氣層的最外層邊界（大氣層）上的單位面積在太陽和地球之間的平均距離處垂直於太陽方向所接收的能量。太陽常數不是真正的常數。它會隨著地球與太陽距離的變化而波動，其平均值波動幅度約為±3.5%，。
- 反照率
這是反射輻射量與入射輻射量的百分比。
a. 普朗克定律
- 電磁輻射由一束或一束粒子或量子組成。每個量子都具有能量含量。
- E = h ϑ
- 其中，h = 普朗克常數 (6.625 × 10-27 爾格秒-1)
- ϑ = 電磁波長的頻率。 (f = 1 / λ)
- 頻率越高（即波長越短），能量含量越高。
b. 斯蒂芬-玻爾茲曼定律
- 輻射體發射的輻射強度與其絕對溫度的四次方成正比。
- E = σT4
- 其中，E = 黑體的發射率
- T = 絕對溫度
- σ = 斯蒂芬-玻爾茲曼常數
c. 維恩位移定律
- 發射峰值波長與該物體絕對溫度成反比。即發射峰值波長 (λmax α 1/T)，其中 λmax = 2897 T-1
d. 基爾霍夫定律
- 任何物體（除了完美黑體）在接收輻射時，會根據其輻射特性吸收、反射和透射一部分總輻射。該定律指出，物體對特定波長輻射的吸收率等於其對相同波長 (λ) 的發射率。
- 即 a(λ) = e(λ)
- 其中，a = 吸收率（白體為零，黑體為一）
- e = 發射率。
- 總入射輻射 (I) = 吸收率 (Ia) + 透射率 (It) + 反射率 (Ir)
- 太陽輻射
- 2
- 或，I = Ia + It + Ir
- 或，1 = Ia/I + It/I + Ir/I
- 因此，1 = α + r + t
淨輻射是總入射輻射和出射輻射之差，是衡量地面可利用能量的指標。它是地球表面可利用的能量，用於驅動蒸發、空氣和土壤熱通量以及其他較小的耗能過程，例如光合作用和呼吸作用。
來自太陽的輻射能是地球生命的主要能量來源，實際上地球上發生的所有物理和生物過程的能量都以太陽輻射的形式出現。輻射是所有大氣變化和運動的最終原因，它是氣候的最重要控制因素。它是最重要的氣象要素。來自太陽的輻射以短波電磁輻射的形式出現。短波輻射被稱為短波入射輻射。土壤發射的出射輻射稱為土壤長波輻射。
作物生產是對太陽輻射的利用，分為三個主要光譜：1. 短於可見光範圍：化學活性很高
- 當植物暴露在這種輻射下時，其影響是有害的。
- 大氣層充當這種輻射的調節器，沒有任何宇宙射線、伽馬射線和 X 射線
到達地球。
- 到達地球的此部分的紫外線非常低，通常
為植物所耐受。2. 長於可見光波長
- 稱為紅外輻射
- 它對植物有熱效應
- 在水汽存在的情況下，這種輻射不會傷害植物，反而會
為植物環境提供必要的熱能。3. 可見光譜
- 介於紫外線和紅外線之間，也稱為光
- 所有植物部分都直接或間接地受光影響
- 強度、質量和持續時間對植物正常生長很重要
- 光線不足會導致植物異常
- 光合作用離不開光
- 光影響分櫱的產生、稈的穩定性、強度和長度
- 它影響產量、植物結構總重量、葉片大小和
根系發育。
- 玉米植株第三個月的輻射強度
- 水稻 - 開花前 25 天
- 大麥 - 開花期
- 太陽強度測量
- 太陽輻射計或日射表
- 雙金屬日射計
- 貝拉尼太陽輻射計
- 日照時數測量
- 坎貝爾-斯托克斯日照計和
- 陽光質量測量
- 分光輻射計
