太阳光谱

简介

太阳辐射经色散分光后按波长大小排列的图案。太阳辐射光谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等几个波谱范围。各类光谱的波长见图1。

图1 太阳辐射的光谱

太阳光谱中能量密度的最大值是475纳米，由此向短波方向，各波长具有的能量急剧降低;向长波方向各波长具有的能量则缓慢地减弱(图2)。在大气上界，太阳辐射总能量中约有7%的能量在紫外线以下的波长范围内;47%的能量在可见光的范围内;46%的能量在红外线波长范围内。

图2 太阳光谱的能量分布

太阳辐射穿过地球大气， 由于大气层对太阳光谱的吸收和散射，使太阳光谱范围和能量分布发生变化。当太阳高度为90°时， 到达地面上的太阳光谱中紫外线约占4%， 可见光占46%， 红外线占50%， 太阳高度低至30°时， 相应的比例是3%、44%、53%(表1)，当太阳高度更低时， 紫外线能量几乎等于零， 可见光部分的能量减少到30%， 红外线的能量占主要地位，这是由于空气分子对短波部分强烈散射而引起的。

表1 太阳直接辐射穿过不同大气量时光谱能量的分布

*大气量为太阳直接辐射穿过大气的路径， 当太阳高度为90°时， m=1

太阳直接辐射的光谱成分随海拔高度不同有所改变， 在海拔较高的地方， 因空气稀薄， 散射质点少，紫外线和蓝紫光成分较多， 这对高山植物具有一定的生态学意义。使植物变矮， 叶片变厚， 色泽较深等。天空漫射辐射的光谱成分多为短波光， 在干洁大气或碧空中漫射辐射能量主要集中在波长小于1000纳米的光谱区域， 其中蓝紫光较红橙光所占比例大， 光谱能量最大值出现在420～440纳米处( 图3)。当空气含有较多的粗粒或全天有云时漫射辐射光谱中长波部分的能量增加， 具有最大能量的波长向长波方向移动。天空漫射光谱成分也与太阳高度有关。干洁大气中， 不同的太阳高度， 天空漫射辐射能量分布见表2。漫射辐射中的紫外线随太阳高度减小而减小; 红橙光和红外线部分却逐渐增加。400～600纳米随太阳高度变化不大。由于曙、暮光主要是由大气对太阳辐射散射而形成的， 因此， 它的光谱成分及其能量分布与太阳高度较低时的天空漫射辐射光谱相近。

图 3 碧空(—-)和全天有云时(——)天空漫射辐射光谱能量分布比较

表2 天空漫射辐射中能量分布与太阳高度的关系(能量百分比)