輻射能量

ont-size: 12pt; color: black; font-family: 宋體; mso-bidi-font-family: ''Times New Roman''; mso-ansi-language: EN-US; mso-fareast-language: ZH-CN; mso-bidi-language: AR-SA">　　輻射能量，以輻射形式發(fā)射、傳播或接收的能量。單位為焦〔耳〕（J）。

　　電磁波中電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量的總和叫做電磁波的能量,也稱為輻射能. 太陽(yáng)輻射以光速（c=3×108米／秒）射向地球，同時(shí)它具有微粒和波動(dòng)這二者的特性。我們特別要提到這些，是因?yàn)樵谧匀坏乩硐到y(tǒng)中，對(duì)于輻射能的接受和貯存，都離不開(kāi)輻射能的這些特性。如綠色植物進(jìn)行光合作用，所吸收的能量就是以光量子的形式進(jìn)行的。正是由于輻射能的這種量子特性，因此量子能量的大小取決于波長(zhǎng)和頻率。

單位　　

　　e為量子的能量；h為普朗克常數(shù)，它等于6.63×10-34焦耳／秒；γ為頻率；λ為波長(zhǎng)；c是光速。量子能一般使用電子伏特的單位來(lái)表示，也可以換算成其它相應(yīng)的能量單位。由上式說(shuō)明，頻率越高，或者說(shuō)波長(zhǎng)越小，則量子能越大。在此只需強(qiáng)調(diào)的是，這類基本知識(shí)在分析自然地理系統(tǒng)時(shí)是必不可少的，特別對(duì)于有機(jī)界來(lái)說(shuō)，更是如此。后面在有關(guān)生物部分的那一章里將要加以進(jìn)一步地說(shuō)明。

術(shù)語(yǔ)

　　為了便于掌握有關(guān)太陽(yáng)輻射能的要點(diǎn)，可以規(guī)定如下幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：1．吸收率：被物體所吸收的入射輻射比率；2．發(fā)射率：被物體所發(fā)射的相應(yīng)波長(zhǎng)的輻射比率；3．反射率：被表面反射的入射輻射比率；4．透射率：被物體所透過(guò)的入射輻射比率；5．輻射通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間所發(fā)射的、透射的或吸收的輻射數(shù)量；6．輻射通量密度：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量。通常所指的輻射，就是指在一個(gè)表面上入射的輻射通量密度。

定理

　　一個(gè)表面所接受的輻射，取決于該表面對(duì)著輻射束的方向如何。倘若這一束輻射通量不變，可是它所占據(jù)的表面積越來(lái)越大時(shí)，則隨著表面積的增大，此表面上的輻射通量密度就越來(lái)越小了。（見(jiàn)圖4．7）這可以由蘭勃脫（Lambert）余弦定理作定量的表達(dá)：

　　Q＝Qdcosθ (4．9)

　　此處的Qd標(biāo)志著當(dāng)表面垂直于輻射束時(shí)的輻射通量密度；而Q代表實(shí)際表面上的輻射通量密度；θ則是光線與表面的法線之間的角度。該定律可以用來(lái)計(jì)算粗略自然地理面中各種坡度時(shí)所入射的太陽(yáng)直接輻射。由于θ的變化十分復(fù)雜，因此實(shí)際運(yùn)用時(shí)，還必須作更為復(fù)雜的推導(dǎo)。

　　進(jìn)入自然地理面的太陽(yáng)輻射能，由兩部分組成，一個(gè)是上述的直接輻射，另一部分則是散射輻射。它們各自的測(cè)定方法與計(jì)算方法已如上述，都是比較成熟的，但仍要針對(duì)各種不同的地形、高度、下墊面狀況、不同天氣條件等加以具體化。

　　平行的單色的輻射在通過(guò)一個(gè)均勻介質(zhì)時(shí)將要發(fā)生衰減，這可由下邊的公式來(lái)描述：

　　Q=Q0e-kx (4．10)

　　Q0在此代表未衰減時(shí)的輻射通量密度；X為輻射束在介質(zhì)中走過(guò)的路徑；K為介質(zhì)的消弱系數(shù)。這個(gè)定律，經(jīng)過(guò)不同形式的變換，用來(lái)表達(dá)輻射能通過(guò)大氣時(shí)的衰減，也用來(lái)表達(dá)在通過(guò)植物冠叢和水體時(shí)的輻射衰減狀況。

　　地表面十分近似于一個(gè)“黑體”，因此它也具有類似于黑體發(fā)射時(shí)那樣的規(guī)律。知道這種特性，對(duì)于了解自然地理系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換，對(duì)于遙感技術(shù)的應(yīng)用，是至為必要的。一個(gè)黑體的單位面積上所發(fā)射的輻射能，是由斯特藩-波爾茲曼定律來(lái)描述的，即

　　QB=σT4 (4．11)

　　此處的QB為理想黑體所發(fā)射的能量，T是用開(kāi)氏溫標(biāo)表達(dá)時(shí)的絕對(duì)溫度數(shù)值；σ為斯特藩-波爾茲曼常數(shù)，可以用已經(jīng)制定好的表，查出在不同溫度T時(shí)QB的數(shù)值。地球表面的平均溫度大致為15℃，（按絕對(duì)溫度計(jì)是288°K），它發(fā)射的平均能量為390瓦／平方米；而太陽(yáng)表面的發(fā)射相當(dāng)于黑體在6000°K時(shí)的狀況，因而它所發(fā)射的能量為每平方米7.3×107瓦。至于非黑體所發(fā)射的能量可按下式去計(jì)算：

　　Q=∈σT4 (4．12)

　　Q代表該物體所發(fā)射的能量；∈為該物體的表面發(fā)射率（對(duì)于黑體來(lái)說(shuō)，∈=1，而一切非黑體的發(fā)射率均小于1）。絕大多數(shù)自然表面的長(zhǎng)波發(fā)射率都介于0.90—0.98之間。