云对太阳辐射的削弱

2016/8/22 10:53:31

任何温度不为绝对零度的物体，都以电磁波的形式向四周放射能量，太阳是一个巨大炽热的气体球，其表面温度6000K ，因此太阳的辐射能量相当强大。到达地面的太阳辐射受到很多因素的影响，如云的反射和散射、气溶胶的散射和吸收、大气分子散射和气体吸收等均会使太阳辐射消弱。总辐射的强度和太阳高度角、大气透明度、云量、地理纬度等因子有关。 在地球表面大约有50%的地区为云所覆盖，云对辐射的透射、吸收、反射和自身发射的红外辐射控制着入射至地球的太阳辐射和地球大气系统发射的红外辐射。特别是中低云尤其降水云系对到达地面的太阳辐射的影响相当强烈。云对辐射的作用是地球上各种天气和气候变化的重要因子之一，它决定着地面辐射的收支，地表增温或冷却，地表能量平衡等。 云分为三族，分别为高云，中云和低云，高云是由冰晶组成的，云体白色，有蚕丝般的光泽，薄而透明，它对太阳辐射的消弱作用要小得多。太阳高度角在10~20°以上时，太阳直接辐射即能通过薄而透明的高云。太阳高度角在40°以上时，太阳直接辐射才能透过比较稠密的中云，而太阳直接辐射不能透过最密的低云。当太阳高度角在50°以上时，太阳直接辐射才能透过碎云。随着云层变厚，云量增加，散射辐射的作用逐渐增强。 1总辐射的月变化 利用西青气象局近10年来的太阳总辐射资料，点绘出到达地面的月平均太阳总辐射如图一。 一年之中，太阳直射点在南纬22.5°和北纬22.5°之间徘徊，冬季太阳直射点在南半球，对于北半球而言由于太阳高度角较小，因此总辐射较低。夏至日（ 6月21日左右）时，虽然太阳直射点位于北半球的22.5°，西青气象局地处北纬39°05’，对于西青气象局来说，它是一年中太阳高度角最高的时候，但是总辐射并不是一年中最大的，这是因为夏季云量较多且厚，降水多，这在一定程度上对太阳辐射起到了消弱作用，因此太阳总辐射最大值出现在5月份。最低值出现在1月份。从季节来看，春季和夏季总辐射相差无几，冬季最少。 从西青气象局近10年来的辐射资料来看，在2006年之前总辐射逐年减少，之后至今是逐年增加的。下面通过近10年来的总辐射资料，和总、低云量、降水量的资料分析总辐射在不同云天情况下的变换情况。 2中云对太阳辐射的消弱作用 中云是由水滴或水滴与冰晶混合构成。云体较稠密。距地面高度在2500~5000米之间，含水量0.01~0.9克/米3，高层云的云滴直径为2~26μm，云滴浓度为450个/厘米3，厚度为1000~3000米。中云对太阳辐射的削弱作用决定于其云滴半径、浓度、厚度等。  碧空和有中云覆盖时太阳总辐射对比可以明显看出，碧空时太阳辐射远高于有中云覆盖时的太阳辐射，有降水时的太阳辐射低于无降水时的太阳辐射，且雨量越大对太阳辐射的削弱作用越强。从季节来看，全天布满中云而无降水时，冬季对太阳总辐射的削弱作用最强，其次是秋季，夏季和春季较少。这主要是因为太阳总辐射在冬季最少，春夏季较多的缘故。而有降水时，夏、秋、冬季的太阳总辐射和碧空时相比减少的百分比相差无几。 3低云对太阳辐射的消弱作用 低云由微小水滴构成，云底高度通常在1500米以下，对流发展旺盛时，上部有冰晶结构。层积云由直径为5~40微米的水滴组成，含水量约为0.1~1.4克/米3，云滴浓度为300~500个/cm3，云层厚度为几百米到2000米；积雨云由直径4~200微米的小水滴组成，含水量约为1~3克/米3，积雨云的云滴浓度为50~100个/厘米3，在中纬度地区厚度为5000~8000米。云层反射量与云层的多少、厚度成正比。  碧空和有低云覆盖时太阳总辐射对比可以看出，低云对太阳总辐射的消弱作用要强于中云，尤其有降水的时候太阳总辐射急剧下降，夏秋季节有中到大雨时和碧空时相比下降90%以上，降水量越多，总辐射越小。从云状来看CB云对辐射的消弱作用比SC云更强，这是因为CB云云层更厚，云滴直径更大。 从以上讨论可明显得出，云层越厚，云量越多，总辐射越弱。这主要是因为云量越多云层越厚的时候，直接辐射越弱，在浓密的低云布满全天时，直接辐射几乎为零。而此时总辐射主要是由散射辐射决定的。虽然太阳光照射的高积云和积云可使散射辐射强度增大8~10倍。因总辐射为直接辐射和散射辐射之和，当天空中布满中低云时，虽然散射辐射增强了，但直接辐射却减少很多甚至为零，因此太阳总辐射强度也消弱很多。