來自輻射源方向的未經散射和反射的輻射。
基本介紹
- 中文名：直接輻射
- 外文名：directradiation
- 相關術語：太陽輻射
- 學支分科：大氣物理學
描述,影響因子,
描述
通常以直接輻射通量密度來表示其強弱。它的大小取決於太陽高度角、大氣透明度、雲量、海拔高度和地理緯度等。太陽高度角越大時,光線通過的大氣量越少,輻射分布的面積越小,故太陽直接輻射越強。大氣透明度越好,太陽輻射被削弱得越少,直接輻射越強。雲層越厚,雲量越多,則直接輻射越弱。在濃雲密布時,直接輻射可減少為零。海拔高度越高,光線穿過的大氣量越少和大氣越透明。
影響因子
太陽直接輻射的強弱與許多因子有關，如太陽輻射角、大氣透明度、雲況、海拔高度等因素，其中前兩個是最主要的因素。
（1）太陽高度角
太陽高度角不同時，地表面單位面積上所獲得的太陽輻射也就不同。這主要是存在以下兩個方面的原因：
①太陽高度角不同，等量的太陽輻射在地面上的散布面積不同。如圖1所示，太陽高度角越小，等量的太陽輻射散布的面積就越大，地表單位面積上所獲得的太陽輻射就越小。
圖1 太陽高度角與受熱面大小的關係
②太陽高度角越小，太陽輻射穿過的大氣越厚，太陽輻射被減弱越多。如圖2所示，當太陽高度角為90°時，通過大氣層的射程為AO；當太陽高度角變小時，光線沿CO方向斜射，通過大氣的射程為CO。顯然，大氣厚度CO大於AO，因此太陽輻射被減弱也較多，到達地面的直接輻射就較少。
圖2 太陽高度角與太陽輻射穿過大氣質量的關係
為了更好地理解這個概念，在此給出“大氣光學質量”的概念。指的是在地面為標準氣壓（1013百帕）時，太陽光垂直投射到地面所經路程中單位截面積的空氣柱的質量。不同的太陽高度角，陽光穿過大氣的光學質量也不同。表1給出了不同太陽高度角時的大氣光學質量數，可見，大氣光學質量數隨太陽高度角減小而增大，且當太陽高度角較小時，大氣光學質量數的變化加大。
表1 不同太陽高度角時的大氣光學質量
太陽高度角 | 90° | 60° | 30° | 10° | 5° | 3° | 1° | 0° |
大氣光學質量數 | 1 | 1.15 | 2.0 | 5.6 | 10.4 | 15.4 | 27.0 | 35.4 |
太陽高度角的大小取決於緯度、季節和一年中的時間，因此直接輻射有明顯的日變化、年變化和隨緯度的變化。
晴日裡，在一天當中，日出、日沒時太陽輻射角最小，直接輻射最弱；中午太陽高度角最大，直接輻射最強。同樣地，在一年中，直接輻射在夏季最強、冬季最弱。以緯度而言，低緯度地區一年各季太陽高度角都很大，地表面得到的直接輻射比中高緯度地區大得多。
天空有雲時，直接輻射減小，厚的雲層能全部擋住太陽輻射。太陽輻射角越小，直接輻射穿透雲層的能力越弱。
（2）大氣透明度
大氣透明度的特徵用透明係數（p）表示，它是指透過一個大氣質量的輻射強度與進入該大氣的輻射強度之比。即當太陽位於天頂處，在大氣上界太陽輻射通量為I0，而到達地面後的太陽輻射通量為I，則：
p = I / I0
p值表明輻射通過大氣後的削弱程度，即大氣透明係數。實際上，不同波長的削弱程度也不一樣，p僅表征對某種波長的平均削弱情況，如：p = 0.7，表示削弱了30%。
p取決於大氣中所含水汽、水汽凝結物和塵粒雜質的多少。水汽凝結物和塵粒雜質多，則大氣透明度差，p小，說明太陽輻射被減弱得多，到達地面的太陽輻射相應減少。
大氣透明係數和雲狀決定於天氣氣候特徵，因此直接輻射的大小除與緯度有關外，還與當地的天氣氣候特徵有關。海拔高度高，則太陽輻射通過的大氣光學質量數小，到達地面的太陽輻射強。例如，珠穆朗瑪峰地區不同高度上的直接輻射值都高於同緯度平原地區的值。
