2017年高考地理必考知識點：太陽輻射

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▲高考地理必考知識點：太陽輻射

太陽以電磁波的形式向外傳遞能量，稱太陽輻射，是指太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。太陽輻射所傳遞的能量，稱太陽輻射能。太陽輻射能按波長的分布稱太陽輻射光譜。

到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位于日地平均距離處時，地球大氣上界垂直于太陽光線的單位面積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量，稱為太陽常數(shù)。太陽常數(shù)的常用單位為瓦/米2。因觀測方法和技術不同，得到的太陽常數(shù)值不同。太陽常數(shù)值是1368瓦/米2。太陽輻射是一種短波輻射。

到達地表的全球年輻射總量的分布基本上成帶狀，只有在低緯度地區(qū)受到破壞。在赤道地區(qū),由于多云，年輻射總量并不最高。在南北半球的副熱帶高壓帶，特別是在大陸荒漠地區(qū)，年輻射總量較大，最大值在非洲東北部。

▲高考地理必考知識點：太陽輻射常數(shù)

晝夜是由于地球自轉而產生的，而季節(jié)是由于地球的自轉軸與地球圍繞太陽公轉的軌道的轉軸呈23°27′的夾角而產生的。地球每天繞著通過它本身南極和北極的“地軸”自西向東自轉一周。每轉一周為一晝夜，所以地球每小時自轉15°。地球除自轉外還循偏心率很小的橢圓軌道每年繞太陽運行一周。地球自轉軸與公轉軌道面的法線始終成23．5°。

地球公轉時自轉軸的方向不變，總是指向地球的北極。因此地球處于運行軌道的不同位置時，太陽光投射到地球上的方向也就不同，于是形成了地球上的四季變化（見下圖）。每天中午時分，太陽的高度總是最高。在熱帶低緯度地區(qū)（即在赤道南北緯度23°27′之間的地區(qū)），一年中太陽有兩次垂直入射，在較高緯度地區(qū)，太陽總是靠近赤道方向。在北極和南極地區(qū)（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太陽低于地平線的時間長，而夏季則高于地平線的時間長。

由于地球以橢圓形軌道繞太陽運行，因此太陽與地球之間的距離不是一個常數(shù)，而且一年里每天的日地距離也不一樣。眾所周知，某一點的輻射強度與距輻射源的距離的平方成反比，這意味著地球大氣上方的太陽輻射強度會隨日地間距離不同而異。然而，由于日地間距離太大（平均距離為1.5x108km），所以地球大氣層外的太陽輻射強度幾乎是一個常數(shù)。因此人們就采用所謂“太陽常數(shù)”來描述地球大氣層上方的太陽輻射強度。它是指平均日地距離時，在地球大氣層上界垂直于太陽輻射的單位表面積上所接受的太陽輻射能。通過各種先進手段測得的太陽常數(shù)的標準值為1353w/m2。一年中由于日地距離的變化所引起太陽輻射強度的變化不超過上3.4%。

▲高考地理必考知識點：太陽輻射變化的特點

①全年以赤道獲得的輻射最多，極地最少。這種熱量不均勻分布，必然導致地表各緯度的氣溫產生差異，在地球表面出現(xiàn)熱帶、溫帶和寒帶氣候；

②天文輻射夏大冬小，它導致夏季溫高冬季溫低。大氣對太陽輻射的削弱作用包括大氣對太陽輻射的吸收、散射和反射。太陽輻射經過整層大氣時，0.29μm以下的紫外線幾乎全部被吸收，在可見光區(qū)大氣吸收很少。在紅外區(qū)有很強的吸收帶。大氣中吸收太陽輻射的物質主要有氧、臭氧、水汽和液態(tài)水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和塵埃等。云層能強烈吸收和散射太陽輻射，同時還強烈吸收地面反射的太陽輻射。云的平均反射率為0.50～0.55。

▲高考地理必考知識點：太陽輻射與地面輻射

地球表面在吸收太陽輻射的同時，又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。由于地表溫度比太陽低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而，地面輻射的主要能量集中在1～30微米之間，其最大輻射的平均波長為10微米，屬紅外區(qū)間，與太陽短波輻射相比，稱為地面長波輻射。

地面的輻射能力，主要決定于地面本身的溫度。由于輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強；夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。

地面的輻射是長波輻射，除部分透過大氣奔向宇宙外，大部分被大氣中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽對長波輻射的吸收更為顯著。因此，大氣，尤其是對流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增熱。

▲高考地理必考知識點：太陽輻射的作用

1、對地球

到達地球上的太陽輻射能量只有太陽總輻射能量的很小一部分，但它的作用卻是相當大的。

其一，對地理環(huán)境的影響。直接的作用如巖石受到溫度的變化影響而產生風化。間接作用，地球上的大氣、水、生物是地理環(huán)境要素，他們本身的發(fā)展變化以及各要素之間的相互聯(lián)系，大部分是在太陽的驅動過程中完成的。地球表面劃分為五帶。為什么要劃分五帶呢因為地球表面各個地方的緯度不同，不同緯度地帶獲得的太陽熱量是不一樣的。如熱帶一年中太陽可以直射，獲得的熱量最多；寒帶太陽高度很低，并且有長時間的極夜，所以獲得的熱量最少。也就是因為太陽輻射具有緯度差異導致了各地獲得的熱量也有差異。但是在熱量盈余的地方比如赤道，溫度并沒有越來越高；熱量虧損的地方，比如兩極，溫度也沒有越來越低，而是保持相對穩(wěn)定。對于整個地表來說，熱量應該是平衡的，因而熱量多余和熱量不足的地方，要發(fā)生熱輸送。

其二，太陽輻射為我們的生產和生活提供能量。人們對太陽輻射作用最直接的感受來自于它是人們生產和生活的主要能源。如植物的生長需要光和熱，晾曬衣服需要陽光，工業(yè)上大量使用的煤、石油等化石燃料是太陽能轉化來的，被稱為“儲存起來的太陽能”。還有太陽灶、太陽能熱水器、太陽能干燥器、太陽房、太陽能發(fā)電、太陽能電池等。除直接使用的太陽能外，地球上的水能、風能也來源于太陽。西藏的省會拉薩有一別稱，號稱“日光城”。為什么叫這個名稱呢因為西藏自治區(qū)位于青藏高原上，地勢較高，太陽光到達地表的路程短，空氣稀薄，天空中云量少，損失少，所以太陽輻射強，日照時間長，稱為“日光城”。直轄市重慶有個別稱，有中國的“霧都”之稱。為什么這個地方一年中多霧呢這個地方海拔較低，受地形的影響，四川盆地使得水汽積聚不易上升，使水汽增多，而西南季風不可能越過秦嶺；只能影響四川盆地，故帶來大量水汽，并且距海較近，所以一年中陰雨天多，天空中經常陰云密布，所以光照少，太陽輻射能貧乏。所以人們常用“蜀犬吠日”來形容四川盆地的氣候特色。

2、對太陽系

除此之外，光作用在物體上的力稱為輻射壓力。太陽輻射的壓力能將一些東西吹出太陽系，也能使一些東西掉到太陽上。我們來研究一個太陽附近的粒子。該粒子受到太陽輻射壓力正比于粒子的截面積。作用在粒子上的重力正比于它的質量，質量正比于它的體積。如果粒子的線度為X它的截面積正比于X^2，而體積正比于X^3；那么只要粒子足夠小，X^2、X^3之比可任意大。當X=1單位時，X^2=1單位^2，X^3=1單位^3；而當X=0.1單位時，X2=0.01單位^2，X3=0.001單位^3。所以當X足夠小時，太陽輻射壓力可以超過重力，這就是彗星尾巴總背向太陽的原因。

假設重力大于輻射的壓力，粒子被束縛在太陽系中，當粒子繞太陽運動時，太陽光就像下雨一樣灑在粒子上。（如果軌道是圓的，太陽光照射方向垂直于粒子的運動方向）。但是從粒子角度看，對于一個運動的粒子，太陽光是從前方輻射來的（天文學家稱之為“光行差”）。所以，輻射壓力就有一個和粒子軌道運動方向相反的分量。作用雖小，卻持續(xù)不斷，粒子軌道運動速度減小，導致它螺旋式的落到太陽上去。這就是波印延——羅伯遜效應。

而它，在太陽系中起到了吸塵器的作用。這就使得太陽系的質量是一定的，不會減少，不會增加。

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