2017年高考地理必考知识点：太阳辐射

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▲高考地理必考知识点：太阳辐射

太阳以电磁波的形式向外传递能量，称太阳辐射，是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。太阳辐射所传递的能量，称太阳辐射能。太阳辐射能按波长的分布称太阳辐射光谱。

到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量，称为太阳常数。太阳常数的常用单位为瓦/米2。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。太阳常数值是1368瓦/米2。太阳辐射是一种短波辐射。

到达地表的全球年辐射总量的分布基本上成带状，只有在低纬度地区受到破坏。在赤道地区,由于多云，年辐射总量并不最高。在南北半球的副热带高压带，特别是在大陆荒漠地区，年辐射总量较大，最大值在非洲东北部。

▲高考地理必考知识点：太阳辐射常数

昼夜是由于地球自转而产生的，而季节是由于地球的自转轴与地球围绕太阳公转的轨道的转轴呈23°27′的夹角而产生的。地球每天绕着通过它本身南极和北极的“地轴”自西向东自转一周。每转一周为一昼夜，所以地球每小时自转15°。地球除自转外还循偏心率很小的椭圆轨道每年绕太阳运行一周。地球自转轴与公转轨道面的法线始终成23．5°。

地球公转时自转轴的方向不变，总是指向地球的北极。因此地球处于运行轨道的不同位置时，太阳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变化（见下图）。每天中午时分，太阳的高度总是最高。在热带低纬度地区（即在赤道南北纬度23°27′之间的地区），一年中太阳有两次垂直入射，在较高纬度地区，太阳总是靠近赤道方向。在北极和南极地区（在南北半球大于90°~23°27′），冬季太阳低于地平线的时间长，而夏季则高于地平线的时间长。

由于地球以椭圆形轨道绕太阳运行，因此太阳与地球之间的距离不是一个常数，而且一年里每天的日地距离也不一样。众所周知，某一点的辐射强度与距辐射源的距离的平方成反比，这意味着地球大气上方的太阳辐射强度会随日地间距离不同而异。然而，由于日地间距离太大（平均距离为1.5x108km），所以地球大气层外的太阳辐射强度几乎是一个常数。因此人们就采用所谓“太阳常数”来描述地球大气层上方的太阳辐射强度。它是指平均日地距离时，在地球大气层上界垂直于太阳辐射的单位表面积上所接受的太阳辐射能。通过各种先进手段测得的太阳常数的标准值为1353w/m2。一年中由于日地距离的变化所引起太阳辐射强度的变化不超过上3.4%。

▲高考地理必考知识点：太阳辐射变化的特点

①全年以赤道获得的辐射最多，极地最少。这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；

②天文辐射夏大冬小，它导致夏季温高冬季温低。大气对太阳辐射的削弱作用包括大气对太阳辐射的吸收、散射和反射。太阳辐射经过整层大气时，0.29μm以下的紫外线几乎全部被吸收，在可见光区大气吸收很少。在红外区有很强的吸收带。大气中吸收太阳辐射的物质主要有氧、臭氧、水汽和液态水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和尘埃等。云层能强烈吸收和散射太阳辐射，同时还强烈吸收地面反射的太阳辐射。云的平均反射率为0.50～0.55。

▲高考地理必考知识点：太阳辐射与地面辐射

地球表面在吸收太阳辐射的同时，又将其中的大部分能量以辐射的方式传送给大气。地表面这种以其本身的热量日夜不停地向外放射辐射的方式，称为地面辐射。由于地表温度比太阳低得多(地表面平均温度约为300K)，因而，地面辐射的主要能量集中在1～30微米之间，其最大辐射的平均波长为10微米，属红外区间，与太阳短波辐射相比，称为地面长波辐射。

地面的辐射能力，主要决定于地面本身的温度。由于辐射能力随辐射体温度的增高而增强，所以，白天，地面温度较高，地面辐射较强；夜间，地面温度较低，地面辐射较弱。

地面的辐射是长波辐射，除部分透过大气奔向宇宙外，大部分被大气中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽对长波辐射的吸收更为显著。因此，大气，尤其是对流层中的大气，主要靠吸收地面辐射而增热。

▲高考地理必考知识点：太阳辐射的作用

1、对地球

到达地球上的太阳辐射能量只有太阳总辐射能量的很小一部分，但它的作用却是相当大的。

其一，对地理环境的影响。直接的作用如岩石受到温度的变化影响而产生风化。间接作用，地球上的大气、水、生物是地理环境要素，他们本身的发展变化以及各要素之间的相互联系，大部分是在太阳的驱动过程中完成的。地球表面划分为五带。为什么要划分五带呢因为地球表面各个地方的纬度不同，不同纬度地带获得的太阳热量是不一样的。如热带一年中太阳可以直射，获得的热量最多；寒带太阳高度很低，并且有长时间的极夜，所以获得的热量最少。也就是因为太阳辐射具有纬度差异导致了各地获得的热量也有差异。但是在热量盈余的地方比如赤道，温度并没有越来越高；热量亏损的地方，比如两极，温度也没有越来越低，而是保持相对稳定。对于整个地表来说，热量应该是平衡的，因而热量多余和热量不足的地方，要发生热输送。

其二，太阳辐射为我们的生产和生活提供能量。人们对太阳辐射作用最直接的感受来自于它是人们生产和生活的主要能源。如植物的生长需要光和热，晾晒衣服需要阳光，工业上大量使用的煤、石油等化石燃料是太阳能转化来的，被称为“储存起来的太阳能”。还有太阳灶、太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳房、太阳能发电、太阳能电池等。除直接使用的太阳能外，地球上的水能、风能也来源于太阳。西藏的省会拉萨有一别称，号称“日光城”。为什么叫这个名称呢因为西藏自治区位于青藏高原上，地势较高，太阳光到达地表的路程短，空气稀薄，天空中云量少，损失少，所以太阳辐射强，日照时间长，称为“日光城”。直辖市重庆有个别称，有中国的“雾都”之称。为什么这个地方一年中多雾呢这个地方海拔较低，受地形的影响，四川盆地使得水汽积聚不易上升，使水汽增多，而西南季风不可能越过秦岭；只能影响四川盆地，故带来大量水汽，并且距海较近，所以一年中阴雨天多，天空中经常阴云密布，所以光照少，太阳辐射能贫乏。所以人们常用“蜀犬吠日”来形容四川盆地的气候特色。

2、对太阳系

除此之外，光作用在物体上的力称为辐射压力。太阳辐射的压力能将一些东西吹出太阳系，也能使一些东西掉到太阳上。我们来研究一个太阳附近的粒子。该粒子受到太阳辐射压力正比于粒子的截面积。作用在粒子上的重力正比于它的质量，质量正比于它的体积。如果粒子的线度为X它的截面积正比于X^2，而体积正比于X^3；那么只要粒子足够小，X^2、X^3之比可任意大。当X=1单位时，X^2=1单位^2，X^3=1单位^3；而当X=0.1单位时，X2=0.01单位^2，X3=0.001单位^3。所以当X足够小时，太阳辐射压力可以超过重力，这就是彗星尾巴总背向太阳的原因。

假设重力大于辐射的压力，粒子被束缚在太阳系中，当粒子绕太阳运动时，太阳光就像下雨一样洒在粒子上。（如果轨道是圆的，太阳光照射方向垂直于粒子的运动方向）。但是从粒子角度看，对于一个运动的粒子，太阳光是从前方辐射来的（天文学家称之为“光行差”）。所以，辐射压力就有一个和粒子轨道运动方向相反的分量。作用虽小，却持续不断，粒子轨道运动速度减小，导致它螺旋式的落到太阳上去。这就是波印延——罗伯逊效应。

而它，在太阳系中起到了吸尘器的作用。这就使得太阳系的质量是一定的，不会减少，不会增加。

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