第一节 节气、四季和日照时间 一、 日地关系 二、节气：24 节气不但反映出一年中冷、暖、雨、雪动态及四季气候的变化，而且还和农业生产紧密结合，是天文、气候与农业生产的最成功的结合春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒每月两节日期定，前后相差一两天上半年在六廿一，下半年在八廿三反映气温： 小暑 大暑 处暑 白露 寒露 霜降 小寒 大寒反映天文： 春分 秋分 夏至 冬至反映作物生长发育： 小满 芒种反映自然现象： 惊蛰 清明反映降水： 雨水 谷雨 小雪 大雪三、太阳高度角和方位角1.太阳高度角（h⊙）: 指太阳光线与水平面的交角sin h⊙ ＝sinφ·sinδ ＋cosφ·cosδ·cosωω(时角): 以当地真太阳时正午为零度，下午为正，上午为负，每小时 15° φ: 地理纬度; δ:太阳赤纬 ;ω:时角正午时刻（ω＝0）太阳高度角的表达式：h⊙＝90°―φ＋δ（太阳在天顶以南）h⊙＝90°＋φ―δ（太阳在天顶以北）当计算出 h⊙＞90°时，则取其补角 正午太阳高度角变化规律：在南北回归线上（φ＝23.5°）： 正午 h⊙每年有一次最大值和一次最小值在赤道上（φ＝0°）：正午 h⊙每年有两次最大值和两次最小值。
在赤道与南、北回归线之间:正午 h⊙每年有两次最大值和一次最小值在北回归线以北与南回归线以南地区:正午 h⊙每年有一次最大值和一次最小值，并且在一年中任何时刻，太阳高度均小于 90°，太阳永远不会升至天顶2 .方位角（A）: 指阳光在水平面上投影和当地子午线间的夹角cosA=- sinδ·secφA(方位角): 取正南为零度，以西为正，以东为负北半球各地日出、日没时方位角变化规律：春秋分日（δ=0°）: 太阳从正东方升起，在正西方落入地平线下；从春分到秋分的夏半年内（δ：0°→+23.5°→0°）:太阳从东偏北方升起，在西偏北方落入地平线下；从秋分到春分的冬半年内(δ：0°→-23.5°→0°):太阳从东偏南方升起，在西偏南方落入地平线下，越接近冬至日，日出日落的方位越偏南四、可照时间可照时间: 由日出至日没太阳可能照射的时间间隔实照时数:一天中太阳直接照射地面的实际时数曙暮光时间:太阳在地平线以下 0-18°的一 段时间光照时间：可照时间 + 曙暮光时间北半球可照时间随季节和纬度的变化规律为：δ=0°: 昼夜平分，昼长不随纬度而变化；δ：0°→-23.5°→0°:白昼短于黑夜，而且纬度越高，白昼越短，冬至日白昼达一年中的最短。
在北极圈内可出现有夜无昼现象，称为极夜；δ：0°→+23.5°→0°:白昼长于黑夜，而且纬度越高，白昼越长，夏至日白昼达一年中的最长在北极圈内可出现有昼无夜现象，称为极昼；赤道上，终年昼夜平分，中高纬度地区，随纬度增高，一年中昼长变化越大；低纬度地区终年昼长变化较小第二节 辐射的基本定律一、辐射的一般知识辐 射: 能量或物质微粒从辐射体向空间各方向发送的过程辐射能：通过辐射传输的能量电磁波：10exp(-10)微米～几千米气象学：0.15 ～120μm可见光：0.39～0.76μm紫外线指数：度量太阳紫外线影响人类皮肤的程度.紫外线指数为 1=25 毫瓦/平方米紫外线又分为：UV-A:315 nm～ 400nmUV-B :280nm ～ 315nm (对皮对肤的伤害最大)UV-C :100nm ～ 280nm二、辐射的度量单位辐射通量（F）：单位时间内通过或到达任一表面的辐射能单位：J·s-1 或 W辐射通量密度（E）：单位面积上的辐射通量单位：W·m-2光通量密度（E1）： 单位面积上通过或到达的光通量 单位：Lm·m-2(流明·米-2)辐照度：到达接受面的辐射通量密度照度：单位面积上接收的光通量称为。
单位：lux(勒克斯) ;1lux=lLm·m-2三 、辐射的基本定律斯蒂芬-波耳兹曼定律 ： 黑体的辐射能力与其绝对温度的四次方成正比ET=σTexp4 σ= 5.67×10-8 W·m-2·Kexp(-4)维恩位移定律： 黑体辐射能力最大值所对应的波长（λmax ）与绝对温度成反比λmax = C/T C = 2898μm·K.第三节 太阳辐射及其在大气层中的削弱一、 大气上界的太阳辐射1.太阳辐射光谱2.太阳常数(solar constant)：在大气上界，当日地间处于平均距离时，垂直于太 阳入射光表面的太阳直接辐射照度1981 年世界气象组织推荐使用1367W·m-23.太阳光量常数：在大气上界，当日地间处于平均距离时，垂直于太阳入射光表面的太阳可见光照度其值为 14 万Lux.太阳辐射在大气中的削弱 二、大气对太阳辐射的吸收 N2:对太阳辐射几乎不吸收； O2:吸收小于 0.2um 的紫外线； 03:主要吸收波长小于 0.29um 的紫外线,此外在 0.6um 和 10um 也有吸收； H2O:在可见光区和红外光都有吸收,但吸收最强的在 0.93-2.85um ； CO2 和尘埃:主要吸收红外线光谱区的辐射能。
结论： 大气对太阳辐射的吸收多位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域， 而对可见光光谱区的辐射能量吸收极微三、大气对太阳辐射的散射分子散射: D 散射质点 > 入入射辐射 （漫射对各色光同等散射）四、云层和尘埃对太阳辐射的反射 大气中的云层和较大颗粒的尘埃，能将太阳辐射中的一部分反射到宇宙空间去，其中云的反射作用最为显著云的反射能力随云状、云的厚度不同而有明显不同平均反射率约为 50～55%高云的反射率约为 25%中云约为 50%低云约为 65%总结: 在大气对太阳辐射的削弱作用中，以反射和散射作用大于吸收作用以全球平均状况而言，进入大气的太阳辐 射约有 31%因反射和散射返回宇宙空间，24%被大气直接吸收，余下的 45%可到达地面四、太阳辐射通过大气后减弱的一般规律 大气质量(m):表示太阳倾斜入射时，经过的大气路程为垂直入射时的倍数光线垂直到达海平面时所穿过的大气厚度定为一个大气质量数(m=1) h⊙>30°时： h⊙<30°时：大气质量数随太阳高度的变化h⊙ 90° 60° 50° 40° 30° 20° 10° 5° 3° 1° 0°m 1.0 1.2 1.3 1.6 2.0 2.9 5.6 10.4 15.4 27.0 35.4第四节 到达地面的太阳辐射一、太阳直接辐射S'： 水平面上所得来自日盘的太阳直接辐射，或称太阳直接辐射的垂直分量S：指地表垂直于日光来向单位面积上接受来自日盘的太阳辐射光谱特征：随大气质量增加，长波光比例增加随海拔高度增加，短波光比例增加 二、散射辐射（D）水平地面上接收到的来自半球形天空不包括太阳直接辐射的短波辐射。
又称天空辐射影响因素：D 随 P 增大而减小D 随 h⊙增高而增大地面反射率越大，D 越强海拔高度增高，空气干洁程度增加，D 减少D 随总云量增加而迅速增大但若云层过厚，D 也随之减少 散射辐射光谱特征:散射辐射能量主要集中在小于 1um 的波谱范围, 晴天最大能量出现在 0.45 um 处, 阴天出现在 0.48um处随太阳高度角的增加,散射辐射的紫外线含量也增加,但可见光能量 (0.4-0.6um) 不随太阳高度角的改变而有大的变化 三、总辐射（Q）指水平地面上接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和影响因素：Q 一般随纬度增加而减小晴天 Q 日变化和 S' 日变化一致阴天 Q 日变化和 D 日变化一致有少量云时,Q 会比没有云时略有增加, 否则随云量增大而减小 四、太阳辐射日总量五、下垫面对太阳辐射的反射（R）影响因素：颜色越浅，反射率越大粗糙度越大，反射率越小太阳高度角越大，反射率越小土壤湿度越大，反射率越小第五节 地球辐射和地面净辐射一、地面辐射（Eg）地球辐射能量 95%集中在 3 ~ 120 um, 最大辐射能力所对应的波长在 10 ~ 15 um比辐射率：是指在同一温度下某物体的辐射能力与黑体辐射能力之比，在数值上等于吸收率。
二、大气逆辐射大气逆辐射: 大气辐射朝向四面八方，其中一部分逸到宇宙中，大约有 62～64%投向地面，投向地面的这部分大气辐射称为大气逆辐射大气对 8～12μm 波段的辐射吸收率较小，这一波段的地面辐射可以直射宇宙空间，称为“大气之窗”三、地面有效辐射指地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，单位为W.m-2影响因素：大气湿度增加，有效辐射减小地面温度增加，有效辐射增加大气温度增加，有效辐射减小CO2 浓度增加，有效辐射减小夜间有微风，有效辐射减小海拔高度增加，效辐射增加粗糙表面有效辐射较大，潮湿表面有效辐射也较大四、地面辐射平衡辐射平衡日变化特征：辐射平衡最大值出现在正午以前，最小值出现在傍晚，一天有两次通过零点，一次在日出后，一次在日落前（太阳高度角约 10~15 度）辐射平衡年变化特征：辐射平衡夏季为正，最大为 6 月，最小值在 12 月辐射平衡随纬度变化特征：纬度 39 为零,超过 39 小于零, 小于 39 大于零第六节 太阳辐射与农业生产的关系太阳辐射对植物的影响： 热效应 光合效应 形态效应一、太阳辐射光谱成分与植物生活λ＞3.00μm(无线电波)：不明1.0 ~ 3.0μm(远红外线 ): 可被植物吸收转为热能，影响植物体温和蒸腾1.0～0.72μm( 近红外线 ): 只对植物伸长和光周期起作用0.72～0.61μm(红橙光) : 可被叶绿素强烈吸收，光合作用最强0.61～0.51μm(黄绿光) : 低光合作用与弱成形作用0.51～0.40μm( 蓝紫光): 强的光合作用与成形作用0.51～0.40μm( 蓝紫光): 强的光合作用与成形作用0.40～0.32μm(紫外辐射) : 起成形和着色作用,使植物变矮、颜色变深、叶片变厚等0.32～0.28μm(紫外线): 对大多数植物有害λ＜0.28μm 的远紫外辐射 ：可立即杀死植物二、光合有效辐射（PAR）太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分。
前苏联和东欧采用 0.38~0.71um，西欧和美国采用0.40~0.70umPAR = 0.34 S′+ 0.57 D我国采用:PAR = 0.45 - 0.49 Q我国光合有效辐射年总量分布趋势是西高东低，最高值在青藏高原,最低值在四川盆地和贵州高原三 、光能利用率指单位面积作物光合产物中贮存的能量占该单位面积上所得到的光合有效辐射能量的百分比理论计算值:一般可达 6.0～8.0% ，而实际生产中仅为 0.5～1.0% ，最大可达 2%限制光能利用率的因素：作物生长初期覆盖度小作物群体内光分布不合理光能转化率低中、高纬度地区农业受冬季低温的限制光合作用受空气中二氧化碳含量的限制作物营养物质的缺乏自然灾害（气象与病虫等）的影响不良的水分供应与大气条件使气孔关闭，影响二氧化碳的有效性与植物的其它功能。