太阳辐射及其在植物生长中的作用

太阳:能量的来源

太阳是离地球最近的恒星，它的辐射能是几乎是地球唯一的能源。从其他来源，如地球内部、月球和其他恒星中可以获得的能量非常少，数量微不足道。平均日地距离，也被称为一个天文单位(1 AU)，是1.496 × 108千米，或者更准确地说，是149,597,890±500千米。地球沿椭圆轨道绕太阳公转。最小日地距离约0.983 AU，最大日地距离约1.017 AU。大约在1月3日，地球离太阳最近(近日点)，离太阳最远(远日点)，大约在7月4日。可见盘或光球的半径为6.599 x 105 km，太阳质量为1.989 x 1030 kg (Goody and Yung, 1989;伊克巴尔,1983)。

太阳是一个完全气态的天体。外层的化学成分(按质量计算)是71%的氢，26.5%的氦和2.5%的重金属。它的物理结构是复杂的，虽然几个区域，包括核心，光球层，反转层，色球层和日冕，被很好地识别。

最里面的区域，即核心，是太阳密度最大、最热的部分。它由高度压缩的气体组成，密度为100至150 g-cm-3。核心温度范围为15 × 106 ~ 40 × 106°C。核心外面是内部，里面几乎包含了太阳的全部质量。核心和内部被认为是一个巨大的核反应堆，核聚变反应在其中发生。这些反应提供太阳辐射的能量。最重要的反应是氢转化为氦的过程。能量首先转移到太阳表面，然后辐射到太空。来自太阳核心和内部的辐射被认为是以X射线和伽马射线．

太阳的表面称为光球层，是到达地球表面的大部分可见辐射的来源。光球是

通过蓝色玻璃观察太阳时，肉眼可见的外壳。它是由密度很低的气体组成的。这个地区的温度是4000到6000摄氏度。尽管光球的密度很低(是海平面空气的10-4)，但它是不透明的，因为它是由强电离气体组成的。光球是光源辐射通量因为它有能力发射和吸收连续光谱的辐射。

在光球层之外是太阳大气层，它有几百公里深，几乎是透明的。这种太阳大气被称为逆转层。这一层包含了地球上几乎所有已知元素的蒸汽。在反转层的外面是色球层，大约有25000千米深。只有在日全食期间，从地球上才能看到它，当时它看起来像一层玫瑰色。正是在这个区域，短暂而明亮的太阳耀斑出现在氢和氦云中。这些耀斑是强烈的紫外线(UV)和无线电波辐射的来源。太阳耀斑还会喷射出被称为微粒的带电粒子流，这些粒子流到达地球表面时，会扰乱地球的磁场。色球层的温度比光球层的温度高好几倍。

太阳的最外层是日冕，它由极稀薄的气体组成，称为太阳风。这些风被认为是由非常稀疏的离子和电子组成的，它们以非常高的速度运动，并被认为延伸到太阳系。日冕可以在日全食时看到。它的温度约为180万K。这个最外层的区域没有明显的边界。

这些区域表明太阳在固定温度下并不是一个完美的黑体辐射体。辐射通量是它的几层复合的结果。然而，一般来说，太阳在5762°K的温度下可以被称为黑体。太阳自转的速度随深度和纬度的变化而变化。通过太阳黑子的运动来测量，朔望期(从地球上看)是26.90 + 5.2 sin2(纬度)天。

太阳是一个变星。据估计，它大约有5 × 109年的历史。地质时间尺度上的气候变化理论表明，在太阳的生命周期内一定发生了明确的变化。根据广为接受的理论，太阳形成时比现在小6%，温度低300°K，其辐照度比现在低40% (Goody和Yung, 1989)。

太阳中发生的一些变化是定期监测的。这些变化与磁场活动有关，这些活动是由对流运动、太阳自转和太阳磁场之间的相互作用引起的。磁场和电流穿透

色球和日冕，在这些地方，由于密度低，磁场变化的影响要大得多。

最显著的视觉干扰是在光球层上，这些被称为太阳黑子。这些斑块的直径从几千公里到10万公里不等排放温度中心比未受干扰的光球温度低约1500°K。被斑点覆盖的光球的比例从不超过0.2%，它们的平均持续时间约为一周。在有观测资料的大部分时间里，一个太阳黑子周期平均为11.04年。黑子的数量只是太阳以这种有节奏的方式变化的一个特征。就在最小值之后，黑子首先出现在两个半球的27°纬度附近。随着周期的进行，它们向赤道漂移，并在接近8°纬度时消失。它们很少在纬度高于30°或低于5°的地方被观察到。

当太阳黑子接近极点时，可以看到它被一个增强的光球发射网络所包围，这些光斑被称为光斑。这些光球辐射比相关的太阳黑子群寿命更长，在黑子出现之前出现，在黑子出现之后消失。

絮状或斑块是氢光(h - α)的另一种典型特征。絮凝体是最显著的特征，并且它们出现在高纬度地区，在那里斑点不。偶尔，靠近斑点的氢小叶会变亮。在极端情况下，增亮效果肉眼可见。这些变亮被称为太阳耀斑，它们与莱曼α和其他影响高层大气的紫外线辐射的大量增加有关。

日珥是延伸到色球层的光球爆发。有许多不同的形式，但一个典型的日珥可能有30,000公里高，200,000公里长，温度为5,000°K。

日冕的巨大变化已经得到证实。日冕紫外线辐射是密度很低的高层大气的热源。的热成在150公里以上，受太阳变化条件的影响很大。日冕扰动与太阳黑子周期密切相关。在可见光下，日冕在太阳黑子最大值时比在最小值时显得更加参差不齐。日冕的太阳射电辐射随太阳黑子周期有明显的变化，也与黑子数量的短周期变化有关。

太阳常数

太阳是地球上发生的物理过程所需的99%以上热能的来源地球大气层sys

tem。的太阳常数为太阳辐射量地球大气层外边界的太阳辐射量，在太阳和地球之间的平均距离上垂直于太阳方向的表面上接收太阳常数的值为1,370瓦-米-2(约2卡-厘米-2分-1)，使地球表面每单位面积的平均太阳能通量等于350瓦-米-2。太阳常数只是近似常数。根据地球与太阳的距离，其值大约在1,360到1,380瓦米-2之间。

在这些能量中，大约31%被散射回太空，43%被地球表面吸收，26%被大气吸收。整个地球表面向外和向内的太阳辐射通量之比(称为反照率)约为0.31，平均约为225瓦米-2(范围220至235瓦米-2)，可用于直接和间接加热地球-大气系统(Goody和Yung, 1989;Kiehl and Trenberth, 1997;Roberto et al.， 1999)。地球表面的辐照量并不均匀，赤道的年辐照量是两极附近的2.4倍。入射到地表的太阳能量取决于地理位置、地表方向、一天中的时间、一年中的时间和大气条件(Boes, 1981)。

继续阅读:辐射的性质和规律

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