2.1.1 太阳辐射强度及光谱
掌握太阳辐射强度等相关知识和资料,对合理规划设计畜禽养殖场建筑物的布局均有一定的参考价值。
1)太阳辐射强度
太阳是一个巨大而炽热的星球,它通过辐射所传递的能量称太阳辐射能。太阳辐射的强弱,通常以太阳辐射强度来表示。它是一个物理量,指在单位时间内垂直投射在单位面积上的辐射能,用J/(cm2.min)表示。
地球所接收到的太阳辐射能量为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一。太阳辐射通过大气,一部分以直接太阳辐射的形式到达地面;另一部分被大气中的分子、微尘、水汽等吸收、散射和反射。其中被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间,另一部分以散射太阳辐射的形式到达地面。
2)影响太阳辐射强度的因素
(1)太阳高度角
太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。太阳高度角越大,穿越大气的路径就越短,大气对太阳辐射的削弱作用越小,则到达地面的太阳辐射越强;反之,路径越长,大气对太阳辐射的作用越大,到达地面的太阳辐射越弱。一天中,随着时间的推移,太阳高度角大小和太阳辐射到地面的路径发生变化,到达正午时太阳高度角最高(达到90度),因此正午的太阳辐射强度比早晚的强。
(2)纬度和海拔高度
地理纬度和海拔高度对太阳辐射通过大气层的强度有影响。地区的纬度、海拔越高,空气越稀薄,大气层厚度越薄,大气对太阳辐射的削弱作用越小,则到达地面的太阳辐射越强,反之则越弱。例如,青藏高原是我国太阳辐射最强的地区。
(3)季节
夏季太阳高度角高,冬季太阳高度角低,夏季太阳辐射强度强于冬季。太阳辐射随季节变化呈现有规律的变化,形成了四季。
(4)天气状况
晴天云少,对太阳辐射的削弱作用小,到达地面的太阳辐射强。例如四川盆地多云雾阴雨天气,云层厚,太阳辐射强度减弱,成为我国最低值太阳辐射区。
(5)大气透明度
大气透明度高则对太阳辐射的削弱作用小,使到达地面的太阳辐射强。如某些地区大气中二氧化碳、二氧化硫等气体含量因工业污染而增加,大气透明度降低,地面的太阳辐射强度减小。
(6)白昼时间的长短
白昼长度指从日出到日落之间的时间长度。赤道上四季白昼长度均为12小时,赤道以外昼长四季均有变化。太阳辐射强度与日照时间成正比。日照时间的长短,随纬度和季节而变化。
3)太阳辐射光谱
太阳辐射光谱是描述太阳辐射各种波长的光线辐射能力的一种光谱,其对于太阳辐射的研究具有非常重要的意义。其辐射的波长范围和能量分布也与一般热辐射不同。太阳辐射的波长范围在200~300 nm,涵盖紫外线、可见光、近红外线(国际照明委员会规定波长在2 500 nm以下的称近红外线,2 500 nm以上的称远红外线,但建筑工程施工领域常以400 nm为界限)三个区域,见表2.1。太阳辐射主要集中在可见光部分(400~760 nm),波长大于可见光的红外线(>760 nm)和小于可见光的紫外线(<400 nm)的部分少。在全部辐射能中,波长在0.15~4 μm的占99%以上,且主要分布在可见光区和红、紫外线区,可见光区占太阳辐射总能量的约50%,红外线区约占43%,紫外线区的太阳辐射能很少,只占总量的约7%。
表2.1 太阳辐射光谱
到达地面的太阳辐射通过大气后,其强度和光谱能量分布都会发生变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多,在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区的几乎被臭氧层吸收,在可见光谱区减少40%,而在红外光谱区增至60%,很大一部分被空气中的水汽和二氧化碳吸收。