1、第二章第二章 辐辐 射射辐射的基本知识辐射的基本知识 123太阳辐射太阳辐射 退出4地面和大气辐射地面和大气辐射 辐射与农业辐射与农业 1 辐射的基本知识 辐射与辐射能辐射与辐射能辐射光谱辐射光谱辐射的基本定律辐射的基本定律一二三一一.辐射与辐射能辐射与辐射能1.辐射辐射(radiation)物体以电磁波（或粒子）的形式向外放射能物体以电磁波（或粒子）的形式向外放射能量的方式叫做辐射，放射的能量叫做辐射能，也量的方式叫做辐射，放射的能量叫做辐射能，也简称辐射。简称辐射。产生辐射的原因有多种。在气象学中最重产生辐射的原因有多种。在气象学中最重要的是热辐射。要的是热辐射。热辐射热辐射(heat r
2、adiation)：辐射的能量和波：辐射的能量和波长分布都与温度有关的辐射。长分布都与温度有关的辐射。2.2.辐射能辐射能(radiation energy)根据辐射的粒子学说，电磁辐射由具有一定质根据辐射的粒子学说，电磁辐射由具有一定质量、能量和动量的粒子组成。每个粒子称为一个量量、能量和动量的粒子组成。每个粒子称为一个量子或光量子子或光量子(quantum)，每个粒子所带的能量与其频，每个粒子所带的能量与其频率成正比，或与波长成反比：率成正比，或与波长成反比：e=h 或或 e=hc/h是普朗克常数是普朗克常数 c是光速是光速 是波长是波长辐射能的量度单位辐射能的量度单位(1)量子数单位量子
3、数单位 用每用每molmol（阿伏加德罗常数（阿伏加德罗常数6.026.02101023)光量子为光量子为单位，单位，1mol1mol光量子称为光量子称为Ei.Ei.(2)辐射通量辐射通量 单位时间通过某一面积的辐射能量，单位是单位时间通过某一面积的辐射能量，单位是J/sJ/s或。或。(3)辐射通量密度辐射通量密度 单位时间、单位面积上通过的辐射能量，单位是单位时间、单位面积上通过的辐射能量，单位是J/sJ/sm m2或或/m/m2 。3.3.物体对辐射的吸收、反射和透射物体对辐射的吸收、反射和透射 设投射到某一物体上的辐射能为，被该物体设投射到某一物体上的辐射能为，被该物体吸收吸收(abso
4、rption)Qa，反射，反射(reflection)Qr，透射透射(transmission)Qt，根据能量守恒定律，根据能量守恒定律，应有应有:QaQrQtQ用用a、r、t分别表示上式左边的三项，分别表示上式左边的三项，a、r、t分别分别称为吸收率（称为吸收率（absorptivity)、反射率（、反射率（reflectivity)和透射率（和透射率（transmissivity)即：即：art1 1QtQQrQQaQ 黑体和灰体黑体和灰体 对任何波长的辐射的吸收率都等于对任何波长的辐射的吸收率都等于1的物体叫做的物体叫做绝对黑体（绝对黑体（absolute black body）。对某种
5、波长的吸收率为对某种波长的吸收率为1的物体叫做对该种波长的物体叫做对该种波长为黑体（为黑体（black body）。）。对任何波长的辐射的吸收率都为一个小于对任何波长的辐射的吸收率都为一个小于1的常的常数的物质就叫做数的物质就叫做灰体灰体（gray body）。二、二、辐射光谱辐射光谱(radiation spectrum)辐射能量按波长的分布就是辐射光谱（辐射辐射能量按波长的分布就是辐射光谱（辐射波谱）。波谱）。从理论上来说，辐射的波长可以从从理论上来说，辐射的波长可以从0到到，但，但是能够测出的辐射的波长范围约为是能够测出的辐射的波长范围约为10-10 到到1010m，见下表。见下表。波谱
6、名称波谱名称 X射线射线 射线射线 紫外线紫外线 可见光可见光 红外线红外线 无线电波无线电波 波长范围波长范围(m)10-810-2 10-710-4 10-40.4 0.40.76 0.761031031010 二、二、辐射光谱辐射光谱(radiation spectrum)1.基尔霍夫（基尔霍夫（KirchhoffKirchhoff）定律）定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律:任何物体在某一温度任何物体在某一温度T时对波时对波长长的辐射的发射率与对同一波长的辐射的发射率与对同一波长的辐射的吸收的辐射的吸收率相等。即：率相等。即：T aT发射率发射率T：任意物体在某一温度：任意物体在某一温度T时对
7、波长时对波长的的辐射能力辐射能力E(,T)与绝对黑体的辐射能力与绝对黑体的辐射能力EB(,T)之之比。比。T E(,T)EB(,T)三三.辐射的基本定律辐射的基本定律 由基尔霍夫定律可知：由基尔霍夫定律可知：T aT1)对同一物体，在一定温度条件下，如果它对同一物体，在一定温度条件下，如果它辐射某一波长的辐射，则它必然也吸收这辐射某一波长的辐射，则它必然也吸收这种波长的辐射。种波长的辐射。2)物体的辐射能力强，其吸收能力也强物体的辐射能力强，其吸收能力也强;反之反之亦然。亦然。2.普朗克（普朗克（plankplank）定律）定律 绝对黑体对任一波长绝对黑体对任一波长的辐射能力是它表面温的辐射能
8、力是它表面温度度T的函数。可用下式表示：的函数。可用下式表示：)1(2),(52kThcBehcTE 式中式中c是真空中的光速是真空中的光速(c=2.997925108m/s)，k为玻为玻尔兹曼尔兹曼(Boltzmann)常数常数(k=1.38062 10-23 J/K)，h为普为普朗克常数朗克常数(h=6.6262 10-34Js)。根据根据Plank定律计算的黑体辐射定律计算的黑体辐射根据根据Plank定律计算的黑体辐射定律计算的黑体辐射根据根据Plank定律计算的黑体辐射定律计算的黑体辐射根据根据Plank定律计算的黑体辐射定律计算的黑体辐射不同温度下绝对黑体的热辐射不同温度下绝对黑体的
9、热辐射绝对黑体辐射的特点绝对黑体辐射的特点任何温度下都发射波长为任何温度下都发射波长为0的辐射的辐射,但发但发射能力随温度迅速变化，每一温度条件下射能力随温度迅速变化，每一温度条件下都有一辐射相对集中的波段；都有一辐射相对集中的波段；在一定温度下，绝对黑体都有一辐射最强在一定温度下，绝对黑体都有一辐射最强的波长，称绝对黑体辐射最大值所对应的的波长，称绝对黑体辐射最大值所对应的波长，用波长，用max表示。表示。3.斯蒂芬斯蒂芬-波尔兹曼（波尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律）定律 绝对黑体的总放射能力与其表面温度的四次方成绝对黑体的总放射能力与其表面温度的四次方成正比。即：正比。即：
10、ETB=T4 其中其中ETB为绝对黑体表面的总放射能力，为绝对黑体表面的总放射能力，T为绝对为绝对黑体表面的绝对温度，单位为黑体表面的绝对温度，单位为k;为斯蒂芬波尔兹为斯蒂芬波尔兹曼常数，其值为曼常数，其值为5.6710-8 W/m2K4。S-B定律可由定律可由Plank定律积分求得：定律积分求得：40TdEEBTB不同温度的黑体发射辐射光谱不同温度的黑体发射辐射光谱0.01 0.1 1 10 100 0.01 0.1 1 10 100 波长波长（m)辐射通量密度相对值20000k 10000k 5000k 2000k 1000k 500k4.4.维恩（维恩（WeinWein）位移定律）位移
11、定律 绝对黑体辐射能力最大值所对应的波长绝对黑体辐射能力最大值所对应的波长max与与绝对黑体的绝对温度绝对黑体的绝对温度T成反比成反比，即：，即：maxC/T 其中其中C为维恩常数，当波长以为维恩常数，当波长以m为单位时，其为单位时，其值为值为2897mK。由上式可看出由上式可看出,物体温度越高，发射的辐射峰物体温度越高，发射的辐射峰值值max越短。越短。例题：例题：已知太阳表面温度为6000K，地面温度为300K，设他们均为黑体，求辐射能E与max。太阳：太阳：E太阳=T太阳4=7.348*107 W.m-2 max太阳=c/T太阳=0.48 m地球：地球：E地面=T地面4=4.593*10
12、2 W.m-2 max地面=c/T地面=9.66 m太阳辐射为短波辐射，太阳辐射为短波辐射，地面和大气辐射为长波辐射。地面和大气辐射为长波辐射。属于可见光属于可见光属于红外属于红外线线2 太阳辐射太阳辐射日地关系日地关系太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射在大气中的衰减太阳辐射在大气中的衰减到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射地面对太阳辐射的反射地面对太阳辐射的反射二三一四五1.1.地球的公转地球的公转 地球的地球的公转公转(revolution)就是地球绕太阳的周期就是地球绕太阳的周期性旋转，其轨道为一椭圆形，太阳为一个焦点。地性旋转，其轨道为一椭圆形，太阳为一个焦点。地球的
13、近日点是球的近日点是1月月3日，远日点是日，远日点是7月月4日日。地球公转的轨道称为黄道，地球在黄道中转过地球公转的轨道称为黄道，地球在黄道中转过的角度称黄经（从春分点起）的角度称黄经（从春分点起）公转一周需时公转一周需时365.25天，将天，将360作作24等分，等分，每每15 为一个节气，共为一个节气，共24个节气。个节气。廿四节气廿四节气歌春春雨惊春春清谷天，夏夏满芒满芒夏夏相莲，秋秋秋秋，冬冬雪雪冬冬。每月两节不变更，最多相差一两天，上半年来六、廿一，下半年是八廿三。地球公转轨道和廿四节气2.地球的自转地球的自转 地球的自转地球的自转（rotation)就是就是地球绕从北极到地球绕从北
14、极到南极的地轴的周南极的地轴的周期性旋转。期性旋转。地球自转的两个特点(1)自转轴和公转轨道面不垂直，而成自转轴和公转轨道面不垂直，而成6633的夹角；的夹角；(2)自转轴的方向保持不变。自转轴的方向保持不变。这两个特点是地球上产生这两个特点是地球上产生温度春夏秋冬温度春夏秋冬季节变化季节变化和和昼夜长短变化昼夜长短变化的根本原因。的根本原因。地球自转轴方向保持不变二分二至时地球与太阳的相对位置二分二至时地球与太阳的相对位置冬至冬至(winter solstice)夏至夏至(summer solstice)春分春分(spring equinox)秋分秋分(autumn equinox)冬夏至地
15、球与太阳的相对位置冬夏至地球与太阳的相对位置夏至夏至(summer solstice)冬至冬至(winter solstice)3.太阳直射点及其变化规律太阳直射点及其变化规律 太阳直射点太阳直射点就是太阳中心与地球中心的连线与就是太阳中心与地球中心的连线与地面的交点。地面的交点。在这一点处，太阳垂直照射地面，这一在这一点处，太阳垂直照射地面，这一点在全球太阳辐射最强。点在全球太阳辐射最强。太阳直射点所在的太阳直射点所在的纬度称为纬度称为太阳赤纬太阳赤纬。冬夏至的太阳直射点冬夏至的太阳直射点夏至冬至直射点直射点赤 道南 极北 极23.5N赤 道23.5S南 极北 极直射点直射点太阳直射点的位移
16、太阳直射点的位移太阳赤纬（）的变化规律冬至冬至春分春分夏至夏至秋分秋分冬至冬至23.5S023.5N023.5S-23.5023.50-23.5计算计算的近似公式：的近似公式：其中其中N为日序，为日序，的单位为度的单位为度。365)80(360sin5.23N 由于地球绕太阳运动，地球上的观测者由于地球绕太阳运动，地球上的观测者看到似乎是太阳在天球上运动，而对这种运看到似乎是太阳在天球上运动，而对这种运动，太阳在天空中任一点的位置可以用两个动，太阳在天空中任一点的位置可以用两个座标来表示，这两个座标就是座标来表示，这两个座标就是太阳高度角太阳高度角和和太阳方位角太阳方位角。太阳高度角太阳高度角
17、(solar altitude)就是太阳就是太阳光线与地平面的夹角，用光线与地平面的夹角，用h来表示。来表示。h的变化范围：的变化范围：h 0,90 太阳光线地平面太阳高度角的影响因素太阳高度角的影响因素 太阳高度角太阳高度角h的大小取决于纬度、的大小取决于纬度、季节和一天中的时间。季节和一天中的时间。纬度纬度：北半球为正，南半球为负：北半球为正，南半球为负 季节季节：用太阳赤纬：用太阳赤纬表示表示 一天中的时间一天中的时间：用时角：用时角 表示表示 15（t-12）时时角角 示示意意图图太阳直射点所在经圈 P真太阳时时差时差，即：时差=真太阳时-平太阳时。经度订正：地方平时地方平时=北京时间
18、+（当地经度-120）*4真太阳时真太阳时北京时间+（当地经度-120）*4时差太阳高度角的计算公式太阳高度角的计算公式 太阳高度角太阳高度角h与纬度与纬度、太阳赤纬太阳赤纬和时角和时角之间的关系为：之间的关系为：sinh=sinsincoscoscos h=arcsin(sinsincoscoscos)正午时的时角正午时的时角=0，太阳高度角为：太阳高度角为：sinh=sinsincoscos sinh=cos=sin（90）h正正=90 正午太阳高度角计算举例正午太阳高度角计算举例 正午时的正午时的h根据以下公式可很容易计算：根据以下公式可很容易计算：h正正=90 例：例：武汉武汉=30
19、N 冬至冬至时时h=90 30(23.5)=36.5 夏至夏至时时h=90 30 23.5 =83.5 h正正=90u1)中午时刻的太阳高度角是一天中的最大值u2)在南北回归线之间，存在着=，h=90太阳直射，一年两次。（回归线上一年一次）u3)在南北回归线之外的地方，|,h0u春秋分：=0，A0=900u夏半年：0，A0900u冬半年：0，A0900春、秋分日的太阳运动轨迹春、秋分日的太阳运动轨迹夏至日的太阳运动轨迹夏至日的太阳运动轨迹冬至日的太阳运动轨迹冬至日的太阳运动轨迹 世界上规划最大的北回归线纪念性建筑，整个建筑实体以长约500米的北回归线线段为中轴，由回归之门、太阳之路、夸父追日、
20、石环（石阵）、超越、日月交辉（春夏秋冬）古日晷、主标塔（主标管）等组成，表达了对自然、生命、阳光的理解和人类对天体科学的探索与认识。墨江北回归线标志园墨江北回归线标志园每年夏至日（6月21日或22日）正午、太阳光将垂直照于北回归线上，此时达里可以看到“立杆不见影”的自然现象，是非常难得一见的奇观。在这里你还可以一脚踏在温带，另一脚踏在亚热带观看两旁不同地带的植物。1.太阳辐射光谱太阳辐射光谱 在大气上界在大气上界测得的太阳辐射测得的太阳辐射与根据与根据Plank公公式计算的式计算的6000K的绝对黑体辐射的绝对黑体辐射的光谱能量分布的光谱能量分布非常相似。非常相似。图中：图中：实线是大气实线是
21、大气上界的太阳上界的太阳辐射光谱；辐射光谱；虚线是温度虚线是温度在在6,000K6,000K时时的黑体辐射的黑体辐射光谱。光谱。50437475 nm太阳辐射光谱太阳辐射光谱(RSC)日地平均距离日地平均距离时，在被照亮的半个地时，在被照亮的半个地球的球的大气上界大气上界，垂直垂直于太阳光线的平面于太阳光线的平面上，上，单位时间单位面积单位时间单位面积接受的太阳辐射接受的太阳辐射能量。能量。RSC=1367Wm-2 太阳辐射在大气中要受到大气的吸收、散射和反射太阳辐射在大气中要受到大气的吸收、散射和反射作用，到达地面后明显减弱。作用，到达地面后明显减弱。吸收太阳辐射的物质吸收太阳辐射的物质：主
22、要是：主要是O O2 2，O O3 3，COCO2 2，H H2 2O O等等lO O2 2 吸收吸收 0.20.2 m m的紫外线，主要发生在高层大气的紫外线，主要发生在高层大气lO O3 3 吸收紫外线，吸收紫外线，在在0.2-0.3 0.2-0.3 m m是强烈的吸收带，是强烈的吸收带，使使 0.30.3 m m的紫外线不能到达地面，能减少太阳总的紫外线不能到达地面，能减少太阳总能量的能量的4%4%，主要在平流层，主要在平流层202025km25km处处lCOCO2 2 主要吸收红外线，但强度较弱主要吸收红外线，但强度较弱lH H2 2O O 主要吸收红外线，减少太阳总能量的主要吸收红外
23、线，减少太阳总能量的4%-15%4%-15%l尘埃、水滴也可吸收部分太阳辐射尘埃、水滴也可吸收部分太阳辐射大气对太阳辐射的吸收光谱大气对太阳辐射的吸收光谱特点特点1)1)大气吸收太阳辐射占总量的大气吸收太阳辐射占总量的24%24%；2)2)平流层及以上气层主要是平流层及以上气层主要是O O2 2，O O3 3吸收紫外线，吸吸收紫外线，吸收率接近于收率接近于1 1；平流层以下主要是水汽和平流层以下主要是水汽和COCO2 2对红外线的吸收；对红外线的吸收；3)3)大气对太阳辐射的吸收具有选择性；大气对太阳辐射的吸收具有选择性；整个大气层对可见光的吸收率约为整个大气层对可见光的吸收率约为0.10.1
24、，而太阳辐，而太阳辐射能量集中在可见光区；射能量集中在可见光区；因此，低层大气因吸收太阳辐射而增温是很少因此，低层大气因吸收太阳辐射而增温是很少的，的，太阳辐射不是对流层的直接热源。太阳辐射不是对流层的直接热源。散射散射是质点受到投射来的电磁波冲是质点受到投射来的电磁波冲击时，引起质点中的电子振动，而向四面击时，引起质点中的电子振动，而向四面八方放射电磁波。八方放射电磁波。特点：特点：只改变原辐射的方向不能将太阳辐射变只改变原辐射的方向不能将太阳辐射变为内能为内能。（1 1）分子散射）分子散射-雷利雷利(Rayleign)(Rayleign)散射散射 当散射质点很小，其直径当散射质点很小，其直
25、径d远小于波长，远小于波长，即即 d0，地面能量的收入大于支出。日出后，地面能量的收入大于支出。日出后(1-)(Rsb+Rsd)逐渐增大，逐渐增大，Re也随之增大，也随之增大，Rn到正午达最到正午达最大值，然后逐渐减小。大值，然后逐渐减小。夜间：夜间：(1-)(Rsb+Rsd)=0，Rn=-Re 0 Rn由由负值转为正值负值转为正值的时间，大约出现在的时间，大约出现在日出后一小日出后一小时时左右；由左右；由正值转为负值正值转为负值的时间，大约出现在的时间，大约出现在日落前日落前一小时一小时左右。左右。辐射通量密度辐射通量密度W/m2时间时间(h)地面净辐射的年变化与太阳总辐射的年变化大地面净辐
26、射的年变化与太阳总辐射的年变化大致相同，主要取决于致相同，主要取决于太阳高度角太阳高度角和和可照时间可照时间。一般来说，最大值出现在一般来说，最大值出现在6月，最小值出现在月，最小值出现在12月。但在季风气候区则不一定。月。但在季风气候区则不一定。净辐射年总量随纬度升高而减小。纬度较高的净辐射年总量随纬度升高而减小。纬度较高的地区，冬季有一段时间为负值，纬度越高，负值时地区，冬季有一段时间为负值，纬度越高，负值时间越长。在中国，间越长。在中国，39N以南全年以南全年Rn为正。为正。地面获得的净辐射：地面获得的净辐射：Rn=(1-)(Rsb+Rsd)-Re净辐射将转换成热能，用于以下方面：净辐射
27、将转换成热能，用于以下方面：感热感热(Sensible heat)通量通量(H)：即通过湍流热交换传给：即通过湍流热交换传给大气；大气；潜热潜热(Latent heat)通量通量(LE):即蒸发（蒸腾）耗热量；即蒸发（蒸腾）耗热量；土壤热通量土壤热通量(G)：即从地面传到土壤的热通量。即从地面传到土壤的热通量。因此有因此有地面热量平衡方程地面热量平衡方程：Rn=H+LE+G4 辐射与农业 光合有效辐射植物群体中的辐射状况光照强度和时间对植物的影响提高光能利用率的途径一二三四紫外线紫外线:合成维生素；促进营养物质的吸收；对合成维生素；促进营养物质的吸收；对色素形成有重要作用；色素形成有重要作用；
28、成形作用：抑制徒长；促进分枝成形作用：抑制徒长；促进分枝 波长波长0.3211m m促进干物质积累，不直接参与促进干物质积累，不直接参与光合作用。光合作用。波长波长11.00m后，叶子的吸收率又有所增加，主要是有叶内水分吸收3.00m以后，叶子几乎变成了黑体，它可吸收几乎全部的长波辐射二、作物群体中的辐射状况二、作物群体中的辐射状况2.作物群体中太阳辐射的分布作物群体中太阳辐射的分布植物群体中的辐射分布非常复杂，与群体的叶面积植物群体中的辐射分布非常复杂，与群体的叶面积指数、叶片大小、叶片的空间排列等因素有关指数、叶片大小、叶片的空间排列等因素有关设：植物群体的叶片随机分布设：植物群体的叶片随
29、机分布冠层中的辐射分布遵循门司冠层中的辐射分布遵循门司(Monsi)佐伯佐伯(Saeki)公公式：式：Rs=Roe-LK其中：其中：Ro-群体顶部辐射强度群体顶部辐射强度 Rs-到达某叶层上的辐射强度到达某叶层上的辐射强度 L-该叶层以上的叶面积指数该叶层以上的叶面积指数 K-群体消光系数。群体消光系数。K与叶片的倾角、排列方与叶片的倾角、排列方式、太阳高度角等因素有关。式、太阳高度角等因素有关。二、作物群体中的辐射状况二、作物群体中的辐射状况3.作物群体内的光照群体内的光照两部分组成一是穿过上部叶片间隙的直射光，呈“光斑”二是透过叶片的透射光和部分散射光，呈“阴影”两部分光照的强度和光谱成分
30、均不同，起作用的主要是靠光斑部分二、作物群体中的辐射状况二、作物群体中的辐射状况1.光照强度对植物的影响光照强度对植物的影响 在一定的光照强度范围内，光合作用随光照强度的在一定的光照强度范围内，光合作用随光照强度的增加而增加；增加而增加；但超过一定的光照强度以后，光合作用便保持一定但超过一定的光照强度以后，光合作用便保持一定的水平而不再增加了，这种现象称为的水平而不再增加了，这种现象称为光饱和现象光饱和现象，这个光照强度称为这个光照强度称为光饱和点光饱和点。光照强度降低时，光合作用也随之降低，当植物通光照强度降低时，光合作用也随之降低，当植物通过光合作用制造的有机物质与呼吸作用消耗的物质过光合
31、作用制造的有机物质与呼吸作用消耗的物质相平衡时的光照强度称为相平衡时的光照强度称为光补偿点光补偿点。三、光照强度和时间对植物的影响三、光照强度和时间对植物的影响太阳辐射强度与作物生长发育和品质的关系(The relationship between solar radiation and crop growth and crop qualify)不同的作物、作物在不同 生育期对光照的要求不同。营养生长需要相对的弱光 繁殖器官生长需要强光 光的强度对园艺植物的影响 (Influence of photo-intensity on horticultural plant)不同的园艺植物对光照的要求
32、不同。果树果树一般需要强光；叶菜需要相对的弱光；一般需要强光；叶菜需要相对的弱光；根据花卉对光照强度的不同要求，可把花卉四大类：（1）阳性阳性花卉花卉 喜强光，不耐阴，必须在全日光照下，才能正常生长发育。如一串红、鸡冠一串红、鸡冠花、一品红、桃花、梅花、月季、米兰、海棠花、一品红、桃花、梅花、月季、米兰、海棠、菊花、菊花等，这些花卉如光照不足，会造成枝叶徒长、组织柔软不充实、叶色变淡、难于开花或开花不良。（2）中性花卉 不喜强光，稍能耐阴，在光照充足或微阴下可以生长良好。如桂花、夹竹桃、棕榈、苏铁、樱花等。（3）阴性花卉 适于光照不足或散射光条件下生长的花卉，要求遮阴度保持在50，不能忍受强光
33、直射。如杜鹃、山茶、马蹄莲、万年青等及观叶植物。（4）强阴性花卉 要求遮阴度达80左右，不能适应强烈的光照，如兰科兰科和蕨类蕨类等种类。曙暮光随着太阳在地平线以下角度的增大而不断减弱：曙暮光随着太阳在地平线以下角度的增大而不断减弱：-6h0 民用曙暮光民用曙暮光-12h-6 航海曙暮光航海曙暮光-18h-12 天文曙暮光天文曙暮光(1)光照时间光照时间可照时数（间）：可照时数（间）：从日出到日落太阳可能照射的时间从日出到日落太阳可能照射的时间长度，即昼长。长度，即昼长。光照时间：光照时间：是指可照时数与曙暮光的总和，即光照时是指可照时数与曙暮光的总和，即光照时间间=可照时数可照时数+曙暮光。曙
34、暮光。2.光照时间对植物的影响光照时间对植物的影响日照时间：日照时间：是实测的太阳照射时间。是实测的太阳照射时间。太阳可照时数（间）的计算太阳可照时数（间）的计算因为因为可照时数可照时数是指一地从太阳是指一地从太阳升起升起到太阳到太阳落下落下的时间。的时间。可照时数的计算举例可照时数的计算举例 已知北京的纬度为已知北京的纬度为40，求北京冬至和夏至时的，求北京冬至和夏至时的日出日落时间和可照时间。日出日落时间和可照时间。冬至冬至：=23.5 cos 0=-tan tan=0.3640 0=68.66 即日出即日出t=12-0/15=7.42 即日出时间为即日出时间为7:25日落日落t=12+0
35、/15=16.58 即日落时间为即日落时间为16:35可照时间可照时间=20/15 =9.15hr夏至：夏至：=23.5，按以上步骤可得：，按以上步骤可得：日出时间为日出时间为4:35，日落时间为日落时间为19:25pm可照时间可照时间=20/15 =14.85hr=14h 51min可照时数的变化规律可照时数的变化规律 cos 0=-tan tan 春秋分日，全球昼夜平分。春秋分日，全球昼夜平分。从春分到秋分的夏半年，北半球各地白昼长于黑夜，从春分到秋分的夏半年，北半球各地白昼长于黑夜，而且随纬度升高，白昼延长，夏至达最长；而且随纬度升高，白昼延长，夏至达最长；从秋分到春分的冬半年，北半球各
36、地白昼短于黑夜，从秋分到春分的冬半年，北半球各地白昼短于黑夜，而且随纬度升高，白昼缩短，冬至日达最短；而且随纬度升高，白昼缩短，冬至日达最短；赤道上，终年昼夜平分。赤道上，终年昼夜平分。南北半球只是冬夏相反，春秋相反，昼长随纬南北半球只是冬夏相反，春秋相反，昼长随纬度变化的规律不变。度变化的规律不变。冬夏至和春秋分的昼夜长短变化冬夏至和春秋分的昼夜长短变化夏至夏至冬至冬至秋分秋分夏至的可照时间夏至的可照时间夏至的可照时间夏至的可照时间冬至的可照时间冬至的可照时间冬至的可照时间冬至的可照时间春秋分的可照时间春秋分的可照时间春秋分的可照时间春秋分的可照时间不同纬度可照时数随季节的变化规律不同纬度可
37、照时数随季节的变化规律昼长昼长(h)春分春分夏至夏至秋分秋分冬至冬至春分春分纬纬度度(2)(2)植物的光周期现象植物的光周期现象 光照长短对植物的影响主要表现在两个方面光照长短对植物的影响主要表现在两个方面：光周期现象光周期现象和和光合产物量光合产物量。光周期现象：光周期现象：植物在长期的生长发育过程中，光植物在长期的生长发育过程中，光照时间长短和昼夜交替对植物的发育过程（开花、照时间长短和昼夜交替对植物的发育过程（开花、结果、落叶、休眠等）有很大影响的现象。结果、落叶、休眠等）有很大影响的现象。根据作物开花结果对光照时间的要求，把作物分根据作物开花结果对光照时间的要求，把作物分成成长日照作物
38、长日照作物、短日照作物短日照作物和和光中性作物光中性作物。长日照作物长日照植物：要求光照长度大于某一时数才能开花结果的植物。如小麦、大麦、燕麦、甜菜、菠菜等，长日照作物一般原产高纬（温带）。长日照花卉 如绣球花、紫罗兰、凤仙花、金鱼草等，需要每天12个小时以上的光照才能开花。长日照花卉在夏天开花，一般原产高纬（温带）。短日照作物短日照植物：短日照植物：要求光照长度小于某一时数才能开花要求光照长度小于某一时数才能开花结果的植物结果的植物。如：晚稻、玉米、大豆、棉花等，如果在发育期每天只有1013小时的光照，就能加快发育，提前开花；反之，日照时数超过13小时，就会推迟开花甚至不开花。短日照作物一般
39、原产热带或亚热带短日照作物一般原产热带或亚热带。短日照花卉一品红、蟹爪兰等，如果在发育期每天只有812小时的光照，就能加快发育，提前开花；反之，日照时数超过12小时，就会推迟还花甚至不开花。中性植物：中性植物：开花不受光照长度的影响，在长短开花不受光照长度的影响，在长短不同的任何光照下都能正常开花结果。如早不同的任何光照下都能正常开花结果。如早稻、西红柿等。稻、西红柿等。临界光照长度：临界光照长度：可以使植物通过光照阶段而可以使植物通过光照阶段而开花结实的光照时间的临界值。开花结实的光照时间的临界值。光中性花卉 它们对日照长短并不敏感，只要生长它们对日照长短并不敏感，只要生长正常，就不影响开花
40、。如正常，就不影响开花。如月季、紫茉莉月季、紫茉莉、石竹、仙客来、天竺葵、石竹、仙客来、天竺葵等。等。（3）光周期现象与植物引种）光周期现象与植物引种 植物引种必须考虑光周期现象和温度的影响。植物引种必须考虑光周期现象和温度的影响。短日照植物短日照植物：从南向北引种，温度因素将使发育速：从南向北引种，温度因素将使发育速度减慢，光照因素也使发育减慢；从北向南引种，度减慢，光照因素也使发育减慢；从北向南引种，温度因素将使发育速度加快，光照因素也使发育加温度因素将使发育速度加快，光照因素也使发育加快。所以，快。所以，温度和光照效应互相叠加。温度和光照效应互相叠加。长日照植物长日照植物：从南向北引种，
41、温度因素将使发育速从南向北引种，温度因素将使发育速度减慢，而光照因素使发育加快；从北向南引种，度减慢，而光照因素使发育加快；从北向南引种，温度因素将使发育速度加快，光照因素使发育减慢。温度因素将使发育速度加快，光照因素使发育减慢。所以，所以，温度和光照效应互相补偿。温度和光照效应互相补偿。结论：结论：长日照植物比短日照植物容易引种成功。长日照植物比短日照植物容易引种成功。短日照植物引种短日照植物引种北方南方光照长光照长光照因素促使发育减慢光照因素促使发育减慢温度低温度低温度因素促使发育减慢温度因素促使发育减慢光照短光照短光照因素促使发育加快光照因素促使发育加快+温度高温度高温度因素促使发育加快
42、温度因素促使发育加快+温度和光照效应相互叠加温度和光照效应相互叠加生育期延长生育期延长引早熟种引早熟种生育期缩短生育期缩短引迟熟种引迟熟种长日照植物引种长日照植物引种北方南方光照长光照长光照因素促使发育加快光照因素促使发育加快+温度低温度低温度因素促使发育减慢温度因素促使发育减慢光照短光照短光照因素促使发育减慢光照因素促使发育减慢温度高温度高温度因素促使发育加快温度因素促使发育加快+温度和光照效应互相补偿温度和光照效应互相补偿生育期缩短生育期缩短引迟熟种引迟熟种生育期延长生育期延长引早熟种引早熟种光对昆虫的影响光对昆虫的影响1、光的强度主要影响光的强度主要影响昆虫的昼夜节律行为、交尾、产卵、取
43、食、栖息等，并和趋性强度有关。根据昆虫生活与光照强度的关系，将昆虫的昼夜生活习性分为四大类：（）白昼活动白昼活动，如蚜虫，蝶类，蝇类。（）夜间活动夜间活动，如夜蛾科幼虫金龟甲科等。（）黄昏或晨曦活动黄昏或晨曦活动，如三化螟，玉米螟，小麦吸浆虫等。（）昼夜活动昼夜活动，如某些天蛾，天蚕蛾成虫等。2、光照周期对昆虫的作用、光照周期对昆虫的作用 据研究，有几百种昆虫的滞育与光周期变化有关。3、不同光谱成分对昆虫的影响、不同光谱成分对昆虫的影响 棉铃虫，烟青虫对3300埃的紫外光趋性强，而梨小食心虫趋集于蓝光和紫色光，蚜虫则趋集于黄光。单位面积上作物收获物中包含的能量（单位面积上作物收获物中包含的能量
44、（eh）与）与投射到该单位面积上的光合有效辐射能量投射到该单位面积上的光合有效辐射能量RPAR的比的比值叫做光能利用率（值叫做光能利用率（U）：）：U=eh/RPAR100%光能利用率的理论上限：光能利用率的理论上限：在水、热、矿物营养都能得在水、热、矿物营养都能得到保证的条件下，植物最终形成产量的光合有效辐到保证的条件下，植物最终形成产量的光合有效辐射的能量利用率在射的能量利用率在10%左右；左右；实际：实际：一般只有一般只有0.5%1.0%，高的约达高的约达2%。这说明这说明提高光能利用率以增加单位面积产量是大有潜提高光能利用率以增加单位面积产量是大有潜力的。力的。1.光能利用率光能利用率
45、四、提高光能利用率的途径四、提高光能利用率的途径2.限制光能利用率的因素限制光能利用率的因素(1).光的漏射、反射和透射损失(2).群体结构和叶片组织本身造成的损失(3).作物遗传特性的限制(4).生长季短造成的损失(5).生长季内外界环境条件的限制（1）改革种植制度与方法）改革种植制度与方法 间套复种；行向、行距间套复种；行向、行距（2）改进栽培管理措施）改进栽培管理措施 适宜的水肥；育苗移栽；机械化收获；调整株型适宜的水肥；育苗移栽；机械化收获；调整株型（3）选育优良品种）选育优良品种 叶层合理分布；紧凑的矮秆品种；光呼吸低叶层合理分布；紧凑的矮秆品种；光呼吸低（4）改造自然与充分利用各地区的光能资源）改造自然与充分利用各地区的光能资源3.提高光能利用率的途径提高光能利用率的途径
