高中地理教材中太陽(yáng)輻射圖的判讀_第1頁(yè)
高中地理教材中太陽(yáng)輻射圖的判讀_第2頁(yè)
高中地理教材中太陽(yáng)輻射圖的判讀_第3頁(yè)
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1、高中地理教材中太陽(yáng)輻射圖的判讀丁堯清(課程教材研究所,北京 100009)人教版高中新課標(biāo)實(shí)驗(yàn)教材地理1(必修)選用了一幅大氣上界太陽(yáng)輻射日總量立體圖(圖1),說(shuō)明太陽(yáng)為地球提供能量及其對(duì)自然環(huán)境的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,一些師生反映圖像閱讀困難,不易理解,在此作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。首先,該圖表示大氣上界(不是地表),即大氣暖層距地表480千米處的太陽(yáng)輻射狀況。其次,該圖從兩個(gè)方面即緯度和季節(jié)來(lái)反映太陽(yáng)輻射日總量的分布情況。按照教材要求,學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠大致說(shuō)出太陽(yáng)輻射的緯度分布情況,因此,教學(xué)時(shí)對(duì)細(xì)節(jié)可不作過(guò)高要求,重點(diǎn)在于找大規(guī)律,例如,太陽(yáng)輻射日總量從低緯向高緯遞減的趨勢(shì)(圖2,單位為m2),據(jù)測(cè)算,一

2、年中赤道接受的太陽(yáng)輻射是極地的2.5倍。下面作具體說(shuō)明。一、太陽(yáng)輻射分布的不均勻狀況赤道附近大氣上界太陽(yáng)輻射的年變化平緩(圖3),兩至日較低,兩分日最高(350m2)。在極圈內(nèi)一年中有一段時(shí)間太陽(yáng)輻射為零(圖4),但6月北極太陽(yáng)輻射甚至高于赤道(圖4a)。這是因?yàn)橄募颈睒O整日暴露在陽(yáng)光下,而40N和赤道的日照時(shí)間分別是15和12小時(shí)。但是由于極地正午太陽(yáng)高度較低,所以盡管極地日照時(shí)數(shù)是赤道的兩倍,但兩者的輻射差值僅為100m2。南極12月份的輻射(550m2)高于北極6月份(圖4b),這是因?yàn)槿盏鼐嚯x較近(1月3日為近日點(diǎn))。就日地距離而言,近日點(diǎn)時(shí)的太陽(yáng)輻射比遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)約多7。極圈與回歸線(xiàn)之間

3、呈單峰式的連續(xù)變化(圖5)。北半球夏至日最高,冬至日最低;南半球相反,冬至日最高,夏至日最低。這主要是受太陽(yáng)高度和日照時(shí)間的影響。綜上所述,到達(dá)大氣上界的太陽(yáng)輻射取決于太陽(yáng)高度、日地距離和日照時(shí)間。其中以太陽(yáng)高度的影響最為重要。二、地球輻射平衡和能量運(yùn)動(dòng)由于地球距離太陽(yáng)非常遙遠(yuǎn),太陽(yáng)釋放的能量只有極微小的部分(20億分之一)到達(dá)地球,以太陽(yáng)常數(shù)計(jì)為1 372 m2。地球每分鐘接受的太陽(yáng)輻射相當(dāng)于燃燒4億噸煙煤產(chǎn)生的熱量,是地球最主要的能量源泉。太陽(yáng)常數(shù)的微小變化(0.5或1)都會(huì)引起地球能量系統(tǒng)包括氣候的巨大變化。太陽(yáng)輻射到達(dá)地表以前,要經(jīng)過(guò)大氣的削弱作用(反射、散射和吸收),最后被地表吸收的

4、太陽(yáng)輻射約占47。天氣和氣候就決定于接受的太陽(yáng)輻射和散失熱量(反射、散射和輻射)之間的平衡。從1978年開(kāi)始,美國(guó)太空總署先后利用五顆衛(wèi)星來(lái)監(jiān)測(cè)地氣能量平衡,衛(wèi)星傳感器獲取入射的短波輻射(光)和射出的長(zhǎng)波輻射(熱),就得到地氣系統(tǒng)的凈輻射(圖6)。由圖可知,低緯凈輻射為正值,高緯為負(fù)值。在中高緯度大約南北緯36為平衡點(diǎn)。赤道附近熱帶海洋上空凈輻射最大(約80 m2),南極最低。有趣的是,北非撒哈拉地區(qū)的能量虧空(20 m2)。這里受副熱帶高氣壓帶控制,萬(wàn)里晴空,云量少,有利長(zhǎng)波輻射散失,而且地表色淺,反射率高,因此凈輻射較低。由于地球系統(tǒng)的能量分布不均勻,使得大氣和海洋成為巨大的熱機(jī)。通過(guò)能量

5、傳遞(如,行星風(fēng)系、洋流、天氣系統(tǒng)),極地的能量虧空由熱帶的能量盈余來(lái)彌補(bǔ)(圖7)。就大氣熱力狀況而言,一天內(nèi)地表輻射和太陽(yáng)輻射的平衡造成了氣溫的日變化(圖8)。當(dāng)?shù)孛鏌崃坑捎D(zhuǎn)虧時(shí),氣溫達(dá)到最高(午后2時(shí)左右)。當(dāng)?shù)孛鏌崃坑商澽D(zhuǎn)盈時(shí),氣溫達(dá)到最低(日出前后)。三、太陽(yáng)輻射對(duì)植物的影響太陽(yáng)輻射在熱量和光照兩個(gè)方面影響植物的生長(zhǎng)和分布。1太陽(yáng)輻射對(duì)自然環(huán)境的作用是間接地提供熱量,影響環(huán)境的溫度狀況。溫度實(shí)際上決定了森林植被和苔原植被的分野。一年當(dāng)中10C以上的氣溫必須維持一段時(shí)間(積溫),才能保證喬木發(fā)育和生長(zhǎng);極地最熱月氣溫10C、長(zhǎng)冬無(wú)夏,只有少數(shù)灌木和地衣能夠生長(zhǎng)。2光照直接影響植物的生長(zhǎng)。(1)光量直接關(guān)系到植物的光合生產(chǎn)能力。從全球來(lái)看,光照強(qiáng)度由赤道向兩極遞減,使得高大茂密的熱帶雨林和低矮的苔原形成鮮明對(duì)比。在雨林內(nèi)部,光能由上而下衰減,形成垂直方向上的林灌草結(jié)構(gòu)。(2)光質(zhì)。海拔越高,紫外線(xiàn)(殺傷和抑制作用)越強(qiáng),因此高山植物一般種類(lèi)稀少、生長(zhǎng)矮小。(3)光照時(shí)間影響生長(zhǎng)周期,形成短日照植物(如,玉米)和長(zhǎng)日照植物(如,冬小麥)。在溫帶,光照時(shí)間在秋季縮短、春季增長(zhǎng),相應(yīng)的落葉植物呈現(xiàn)長(zhǎng)日照生長(zhǎng)、短日照休眠的景觀(guān)。植物的光能利用率很低(圖9),實(shí)際測(cè)定值僅為25。生物量(凈初級(jí)生產(chǎn)量)指植物固定

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