高中地理教材中太陽(yáng)輻射圖的判讀

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