植物生長(zhǎng)與光環(huán)境調(diào)控-植物生產(chǎn)的光照環(huán)境

目

錄地面輻射與大氣輻射、大氣逆輻射1地面有效輻射2光合有效輻射3地面輻射和大氣輻射（一）地面輻射與大氣輻射、大氣逆輻射1.地面輻射地球表面的平均溫度約300K左右，地面日夜不停地放射輻射，稱(chēng)地面輻射，以Ee表示，其輻射波長(zhǎng)為3～80μm，放射能力最強(qiáng)的波長(zhǎng)為10μm。地面輻射的波長(zhǎng)全部在紅外光區(qū)，因此，地面輻射又稱(chēng)為地面長(zhǎng)波輻射和紅外熱輻射。地面輻射和大氣輻射（一）地面輻射與大氣輻射、大氣逆輻射1.地面輻射地面輻射的結(jié)果：地面長(zhǎng)波輻射通過(guò)大氣層時(shí)，大氣中的水汽、二氧化碳和水滴等吸收了絕大部分的地面輻射能，其中尤以水汽的吸收能力最強(qiáng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)地面輻射的能量93％被大氣所吸收，僅有7％的能量散失在大氣層之外，而大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收僅為大氣上界的6％，可見(jiàn)大氣能量主要直接來(lái)自地面，而不是來(lái)自太陽(yáng)，所以說(shuō)地面輻射是低層大氣的主要熱源。地面輻射和大氣輻射（一）地面輻射與大氣輻射、大氣逆輻射2.大氣輻射大氣在吸收地面輻射后，其溫度升高，平均溫度約為200K左右，大氣亦日夜不停地向外放射輻射，稱(chēng)大氣輻射。其輻射波長(zhǎng)范圍為7~120μm，最大放射能力的波長(zhǎng)為15μm，其輻射波長(zhǎng)也全部在紅外光區(qū)，所以大氣輻射也稱(chēng)為大氣長(zhǎng)波輻射。地面輻射和大氣輻射（一）地面輻射與大氣輻射、大氣逆輻射3.大氣逆輻射大氣輻射是向四面八方射出的，其中投向地面的那一部分大氣輻射因與地面輻射方向相反，稱(chēng)為大氣逆輻射，用Ea表示。地面輻射和大氣輻射大氣熱效應(yīng)：大氣能讓大部分的太陽(yáng)輻射透過(guò)而到達(dá)地面，使地面獲得能量，卻把地面輻射幾乎全部吸收，阻止地面能量外泄；還以大氣逆輻射的形式把一部分能量傳回給地面，補(bǔ)償了地面以輻射的形式所損失的能量，這就使地面不至于過(guò)多地?fù)p失熱量，而對(duì)地面起到了保溫作用，這種作用稱(chēng)為大氣熱效應(yīng)。因?yàn)榇髿鉄嵝?yīng)與溫室玻璃的保溫效應(yīng)相似，所以也稱(chēng)為大氣的溫室效應(yīng)。溫室氣體：H2O、CO2

、N2O、CH4

、O3

、CFC（氟氯碳）…30多種。地面輻射和大氣輻射三者與溫室效應(yīng)的關(guān)系太陽(yáng)輻射大氣逆輻射地面輻射溫室效應(yīng)地面輻射和大氣輻射（二）地面有效輻射（E）地面有效輻射：是指地面輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，用E表示。E=Ee-Ea通常地面溫度高于大氣溫度，所以Ee＞Ea，E＞0，即地面放出熱量多，而得到的補(bǔ)充少，意味著地面有效輻射將使地面損失熱量而降溫。E愈大，地面熱量損失愈多，降溫愈劇烈。地面輻射和大氣輻射地面輻射和大氣輻射（三）光合有效輻射(Q)可見(jiàn)光中被綠色植物利用并參與光化學(xué)反應(yīng)的光譜成分稱(chēng)為光合有效輻射，又稱(chēng)生理輻射。光合有效輻射的光譜成分主要是波長(zhǎng)范圍在390-760nm的可見(jiàn)光部分。光合有效輻射包括太陽(yáng)直接幅射和散射輻射中的有效光譜成分。葉綠素的吸收高峰有兩個(gè)：一個(gè)在0.40～0.50μm（主要為藍(lán)、紫光）；另一個(gè)在0.60～0.70μm（主要為紅、橙光），因此這兩個(gè)是植物光合作用效率最高的波長(zhǎng)。地面輻射和大氣輻射（三）光合有效輻射(Q)綠色植物進(jìn)行光合作用過(guò)程中，吸收的太陽(yáng)輻射中使葉綠素分子呈激發(fā)狀態(tài)的那部分光譜能量，波長(zhǎng)為380~710納米。光合有效輻射是植物生命活動(dòng)、有機(jī)物質(zhì)合成和產(chǎn)量形成的能量來(lái)源。光合有效輻射包括所在波長(zhǎng)范圍內(nèi)的直接輻射和漫射輻射。

Q=0.43S＇+0.57D

式中：S＇—水平面上太陽(yáng)直接輻射；

D—太陽(yáng)輻射的漫射輻射。目

錄太陽(yáng)輻射光譜1到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射2太陽(yáng)輻射幾個(gè)概念:太陽(yáng)以電磁波的形式時(shí)刻不停地向周?chē)臻g放射出巨大的能量，稱(chēng)為太陽(yáng)輻射。地球表面一方面吸收太陽(yáng)輻射，同時(shí)又時(shí)刻不停地向外輻射能量，稱(chēng)為地面輻射。大氣直接吸收太陽(yáng)輻射的能力很弱，但能強(qiáng)烈地吸收地面長(zhǎng)波輻射。太陽(yáng)輻射（一）太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)輻射光譜是指太陽(yáng)能隨波長(zhǎng)的分布。按其波長(zhǎng)分為紫外線(xiàn)(波長(zhǎng)小于390nm)、可見(jiàn)光(波長(zhǎng)390～760nm)和紅外線(xiàn)(波長(zhǎng)大于760nm)三個(gè)光譜區(qū)。其中可見(jiàn)光區(qū)的能量占太陽(yáng)總能量的50％左右，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7種光色組成；紅外線(xiàn)區(qū)占43％左右；紫外線(xiàn)區(qū)占7％左右。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻照度：簡(jiǎn)稱(chēng)為輻照度，是反映太陽(yáng)輻射強(qiáng)弱程度的物理量，指單位時(shí)間內(nèi)垂直投射到單位面積上的太陽(yáng)能量的多少。用符號(hào)S表示。單位為J/（m2·s）.太陽(yáng)常數(shù)：當(dāng)?shù)厍蛱幱谌盏仄骄嚯x時(shí)，在大氣上界，所測(cè)得的太陽(yáng)輻照度為一個(gè)常數(shù)，稱(chēng)為太陽(yáng)常數(shù)。數(shù)值為1367.69J/（m2·s），其變化幅度一般在±2％范圍內(nèi)。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射1.太陽(yáng)總輻射：到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射由兩部分組成，即太陽(yáng)直接輻射和散射輻射。直接輻射與散射輻射之和，稱(chēng)為總輻射。直接輻射是指以平行光線(xiàn)的形式直接投射到地面的太陽(yáng)輻射。直接輻射照度是指單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所接受的直接輻射。散射輻射是指經(jīng)散射后，由天空投射到地面的太陽(yáng)輻射。散射輻射照度是指單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所接受的散射輻射?？傒椪斩戎苯虞椛湔斩扰c散射輻射照度之和稱(chēng)為總輻照度。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射2.影響太陽(yáng)總輻照度的因素（1）太陽(yáng)高度角太陽(yáng)光線(xiàn)與地平面的夾角稱(chēng)為太陽(yáng)高度角，它有日變化和年變化。太陽(yáng)高度角越大，輻照度越大。（2）大氣透明系數(shù)總幅照度受到大氣透明度的影響。大氣透明系數(shù)增大時(shí)，總輻射也增大。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射2.影響太陽(yáng)總輻照度的因素（3）日照時(shí)間日照時(shí)間長(zhǎng)，獲得太陽(yáng)輻射強(qiáng)；日照時(shí)間短，獲得太陽(yáng)輻射弱。如我國(guó)夏季南北普遍高溫，溫差不大，是因?yàn)榫暥仍礁叩牡貐^(qū)，白晝時(shí)間長(zhǎng)，彌補(bǔ)了因太陽(yáng)高度角低損失的能量。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射2.影響太陽(yáng)總輻照度的因素（4）云量當(dāng)天空烏云密布時(shí)，到達(dá)地面的輻照度以散射輻射為主，這時(shí)的總輻射必定減小。當(dāng)部分天空有云，且云遮住陽(yáng)光時(shí)，直接輻射為零，而散射輻射的增大量補(bǔ)償不了直接輻射的減小量，則總輻射也減小。當(dāng)部分天空有云，而且是沒(méi)有遮住陽(yáng)光的中云和高云時(shí)，直接輻射沒(méi)有明顯減小，或減小不多，而散射輻射卻有明顯增大，因此使得總輻射增大。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射3.地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射和吸收到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射中，有一部分被地面反射回到大氣中，稱(chēng)為地面反射輻射。另一部分被地面吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。反射率r：反射輻射與到達(dá)地面的總輻射的百分比。反映地面對(duì)太陽(yáng)輻射反射能力的大小。反射率主要與下墊面性質(zhì)有關(guān)。下墊面：墊在空氣層下面的面（地球表面）。吸收率：由于太陽(yáng)輻射不能穿透地球，所以地面吸收率為1-r。太陽(yáng)輻射（二）到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射3.地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射和吸收地表性質(zhì)對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率影響很大。一般顏色越深、土壤濕度越大、表面越粗糙的地表，反射率越?。惶?yáng)高度角越大，反射率越小。植物對(duì)太陽(yáng)輻射具有反射選擇忙，對(duì)可見(jiàn)光的反射能力較小(約7%)，對(duì)近紅外部分的太陽(yáng)輻射反射率較大(約50％)。對(duì)于地球表面的植被或植物來(lái)說(shuō)，由于枝葉密度、葉色、高度及含水量的不斷變化，對(duì)太陽(yáng)幅射的反射率也有差異。太陽(yáng)輻射（二）到