[科普中國(guó)]-大氣透明系數(shù)

概述

大氣透明系數(shù)是表征大氣透明度的特征量，是指透過一個(gè)大氣質(zhì)量的透射輻射與入射輻射之比。當(dāng)太陽位于天頂時(shí)，在大氣上界的輻射通量為S0，而到達(dá)地面的為S，則S/S0=P。P即為大氣透明系數(shù)。它表明輻射通過大氣后的削弱程度。不同波長(zhǎng)的削弱不同，P僅表征對(duì)各種波長(zhǎng)的平均削弱情況，例如P=0.8，表示平均削弱了20%。大氣的透明系數(shù)取決于所含水汽、水汽凝結(jié)物和塵埃雜質(zhì)的多少，這些物質(zhì)愈多，透明度愈差，透明系數(shù)愈小，太陽輻射被削減愈多；反之，大氣愈干潔，透明度愈好，透明系數(shù)愈大，太陽輻射被削弱愈少。

公式推導(dǎo)太陽輻射通過地球大氣被大氣吸收和散射以后到達(dá)地面的輻射量，稱為大氣對(duì)太陽輻射的透射量。根據(jù)比爾(Beer)定律，大氣對(duì)太陽輻射的減弱服從負(fù)指數(shù)規(guī)律；表示式為：

式中，Ior是入射波長(zhǎng)為A的太陽輻射強(qiáng)度;Ar為單位大氣質(zhì)量的減弱系數(shù)(包括散射減弱和吸收減弱)；m為大氣質(zhì)量數(shù)，如果不考慮地球的曲率，m是天頂距θ的函數(shù)，即m=secθ(當(dāng)θ〈60°時(shí)適用)；天頂距不同，即大氣光學(xué)路程不同，則大氣質(zhì)量m也不相同。

由上式可知，大氣對(duì)太陽輻射的透射量與大氣中吸收和散射物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，與光線通過大氣的光學(xué)路程有關(guān)。顯然，天頂距越小，光線穿過大氣的光程越長(zhǎng)，大氣對(duì)太陽輻射的減弱能力越大，則太陽輻射的透射量就越小反之就愈大。因此，可定義：

稱Pr為對(duì)波長(zhǎng)r的透射系數(shù)，表示大氣對(duì)太陽輻射的透射能力。因此，有

則：

對(duì)太陽輻射的所有波長(zhǎng)積分，則有：

這里，Im表示經(jīng)過大氣減弱后透射到地面的太陽輻射強(qiáng)度，可以通過日射觀測(cè)儀器在地面直接測(cè)量來獲得；I0為太陽常數(shù)?？梢?，Pm是實(shí)際到達(dá)地面的太陽輻射強(qiáng)度Im與到達(dá)大氣上界的太陽常數(shù)I0之比的積分平均值，通常稱為積分平均大氣透明系數(shù)，表達(dá)式為：1

影響因素由于太陽輻射通過大氣時(shí)各波長(zhǎng)所受到的減弱作用不同，使得Pm與Pr也不相同。它隨大氣質(zhì)量m而變化，短波部分比長(zhǎng)波部分所受到的減弱作用更大一些;所以通過大氣質(zhì)量越多，長(zhǎng)波部分所占的比例就越大。因此，大氣透明度系數(shù)Pm是隨著大氣質(zhì)量數(shù)m的增加而增大的。此外，同一大氣質(zhì)量情況下的Pm在不同的季節(jié)、不同的月份中也是各不相同的，即大氣透明度系數(shù)Pm是時(shí)間的函數(shù)，而且Pm(t)這一函數(shù)關(guān)系的具體形式至今仍不清楚；大氣透明度系數(shù)Pm還因大氣分子、水汽和灰塵含量等而發(fā)生變化，不易精確計(jì)算。1