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太阳辐射在水体中的传播

发布时间:2019-11-06

  太阳辐射在水体中的传播,不同于陆地上,这是形成水体和陆地上辐射差异的重要原因之一。

  我们先看单色光辐射在水体中传播的情形。由图S可表示到达水体表面的单色光辐射(未受水体影响);S1表示为经过水体削弱之后到达水中某—深度的强度;h为某一水层深度;Z为光线入射角即太阳天顶距。如果我们以a表示水体对于波长r的光谱消光系数,那么,根据贝尔定律可有

S1=S*e-a*h*secZ

  这是比较公认的式子,它表示单色光辐射在水体中传 播时受到水体的影响情况。对于水体,消光系数a, 认为可由三部分组成,即

    (1)水分子的散射作用,它与光线波长的四次方成反比,以K/r4。

  (2)水分子的吸收,它是波长r的函数,以f(r)表示。   

    (3)水中悬浮物质的散射和吸收作用,以k表示之。

  故有

         a=K/r4  +f(r)+k

  

  我们知道,水分子对于长波辐射的吸收能力很强,所以太阳辐射在进入水中后,长波部分很快地被吸收,而其短波部分则能深入到较深的水中。由于水分子的散射,使得清洁水体的颜色总是呈兰色。混浊水体因水中悬浮物质(杂质、微生物等)的反射、散射、吸收,水体颜色就发浑,太阳辐射到达的深度就浅。这是指太阳直达辐射在水体中传播的情形。至于总辐射在水中的传播,大体上也可用负指数关系表示

      Qh=Q(1-A)*e-ah

   式中,Qh为水中某一深度h处的总辐射;Q为到达水面的总辐射;A为水面反射率;a为水对总辐射的平均削弱系数。由于总辐射的光谱组成比较复杂,而水对不同波长光谱的消光系数不同,所以a的确定往往是通过经验途径,也就是在水中逬行总辐射观测的结果得到。显然,对于不同的水域a值也不相同。

   相对总辐射水中削弱是很迅速的,最强烈的削弱过程发生在水体的最上层。在水中0.5米深处相对总辐射就可减少到原有强度的50%以下,随着深入下层,总辐射的减弱趋势有所绥和,这样一直可透射至10米乃至20米的深度。相对总辐射随水深的分布曲线基本上是符合负指数关系的。水体的这种透射特性,对于水体小气候的形成以及水生物的生长自然是有很大的作用的。