青岛地区太阳紫外线辐射研究

青岛地区太阳紫外线辐射研究

王 晶,侯红英

(中国海洋大学光学光电子实验室,山东青岛266071)

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摘 要: 通过对青岛地区2004年全年紫外线观测数据的分析,在预设局地纬度、海拔高度、大气中臭氧量及其分布、空气质量状况、地表反照率等因素基本不变的情况下,总结了青岛地区紫外辐射随与太阳天顶角相关的不同季节和时段、天气状况(云况)的统计性变化规律,以服务于该地区人们日常生活中对紫外线的防护,尤其是为调光生态膜的研制及改善提供参考。关键词: 青岛地区;太阳天顶角;紫外辐射强度;紫外辐射量

中图法分类号: O434.2 文献标识码: A 文章编号: 1672-5174(2006)04-671-06

紫外线是电磁波谱中波长从0.01~0.40Lm的辐射总称。紫外辐射在太阳辐射光谱中的谱区范围是在100~400nm间其能量仅占太阳总辐射量的8%。地球大气对紫外线中的短波部分吸收能力很强,以致于到达地面的紫外线均是长波部分,仅占太阳光谱的1%~2%。紫外辐射按波段划分为UVA(或称为NUV近紫外)400~320nm约占太阳辐射总量的6%,UVB(或称为MUV中紫外)320~290nm约占太阳辐射总量的1.5%,UVC(或称为FUV远紫外)290~100nm约占太阳辐射总量的0.5%,由于几乎完全被臭氧层吸收而不能到达地面。

紫外线辐射在太阳总辐射中尽管所占能量比例较少,但由于其光量子能量较高,具有一定的穿透力,所产生的光化学作用和生物学效应十分显著。臭氧层被大量损耗后,吸收紫外辐射的能力大大减弱,导致到达地球表面的紫外线B明显增加,给人类健康和生态环境带来多方面的危害。紫外辐射会使植物叶片变小,因而减少捕获阳光进行光合作用的有效面积,光合产物生成率下降。紫外线使植物叶片气孔阻力增大或气孔关闭,光合速率下降,还能诱导植物衰老机制的产生。紫外辐射会使植物更易受杂草和病虫害的损害,产量降低。同时紫外线B可改变某些植物的再生能力

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及收获产物的质量[1。

目前世界各国对紫外辐射的研究、开发、应用均十分重视。中国海洋大学光学光电子实验室研制的紫外转蓝光的调光生态膜就是利用加入到普通农膜基质中的荧光物质吸收特定波段紫外光并受激发射出对植物光合作用有效的蓝光[3],从而将对植物不利的紫外辐射光转化为促进植物生长,干物质积累,品质改善的有益能量,尤其改善了低温寡照季节温室农业生产的光照不足。本文在概括介绍紫外辐射的影响因素的基础

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上,通过对青岛地区2004年全年紫外线观测数据的分析,阐述了该地区太阳紫外线辐射状况,分析了其随季节,一日内不同时段的变化特点,得出统计规律性的结论。以服务于该地区人们对紫外辐射的防护和利用,尤其为调光生态膜的研制提供参考。

1 影响到达地面紫外辐射强度的因素

影响到达地面紫外辐射强度的因素比较多,其中较重要的有:太阳天顶角[2]、臭氧总量、臭氧垂直分布、二氧化硫、气溶胶、火山气溶胶、地表反照率和云[4]还有海拔高度、地理位置、不同的高度。这些因素将直接影响到达所观测地域地表的紫外辐射强度。

太阳天顶角决定紫外线辐射在地球表面的角度和紫外线辐射穿过大气层时的光学路径。决定太阳天顶角的3个因素分别是:纬度、日期及当地的日照时间。

臭氧在紫外波段有2个明显的吸收带:¹0.2~0.3Lm的Hartley(哈特利)吸收带;º0.3~0.6Lm的Huggins(赫金斯)带[5]。臭氧总量、臭氧的垂直分布随地域海拔高度、纬度而不同。臭氧总量有明显的地区变化和季节变化。臭氧总量的垂直分布也在一定程度上影响到达地面的紫外辐射。

二氧化硫对紫外辐射的吸收就单个分子而言是臭氧分子吸收的1~4倍,依赖于波长。但因大气中二氧化硫总量通常只有臭氧总量的1%左右,所以实际上二氧化硫的紫外吸收并不很强。但是对于大气遭到二氧化硫严重污染的地区,二氧化硫对紫外辐射的吸收可达20%[4]。

除了吸收气体外,大气中还有一些悬浮粒子,对辐射造成散射和衰减,主要有空气分子、气溶胶和云雨滴[5]。

基金项目:青岛市科技局项目(04-2-JS-130)资助收稿日期:2005-07-30;修订日期:2005-09-21

-)女,E-mail:edu.cn