一年中的时间

在地球表面的任何一点上，白昼长度和太阳高度在夏季达到最大值，在冬季达到最小值。代入eqn 2.7，可得到夏季最长日(d = 23°27′)的正午太阳高程表达式。

Sin b = -0.39795sin g + 0.91741 cos g (2.13)

作为纬度的函数。例如，在堪培拉纬度(35°S)，对应的太阳高度是78.5°和31.5°;在伦敦纬度(51.5°N)，它们是62°和15°。

使用eqn 2.7也可以获得最大和最小日长。如果日出时的时间(以角度表示)是ts，那么(因为日出时sin b = 0)一年中的任何时间cos ts = tan g tan d (2.14)

日长以角度表示为(360°- 2ts)，等于2cos - 1 (- tan g tan d)。日长以小时表示为

N = 0.133cos-1 '(- tan g tan d) (2.15)

因此，最长的一天是0.133cos-1 (-0.43377tang)h，最短的一天是0.133cos-1 (0.43377tang)h。

随着纬度的增加，正午太阳高程减小，太阳辐照度(Em)最大值减小，根据eqn 2.11，日日照减少。然而，在夏季，随着纬度的增加，日长(N在eqn 2.11中)的增加抵消了这种影响，净结果是高纬度地区仲夏日日照略高于热带地区。当然，在冬季，高纬度地区昼长较短(极地地区为零日长)，太阳高度也较低，因此它们的日日照量要比低纬度地区少得多。事实上，在一年中的大部分时间里，经验法则认为纬度越高，日日照越低。图2.8显示了在一定纬度范围内，不计大气损失计算的全年日日照变化。图2.9显示了在澳大利亚堪培拉附近的南半球一个地点，真实的(测量的)日日照作为一年中的时间的函数，平均三年，说明了稳步上升，在夏季达到峰值，然后下降到冬季的最低值。与图2.8不同的是，这些数据包含了云和大气霾的影响。

在海洋区域在季风气候下，一年中太阳辐射强raybet雷竞技最新度会有两个季节性高峰。图2.10显示了7年期间的月平均水面事件PAR

1月2月3月4月5月7月8月9月10月11月12月

图2.8北半球不同纬度全年计算日日照的变化(忽略大气的影响)。纬度在每条曲线的上方。根据Kondratyev(1954)的数据绘制。

1月2月3月4月5月7月8月9月10月11月12月

图2.8北半球不同纬度全年计算日日照的变化(忽略大气的影响)。纬度在每条曲线的上方。根据Kondratyev(1954)的数据绘制。

阿拉伯海。在12月至1月的冬季最小值之后，Ed(PAR)在3月、4月和5月上升到春季最大值，然后在6月和7月下降到最小值，这是对与夏季开始相关的云量和气溶胶增加的响应西南季风30太阳辐照度在9月上升到第二个较低的峰值，随后再次下降到冬季的最低值。在更典型的海洋区域，如北大西洋，夏季有一个单一的辐照度最大值。

2.5空气-水界面传输

中可用水生生态系统此时，穿透大气层的太阳辐射必须穿过空气-水界面。其中一些会被反射回大气层。

图2.9 CSIRO Ginninderra实验站(35°S, 149°E)全年实测日日照变化曲线对应于1978-80年期间每个日历月的日平均值。

1979-85年的月平均值

图2.10 1979 - 1985年整个阿拉伯海盆地(波斯湾和红海除外)海面PAR (Wm~2)平均年际辐照度。根据Arnone et al.(1998)的Plate 4中的数据绘制。j .地球物理学。第103,7735 -48号决议。

比例入射光当光束接近掠入射时，被平坦水面反射的光从垂直入射光的2%增加到100%。反射率r的依赖关系

100 r

10 16

10 16

入射角/观测角

图2.11不同风速下水面反射率与光天顶角(从上方入射)的关系(数据来自Gordon, 1969;奥斯丁,1974)。

由菲涅耳方程给出了入射光在空气中的天顶角(0a)和透射光在水中的垂直向下的角度(0w)上的无偏振光

1 sin2 {Pa - 0w)， 1 tan2 (0a - Qw) n

2sin2 (Pa + Pw) 2tan2 (Pa + Pw) y 1

在水中的角度，0w，本身由0a决定，而折射率，我们很快就会看到。平面水面反射率百分比随天顶角的变化如图2.11所示，表格形式见表2.1。值得注意的是，反射率仍然很低，仅缓慢增加，直到天顶的角度大约有50个，但之后增长很快。

风使水面变得粗糙，对来自高太阳高度的阳光的反射率影响不大。另一方面，在太阳高度较低的地方，风会显著降低反射率，因为表面的粗糙化平均增加了光线方向与进入点表面之间的角度。图2.11中下面三条曲线显示了不同风速下风对反射率的影响

表2.1平坦水面的非偏振光反射率。反射率的值是用eqns 2.16和2.19计算的，假设水的折射率为1.33。

天顶角	反射	天顶角	反射
入射6a(度)	（％）	入射6a(度)	（％）
0．0	2．0	50.0	3．3
5．0	2．0	55.0	4.3
10．0	2．0	60.0	5.9
15.0	2．0	65.0	8.6
20.0	2．0	70.0	13.3
25.0	2.1	75.0	21.1
30.0	2.1	80.0	34.7
35.0	2．2	85.0	58.3
40.0	2.4	87.5	76.1
45.0	2.8	89.0	89.6

随着风速的增加，海浪开始破碎，形成白浪。白浪覆盖的海洋表面的比例W是风速U(海面以上10米处的ms-1)的函数，可以用幂律表示

系数A和指数B是水温的函数，但结合一系列水温的数据，Spillane和Doyle(1983)发现了这种关系

W(U) = 2.692 × 10-5U2.625 (2.18)

给予最合适的。例如，公式2.18预测，在风速为10m s-1时，白浪覆盖了大约1%的海面，而在风速为25ms-1时，白浪覆盖了13%的海面。新形成的白帽由多层气泡组成，反射率约为55%。1464,1284然而，它们在海洋中的寿命只有10到20秒，Koepke(1984)发现，随着它们的衰变，它们的反射率由于泡沫变薄而显著下降，他估计有效反射率平均只有22%左右，它们对海洋总反射率的贡献很小。使用eqn 2.18，我们可以计算出在10m s-1风速下由白浪引起的额外海面反射率仅为0.25%，而在25m s-1风速下为~3%。

由于天窗的角度分布复杂，它被水面反射的程度很难确定。如果非常

图2.12光在空气-水边界处的折射和反射。(a)从上方入射的光束在水中向下折射:光束的一小部分在水面向上反射。(b)从下方以40°的最低点角入射的光束在穿过空气时从垂直方向被折射:光束的一小部分在水-空气边界处再次向下反射。(c)从下方以大于49°的最低点角入射的光束在水-空气边界处发生完全内反射。

图2.12光在空气-水边界处的折射和反射。(a)从上方入射的光束在水中向下折射:光束的一小部分在水面向上反射。(b)从下方以40°的最低点角入射的光束在穿过空气时从垂直方向被折射:光束的一小部分在水-空气边界处再次向下反射。(c)从下方以大于49°的最低点角入射的光束在水-空气边界处发生完全内反射。

我们作了近似的假设，假定所有方向的辐度都相同，则在平坦水面上的反射率为6.6%对于在阴天下可能获得的入射辐度分布，反射率计算为5.2%左右风使表面变得粗糙，将降低来自晴朗或阴天的漫射光的反射率。

当光束的未反射部分穿过空气-水界面时，由于折射，它的方向改变为垂直方向(而如果表面是平的，则保持在同一垂直平面上)。折射现象是光在空气和水这两种介质中速度不同的结果。角度的变化(图2.12)是由斯涅尔定律sin^ = nw(2.19)决定的。

其中nw和na分别为水和空气的折射率。水的折射率与空气的折射率之比是温度、盐浓度和所讨论的光的波长的函数。就我们的目的而言，对于正常环境温度下的海水和淡水以及在光合作用范围内的任何波长的光，nw/na的值为1.33已经足够接近。如图2.12所示，折射的作用是使光在水中介质中比在空气中更接近垂直方向。值得注意的是，即使是在掠入射时到达表面的光(0a接近90°)也会向下折射，因此对于平静的表面，0W不应大于约49°。

当水受到干扰时，一些光线在穿过水面后的角度会大于49°:然而，大多数向下的光线将在0°到49之间的0w值。Cox和Munk(1954)从太阳闪光模式的航空照片中得出了表面斜坡分布和风速之间的统计关系。Cox和Munk数据由方程gu2 = 0.00316 U±0.004(2.20)总结

Gc2 = 0.003 + 0.00192 U±0.002 (2.21)

其中U为水面以上12.5m处的风速，su2为逆风/顺风方向(即与风平行)测得的波浪斜率的均方，sc2为侧风值，与风成直角。在这里，波的斜率是tan C，其中C是在给定点上的垂线与海面法线之间的夹角。利用这些关系进行的计算表明，正如可能预期的那样，随着风速的增加，水下光线变得更加漫射最近利用ADEOS卫星上的仪器从太空测量的风速和相关的海洋太阳回辉强度和模式与考克斯和芒克坡度分布模型非常吻合

斯涅尔定律反过来也适用。一束在水中以0w与向下垂直的角度向上穿过的光束，将从平静的表面以0a与天顶的角度出现在空中，按照eqn 2.19。然而，从水到空气和从空气到水之间有一个非常重要的区别，即在前者的情况下，可以发生完全的内部反射。如果向上的光束在水中，0w大于49°，那么所有的光再次被水-空气界面反射下来。在0w = 0°到0w = 49°的角度范围内，风对表面的扰动减少了上涌光的水-空气传输，但是，通过确保不是所有的光都在内部反射，它增加了0w = 49°到0w = 90范围内的传输

继续阅读:吸收过程

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