辐射能

电磁波中电场能量和磁场能量的总和叫做电磁波的能量，也称为辐射能。太阳辐射以光速（c=3×10^8米/秒）射向地球，同时它具有微粒和波动这二者的特性。在自然地理系统中，对于辐射能的接受和贮存，都离不开这些特性。如绿色植物进行光合作用，所吸收的能量就是以光量子的形式进行的。正是由于辐射能的这种量子特性，因此量子能量的大小取决于波长和频率。

单位

e为量子的能量；h为普朗克常数，它等于6.63×10-34焦耳/秒；γ为频率；λ为波长；c是光速。量子能一般使用电子伏特的单位来表示，也可以换算成其它相应的能量单位。由上式说明，频率越高，或者说波长越小，则量子能越大。在此只需强调的是，这类基本知识在分析自然地理系统时是必不可少的，特别对于有机界来说，更是如此。后面在有关生物部分的那一章里将要加以进一步地说明。

为了便于掌握有关太阳辐射能的要点，可以规定如下几个术语：1．吸收率：被物体所吸收的入射辐射比率；2．发射率：被物体所发射的相应波长的辐射比率；3．反射率：被表面反射的入射辐射比率；4．透射率：被物体所透过的入射辐射比率；5．辐射通量：单位时间所发射的、透射的或吸收的辐射数量；6．辐射通量密度：单位面积上的辐射通量。通常所指的辐射，就是指在一个表面上入射的辐射通量密度。

一个表面所接受的辐射，取决于该表面对着辐射束的方向如何。倘若这一束辐射通量不变，可是它所占据的表面积越来越大时，则随着表面积的增大，此表面上的辐射通量密度就越来越小了。（见图4．7）这可以由兰勃脱（Lambert）余弦定理作定量的表达：

Q=Qdcosθ (4．9)

此处的Qd标志着当表面垂直于辐射束时的辐射通量密度；而Q代表实际表面上的辐射通量密度；θ则是光线与表面的法线之间的角度。该定律可以用来计算粗略自然地理面中各种坡度时所入射的太阳直接辐射。由于θ的变化十分复杂，因此实际运用时，还必须作更为复杂的推导。

进入自然地理面的太阳辐射能，由两部分组成，一个是上述的直接辐射，另一部分则是散射辐射。它们各自的测定方法与计算方法已如上述，都是比较成熟的，但仍要针对各种不同的地形、高度、下垫面状况、不同天气条件等加以具体化。

平行的单色的辐射在通过一个均匀介质时将要发生衰减，这可由下边的公式来描述：

Q=Q0e-kx (4．10)

Q0在此代表未衰减时的辐射通量密度；X为辐射束在介质中走过的路径；K为介质的消弱系数。这个定律，经过不同形式的变换，用来表达辐射能通过大气时的衰减，也用来表达在通过植物冠丛和水体时的辐射衰减状况。

地表面十分近似于一个“黑体”，因此它也具有类似于黑体发射时那样的规律。知道这种特性，对于了解自然地理系统中的能量转换，对于遥感技术的应用，是至为必要的。一个黑体的单位面积上所发射的辐射能，是由斯特藩-波尔兹曼定律来描述的，即

QB=σT4 (4．11)

此处的QB为理想黑体所发射的能量，T是用开氏温标表达时的绝对温度数值；σ为斯特藩-波尔兹曼常数，可以用已经制定好的表，查出在不同温度T时QB的数值。地球表面的平均温度大致为15℃，（按绝对温度计是288°K），它发射的平均能量为390瓦/平方米；而太阳表面的发射相当于黑体在5727℃，（按绝对温度计是6000°K）时的状况，因而它所发射的能量为每平方米7.3×107瓦。至于非黑体所发射的能量可按下式去计算：

Q=∈σT4 (4．12)

Q代表该物体所发射的能量；∈为该物体的表面发射率（对于黑体来说，∈=1，而一切非黑体的发射率均小于1）。绝大多数自然表面的长波发射率都介于0.90—0.98之间。

主要可用于膛火焰图像处理、纺织染整工业、粒子加速器、热处理生产、辐射探测等生产活动中。