太陽的紫外輻射

更新時間：2021-05-31

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太陽輻射到地球外空氣層的光是一種連續光譜，其波長在0.7~3000nm之間，穿過大氣層時，長波輻射部分被水蒸氣和二氧化碳吸收，只有紅外輻射的短波部分達到地球表面。波長在175nm以下的短波紫外輻射可被海拔100km以上大氣層中的氧氣所吸收。175~290nm的紫外輻射在通過15km以上的同溫層時，被其臭氧層中的臭氧（海拔25~30km間臭氧濃度zui高）所吸收。太陽光所留下的紫外部分，即300~400nm的輻射，引起聚合物的降解。

除了部分紫外光可被臭氧吸收之外，還必須考慮到大氣層中的空氣和懸浮粒子（水滴和塵埃）對太陽造成的散射。因此，造成塑料老化的輻射，即達到地球表面的輻射，由太陽的直射光（“太陽輻射”）和散射光（“天空輻射”）兩部分組成。光散射能力與波長的四次方成反比（瑞利定理），這意味著在陰天，即使太陽的直射光被云層吸收面減弱，但由于短波的散射光更容易達到地面，因此地表的紫外光反面會增強。

總輻射之強度和頻譜分布，大體上是太陽與地球之間隨晝夜和季節面變化的相對位置函數。通過其位置，即可確定光纖穿過大氣層的厚度以及被吸收的情況。表2-1-1列出垂直照射到地表的數據。從中可見，引起聚合物降解的紫外部分僅占總輻射的6%。

總輻射光譜波長的下限（吸收限），基本取決于同溫層中的臭氧層對宇宙線部分的吸收。這種吸收是很陡峭的，即輻射強度在非常窄的波長范圍內發生。由于臭氧層濃度隨季節和地理位置而不同，短波吸收限的位置和短波輻射的強度也隨季節和地理位置而異。圖2-1-1所示的是波長為297.5nm的紫外光強度與維度和季節之間的關系，其中光纖的強度時太陽處在相應的不同季節日期的高位置時，以太陽光直射成垂直的地球平面上波長為297.5nm光強的計算值。從中可以看出，在赤道上輻射強度變換很小，而北緯50°的光強隨季節的變化可相差三個數級。

除了紫外輻射外，還應考慮溫度、濕度和區域氣候。這是由于溫度升高后，熱降解可能與光降解相互重疊，甚至占主導地位。另外，水也可能通過抽提、水解以及參與含有某些顏料的光化學反應而影響降解過程。根據大氣的光學性質，還應主要大氣中存在各種有機物，其中包括導致生成氧化劑煙霧的光化學產物。這些有機物甚至可以破壞同溫層中的臭氧層。

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