气象学与气候学第二章大气的热能和温度.ppt

气象学与气候学气象学与气候学第二章第二章 大气的热能和温度大气的热能和温度第一节 太阳辐射辐射的基本概念辐射的基本概念自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称为辐射。辐射是能量传播方式之一，也是太阳能传输到地球的唯一途径。辐射能是通过电磁波的方式传输的。气象学中，通常以焦耳（J）作为辐射能的单位。这种辐射能量的现象又叫热辐射。热辐射是传递热量的一种方式，以光速传播，既不靠介质，也不靠对流。2006-09-132单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐射通量密度（E），单位是W/m2。单位时间内，通过垂直于选定方向上的单位面积（对球面坐标系，即单位立体角）的辐射能，称为辐射强度（I）。其单位是W/m2 或W/sr。它们之间的关系：I=E/cos2006-09-133温度升高，辐射的总功率就会增大，并且辐射的电磁波的波长将移向短波。例：铁棒的加热2006-09-134为了进一步描述辐射能的性质，引入了一个能确定辐射能按波长分布的函数单色辐射通量密度。它是波长与温度的函数。2006-09-135物体对辐射的吸收、反射和透射：1=a+r+d。物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。绝对黑体有关辐射的三个基本定律：基尔荷夫定律（Kirchhoff）斯蒂芬玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzman）维恩位移定律（Wein）有此三个辐射定律，绝对黑体的辐射规律就容易确定，因为它们把黑体的温度与其辐射光谱联系起来了。即使对非黑体，只要知道它们的温度和吸收率，利用基尔荷夫定律，它们的辐射能力也可以确定。2006-09-136太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射光谱和太阳常数图2.5太阳辐射光谱是如何绘出的？所以：太阳表面温度6000K，太阳辐射最强的波长为0.457微米，称短波辐射，太阳中心为2万多度。大气约250K，大气辐射称长波辐射 地面约300K，地面辐射称长波辐射2006-09-137太阳常数：必须在日地平均距离条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积上，1min内接受的太阳辐射能量称为太阳常数。注意：日地平均距离 大气上界 到达大气上界的太阳辐射2006-09-138太阳辐射在大气中的减弱太阳辐射在大气中的减弱主要是大气中的水汽、CO2、微尘、氧、O3、及云滴、雾、冰晶、空气分子的吸收、散射、反射。为什么雨后天晴时，天空多呈现青蓝色？当天空中存在较多尘埃或雾粒时，天空为什么会呈现灰白色？2006-09-139到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射一般来讲，全球平均而言：太阳辐射30%被散射和漫射称行星反射率 20%被大气、云层吸收 50%到达地面被吸收（称总辐射，它包括两个部分：直接辐射和散射辐射。）2006-09-1310地面对太阳辐射的反射地面对太阳辐射的反射地表对太阳辐射的反射率，决定于地表面的性质和状态。陆地表面对太阳辐射的反射率约为1030。其中深色土比浅色土反射能力小，粗糙土比平滑土反射能力小，潮湿土比干燥土反射能力小。雪面的反射率很大，约为60，洁白的雪面甚至可达90。水面的反射率随水的平静程度和太阳高度角的大小而变。当太阳高度角超过60时，平静水面的反射率为2，高度角30时为6，10时为35，5时为58，2时为79.8，1时为89.2。对于波浪起伏的水面来说，其平均反射率为10。因此，总的说来水面比陆面反射率稍小一些。2006-09-1311特别要注意的是：即使总辐射的强度一样，不同性质的地表真正得到的太阳辐射，仍有很大差异，这也是导致地表温度分布不均匀的重要原因之一。2006-09-1312