气象与气候学 第二章 大气热能.ppt

Meteorology and Climatology思思 考考1 1、表示湿度的方法有哪些？、表示湿度的方法有哪些？2 2、什么是标准大气压，气压有哪些单位、什么是标准大气压，气压有哪些单位3 3、干空气的状态方程是什么，各字母代、干空气的状态方程是什么，各字母代 表什么含义？表什么含义？4 4、如何表示东北风七级？、如何表示东北风七级？1佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology2/232-12-1 太阳辐射太阳辐射一、一、辐射的基本知识辐射的基本知识二、二、太阳辐射光谱太阳辐射光谱三、三、太阳辐射在大气中的削弱太阳辐射在大气中的削弱四、四、到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射五、五、地面对太阳辐射的反射地面对太阳辐射的反射佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology为什么在本章第一节讲太阳辐射呢为什么在本章第一节讲太阳辐射呢?一、辐射的基本知识一、辐射的基本知识（一）辐射定义：（一）辐射定义：自然界中的一切物体，只要其温度自然界中的一切物体，只要其温度在在-273-273以上，都在不停地以以上，都在不停地以电磁波电磁波的方的方式向外放射能量，这种传播式向外放射能量，这种传播能量能量的方式称的方式称为辐射。为辐射。例例:太阳不停地以太阳不停地以辐射辐射的方式向外放出的方式向外放出辐射辐射（方式或能量）（方式或能量）3佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology（二）波长范围：（二）波长范围：1010-14-14 mm几几kmkm（1 1 m=m=1010-14-14cmcm）可见光可见光:0.4:0.40.76 0.76 m (m (七色光七色光)太阳光太阳光:0.15:0.154.0 4.0 m (m (短波辐射短波辐射)(能量最强的波段能量最强的波段:=0.475=0.475 m)m)地面地面(大气大气)：3 3120 120 mm（长波辐射）（长波辐射）（能量最强的波段：（能量最强的波段：=10=10 m)m)4佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology(三三)物体的吸收率、反射率、透射率物体的吸收率、反射率、透射率 Q+Qr+Qd=Q0 入入射射Q0吸收吸收Q 反射反射Qr透射透射Qd 5佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英 +r+d=1d=1其中其中:d=0 r+:d=0 r+=1=1 =1 =1 黑体（理想吸收体黑体（理想吸收体)1 1 灰体灰体 (与入射波长无关与入射波长无关)6Meteorology and Climatology佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英二、太阳辐射光谱二、太阳辐射光谱 太阳辐射能量随波长的分布情况太阳辐射能量随波长的分布情况 太阳辐射：太阳辐射：0.15-4.0 0.15-4.0 mm 紫外紫外：0.15-0.40.15-0.4 m m 占占7%7%可见光可见光：0.4-0.760.4-0.76 mm占占50%50%红外红外：0.76-4.00.76-4.0 m m 占占43%43%7Meteorology and Climatology三、太阳辐射在大气中的削弱三、太阳辐射在大气中的削弱分子散射分子散射臭氧臭氧粗粒子散射粗粒子散射水汽吸收水汽吸收臭氧臭氧（一）吸收（一）吸收（24%)-24%)-有选择地吸收有选择地吸收 主要吸收体主要吸收体:氧气、水、臭氧、二氧化碳、氧气、水、臭氧、二氧化碳、固体杂质固体杂质 共占太阳能的共占太阳能的24%24%8佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology结论：结论：大气吸收太阳能具有选择性，且位于大气吸收太阳能具有选择性，且位于 太阳光谱能量较小的区域内太阳光谱能量较小的区域内 大气对太阳辐射吸收弱，不是直接加大气对太阳辐射吸收弱，不是直接加 热低层大气的直接热源。热低层大气的直接热源。9佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology（二）散射（二）散射 大气中的散射体：空气分子、尘大气中的散射体：空气分子、尘粒、云滴，但它们只改变运动方向，不粒、云滴，但它们只改变运动方向，不改变辐射能量的大小。改变辐射能量的大小。10佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology1 1、分子散射、分子散射:思考：为什么雨后天晴思考：为什么雨后天晴,天空呈青兰色天空呈青兰色?粒子直径小于入射光的波长（粒子直径小于入射光的波长（DDD)特点：散射无选择性特点：散射无选择性,各种波长同样散射。各种波长同样散射。11佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology结论：结论：散射后，到达地面的太阳辐射能量减散射后，到达地面的太阳辐射能量减 小小 了了 散射后，辐射中的青兰色光减小，相散射后，辐射中的青兰色光减小，相 应红橙色光比例增大。应红橙色光比例增大。12佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英（三）反射（三）反射思考：思考：为什么阴天感觉气温较低？为什么阴天感觉气温较低？特点：没有选择性，呈白色。特点：没有选择性，呈白色。反射物：反射物：1 1、云：最强，平均、云：最强，平均50-55%50-55%2 2、尘埃、尘埃 反射与散射之和为反射与散射之和为31%31%，这样到达地面，这样到达地面的太阳辐射仅有的太阳辐射仅有45%45%云云高云高云 中云中云高云高云 厚云厚云反射率反射率 25%25%50%50%65%65%90%90%13Meteorology and ClimatologyABChSS太太阳阳光光四、到达地面的太阳辐射四、到达地面的太阳辐射（一）直接辐射：（一）直接辐射：D14佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology当当h=90h=90 时直射面上接受到的太阳辐射是：时直射面上接受到的太阳辐射是：I IS(S(I IADADAC)AC)当当9090h0h0 时斜射面上的太阳辐射能是：时斜射面上的太阳辐射能是：I IS S (I I ABABAD)AD)则则:I I S S=I IS S I I=I Isinsinh hD讨论：讨论：任意面上所受到的太阳辐射能任意面上所受到的太阳辐射能15佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology影响直接辐射的因素有影响直接辐射的因素有:1 1、太阳高度角：、太阳高度角：太阳高度角越大，等量的太阳辐射散太阳高度角越大，等量的太阳辐射散 布的面积就愈小，地表单位面积上所布的面积就愈小，地表单位面积上所 获得的太阳辐射能就会愈大。获得的太阳辐射能就会愈大。16佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology太阳高度角愈小太阳高度角愈小,太阳光透过的大气层愈厚太阳光透过的大气层愈厚,削弱就越强削弱就越强,到达地面的太阳辐射就愈小。到达地面的太阳辐射就愈小。当当h=90h=90,太阳光在大气中的射程为太阳光在大气中的射程为AOAO 当当0h900h90 时时,太阳光在大气中的射程为太阳光在大气中的射程为OCOC17佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology2 2、大气透明度：、大气透明度：大气对太阳辐射的透射程度大气对太阳辐射的透射程度 主要影响因素有：水汽、凝结物、杂质主要影响因素有：水汽、凝结物、杂质 太阳光在大气中走过的射程长短，越多太阳光在大气中走过的射程长短，越多越远大气透明度就越小。越远大气透明度就越小。P=P=I I/I I0 0 18佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology(二二)散射辐射散射辐射 大气粒子对太阳辐射的大气粒子对太阳辐射的散射散射,一部分从天空到达地面一部分从天空到达地面的辐射。的辐射。影响因素有：影响因素有：1 1、太阳高度角：、太阳高度角：2 2、大气透明度：、大气透明度：3 3、云量：、云量：思考：阴天哪种辐射量大？思考：阴天哪种辐射量大？地地 面面太阳光太阳光散射辐射散射辐射19佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology（三）总辐射：直接辐射与散射辐射之和。（三）总辐射：直接辐射与散射辐射之和。1 1、影响因素：、影响因素：太阳高度角、大气透明度、云量等太阳高度角、大气透明度、云量等 2 2、特点：、特点：随纬度而减小，最大随纬度而减小，最大2020 NN20佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英Meteorology and Climatology佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英我国：我国：最大总辐射：最大总辐射：西藏西藏 (？)次次 之：之：青海、新疆、黄河流域青海、新疆、黄河流域（？）（？）最最 小：小：长江流域、华南地区长江流域、华南地区（？）（？）21Meteorology and Climatology佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英五、地面对太阳辐射的反射：五、地面对太阳辐射的反射：地面地面反射反射率率地面地面反射反射率率地面地面反射反射率率砂土砂土粘土粘土浅色土浅色土深色土深色土29-3529-35202022-3222-3210-1510-15黑钙土黑钙土(干干)黑钙土黑钙土(湿湿)耕地耕地绿草绿草14148 814142626干草地干草地小麦地小麦地新雪新雪陈雪陈雪292910-2510-2584-9584-9546-6046-60地表反射的多少决定于地表性质和地表状态地表反射的多少决定于地表性质和地表状态 不同性不同性质质地面的反射率地面的反射率(%)(%)22Meteorology and Climatology佳木斯大学佳木斯大学 黄秀英黄秀英复复 习习 题题1 1、概念：辐射、太阳辐射光谱、太阳常数、概念：辐射、太阳辐射光谱、太阳常数2 2、太阳辐射为什么是短波辐射？、太阳辐射为什么是短波辐射？3 3、地面辐射和大气辐射为什么是长波辐射？、地面辐射和大气辐射为什么是长波辐射？4 4、大气对太阳辐射的吸收对大气有什么影响？、大气对太阳辐射的吸收对大气有什么影响？5 5、为什么有时天空是白色的而有时是蓝色的？、为什么有时天空是白色的而有时是蓝色的？6 6、太阳高度角的大小与到达地面的直接辐射有、太阳高度角的大小与到达地面的直接辐射有何关系？何关系？7 7、请解释我国太阳总辐射量分布最大地区的原、请解释我国太阳总辐射量分布最大地区的原 因？因？23