第二章辐射能优秀PPT.ppt
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1、第二章辐射能第一页,本课件共有86页本章主要内容:1、熟悉辐射的基本概念、辐射的基本特征量、辐射的基本定律;2、掌握太阳辐射强度、太阳高度角、太阳辐射光谱、掌握太阳辐射强度、太阳高度角、太阳辐射光谱、太阳常数的概念、计算及应用;太阳常数的概念、计算及应用;3、了解大气对辐射的吸收、辐射在大气中的减弱规律,理解太阳直接辐射的日变化和年变化规律;4、理解和掌握日照时间长短的概念及变化规律;理解和掌握日照时间长短的概念及变化规律;5、了解光合有效辐射、地面有效辐射的概念;6、掌握光合作用强度、光补偿点、光饱和点、植物掌握光合作用强度、光补偿点、光饱和点、植物光周期现象的概念及它们在农业生产上的应用。
2、光周期现象的概念及它们在农业生产上的应用。第二页,本课件共有86页第一节辐射的一般知识(Basicknowledgeofradiation)一、辐射的概念(conceptofradiation)1、定义:物体以电磁波或粒子的形式 放射或输送能量的过程。2、辐射的波动性:电磁波谱 电磁波按波长不同顺序排列,称为电磁波谱。*=3*108ms-1第三页,本课件共有86页0.40.7610波长(m)10-510-410-310-2可见光红外线无线电波电磁波谱的划分射线紫外线大气辐射X射线太阳辐射第四页,本课件共有86页可见光中各色光的波长范围第五页,本课件共有86页碳原子3、辐射的粒子性 粒子(量子)
3、的概念:微观世界的某些物理量不能连续变化而只能以某一最小单位的整数倍发生变化,这些最小单位就称为该量的量子。如电子是量子,每个量子的能量为:E=h*h=6.63*10-27尔格.秒第六页,本课件共有86页h为为普朗克常数普朗克常数 h6.62610-34-34Js1焦耳(焦耳(J)107 7尔格尔格4、辐射的度量和单位、辐射的度量和单位 辐射通量(辐射通量(F)、辐射通量密度()、辐射通量密度(E)辐射通量:单位时间通过任意面积上的辐射通量:单位时间通过任意面积上的辐射能量。辐射能量。单位:单位:Js-1 -1 或或 W 或或 (mol s-1-1)第七页,本课件共有86页 辐射通量密度辐射通
4、量密度(E E)及单位及单位定义:定义:单位面积上的辐射通量单位面积上的辐射通量。单位:单位:JsJs-1-1mm-2-2或或WmWm-2-2或或mol m-2-2 s-1-1 E=dF/(ds.dt)E=dF/(ds.dt)E=dF/(ds.dt)E=dF/(ds.dt)dFdsdFds辐射通量密度又被称为辐射通量密度又被称为辐射通量密度又被称为辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力辐射强度、辐射能力辐射强度、辐射能力辐射强度、辐射能力或或或或放射能力。放射能力。放射能力。放射能力。第八页,本课件共有86页光通量、光通量密度、照度光通量、光通量密度、照度光通量、光通量密度、照度光通量、光通量
5、密度、照度 光通量及单位光通量及单位光通量及单位光通量及单位定义:定义:定义:定义:表征辐射通量而产生光感觉的量。表征辐射通量而产生光感觉的量。表征辐射通量而产生光感觉的量。表征辐射通量而产生光感觉的量。单位:单位:单位:单位:流明(流明(流明(流明(lmlmlmlm)光通量密度及单位光通量密度及单位光通量密度及单位光通量密度及单位定义:定义:定义:定义:单位面积上的光通量。单位面积上的光通量。单位面积上的光通量。单位面积上的光通量。单位:单位:单位:单位:流明流明流明流明/米米米米2 2 2 2(lmmlmmlmmlmm-2-2-2-2)照度及单位照度及单位照度及单位照度及单位定义:定义:定
6、义:定义:单位面积上接受的光通量。单位面积上接受的光通量。单位面积上接受的光通量。单位面积上接受的光通量。单位:单位:单位:单位:lxlxlxlx,音译为勒克斯,音译为勒克斯,音译为勒克斯,音译为勒克斯,1 lx=1 lmm1 lx=1 lmm1 lx=1 lmm1 lx=1 lmm-2-2-2-2第九页,本课件共有86页二、物体对辐射的吸收、反射和透射(Theabsorption,reflectionandtransmissionofobjectonradiation)物体对辐射的吸收、反射和透射能力,分别以吸收率a、反射率r、和透射率t来表示。根据能量守恒原理:可得出a+r+t=1第十页,
7、本课件共有86页物体对辐射的吸收、反射和透射物体对辐射的吸收、反射和透射吸收率吸收率吸收率吸收率(a)(a):a=Qa=Qa a/Q/Q 反射率反射率反射率反射率(r)(r):r=Qr=Qr r/Q/Q 透射率透射率透射率透射率(d)(d):d=Qd=Qd d/Q/Q 入入入入射射射射反反反反射射射射吸收吸收吸收吸收透透透透射射射射第十一页,本课件共有86页入射入射入射入射QQ反射反射反射反射QrQr吸收吸收吸收吸收QaQa透射透射透射透射QtQt第十二页,本课件共有86页讨论:(1)a+r+t=1给出了物体的吸收率a、反射率r、和透射率t之间的定量关系,而且,0a1,0r1,0t1(2)不同
8、的物体,其a、r、t各不相同,它们分别随物体性质的改变而变化。(3)同一物质,对不同波长的辐射,其a、r、t也各不相同,这种性质,称为物体对辐射的选择性吸收、反射和透射。第十三页,本课件共有86页 a a a a、r r r r、d d d d的变化的变化的变化的变化黑体:黑体:黑体:黑体:对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸 收的物体称为收的物体称为收的物体称为收的物体称为绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体。故有:。故有:。故有:。故有:a a a a,r r r
9、 rd d d d。灰体:灰体:灰体:灰体:透射率透射率透射率透射率d d d d,吸收率,吸收率,吸收率,吸收率a a a a(r r r r),且,且,且,且a a a a不随波不随波不随波不随波 长而变化长而变化长而变化长而变化的物体。的物体。的物体。的物体。第十四页,本课件共有86页三、辐射的基本定律(Basiclawsofradiation)定义:a=1的物体为黑体,a=const1的物体为灰体。1、斯蒂芬-波尔兹曼定律E=T4=5.67*10-5尔格.厘米-2.开-4意义:黑体表面的辐射强度E,与其表面绝对温度T的4次方成正比。第十五页,本课件共有86页2、维恩位移定律 max=c
10、/T C=2.898*10-1 厘米.开 意义:物体的温度愈高,它向外放出辐射光谱中具有最大能量所对应的波长愈短。第十六页,本课件共有86页010203040506070m不同温度的黑体辐射能量曲线352821147能量第十七页,本课件共有86页第十八页,本课件共有86页不同温度下黑体辐射强度与温度的关系不同温度下黑体辐射强度与温度的关系不同温度下黑体辐射强度与温度的关系不同温度下黑体辐射强度与温度的关系 意义意义意义意义物体的温度愈高,放物体的温度愈高,放射能量最大值的波长射能量最大值的波长愈短,随着物体温度愈短,随着物体温度不断增高,最大辐射不断增高,最大辐射波长由长向短位移。波长由长向短
11、位移。波长由长向短位移。波长由长向短位移。太阳辐射是太阳辐射是短波辐射,地短波辐射,地 面和大气辐射面和大气辐射是长波辐射。是长波辐射。第十九页,本课件共有86页第二节大气上界的太阳辐射(Solarradiationonupperatmosphere)一、太阳的光源来源(Thesource):氢原子的聚合反应4(H)(4He)+2(+e)+能量第二十页,本课件共有86页二、日地关系(Therelationshipbetweenthesunandtheearth)1、地球的公转运动:、地球的公转运动:公转轨道为一椭圆、公转一周公转轨道为一椭圆、公转一周 的时间为一年。的时间为一年。2、地球的自转
12、运动:、地球的自转运动:绕地轴旋转,自转一周为一天。绕地轴旋转,自转一周为一天。第二十一页,本课件共有86页3、地轴与地球公转轨道面的交角为地轴与地球公转轨道面的交角为66.5,且地球在公转过程中,地轴方向保持不变。且地球在公转过程中,地轴方向保持不变。4、太阳直射地球的位置(直射点),用太、太阳直射地球的位置(直射点),用太 阳赤纬阳赤纬来表示。它在数值上与当地的来表示。它在数值上与当地的 地理纬度相等。地理纬度相等。-23.5 23.5(N)第二十二页,本课件共有86页第二十三页,本课件共有86页冬季夏季春季秋季第二十四页,本课件共有86页90第二十五页,本课件共有86页三、太阳高度角h(
13、Solarelevationangle)1、定义:太阳光线与地平面之间的夹角,称为太阳高度角。规定:0h90h第二十六页,本课件共有86页2、太阳高度角的计算方法某地()、某日()、某时(t)的太阳高度角为:Sinh=SinSin+CosCosCost特别地,t=0时,h=90-+第二十七页,本课件共有86页太阳直接辐射强度的变化太阳直接辐射强度第二十八页,本课件共有86页四、昼夜形成和日照长短(Thecauseofdayandnightandthesunshineduration)1、昼夜形成、昼夜形成 昼:受光的半球昼:受光的半球 夜:背光的半球夜:背光的半球2、日照时间长短、日照时间长短
14、(1)日照时间:日出到日落的时间。)日照时间:日出到日落的时间。第二十九页,本课件共有86页冬季夏季春季秋季第三十页,本课件共有86页(2)昼夜长短随季节(时间)、纬度的变化)昼夜长短随季节(时间)、纬度的变化对北半球(对北半球()0 (N)夏半年(夏半年(0 ,22/322/9)各地日照时数均各地日照时数均 12小时,且纬度愈小时,且纬度愈高,日照时间愈长,北极圈以内为永昼。高,日照时间愈长,北极圈以内为永昼。冬半年(冬半年(0 ,23/921/3)各地日照时数均各地日照时数均 12小时,且纬度愈小时,且纬度愈高,日照时间愈短,北极圈以内为永夜。高,日照时间愈短,北极圈以内为永夜。第三十一页
15、,本课件共有86页(3)春分日和秋份日,=0,太阳直射赤道,全球各地日照时间均为12小时。(4)赤道上,=0,全年的日照时间均为12小时。第三十二页,本课件共有86页纬度月份0o20o30o40o50o70o112.0811.0410.259.398.330412.0612.3612.5513.1513.4516.08712.0813.1413.5414.4515.5824.001012.0711.4111.2711.1210.499.12日照时数简表(各月15日值。单位:小时)第三十三页,本课件共有86页五、太阳常数五、太阳常数(Solar constant)So当日地处于平均距离时,在地球
16、大气上界,垂直于太阳光线方向,单位时间内单位面积上接收到的太阳辐射能,就称为太阳常数,记为SoSo.6卡.厘米分1367W.m-2=1.4.105Lux(lx)第三十四页,本课件共有86页S0So.6卡.厘米分1367W.m-2=1.4.105Lux(lx)第三十五页,本课件共有86页90第三十六页,本课件共有86页六、太阳辐射光谱(spectrum)能量相对值100100200400600800100015002000波长(nm)806040200红外线可见光紫外线第三十七页,本课件共有86页 第三节 太阳辐射在大气中的减弱(Decreaseofsolarradiationthroughth
17、eatmosphere)一、大气对太阳辐射的吸收(Atmosphericabsorptiononsolarradiation)1、O3和O2的吸收O3:吸收0.20.32m的紫外辐射,O2:吸收小于0.2m的远紫外辐射。2、水汽的吸收(包括云层)吸收最强在0.932.85m第三十八页,本课件共有86页第三十九页,本课件共有86页3、CO2的吸收主要吸收4.8 m附近的辐射 大气共吸收了太阳辐射的19,其中:O3和和O2吸收吸收3 水汽吸收水汽吸收13 CO2吸收吸收3 第四十页,本课件共有86页二、大气对太阳辐射的散射(Atmosphericscatteringonsolarradiation
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