热辐射的一般知识.ppt

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1、第二章辐射第二章辐射热辐射的一般知识太阳辐射地面辐射差额热辐射的一般知识热辐射的一般知识辐射的概念辐射的波粒二象性辐射能量的基本量度单位物体对辐射的吸收、反射和透射辐射的基本定律以电磁波或粒子的形式放射或输送能量叫辐射。以电磁波或粒子的形式放射或输送能量叫辐射。该能量本身辐射能。任何温度在绝对零度以上的物该能量本身辐射能。任何温度在绝对零度以上的物体，都具有辐射的本领。体，都具有辐射的本领。辐射具有波粒二象性（光学中，光合作用的能量转辐射具有波粒二象性（光学中，光合作用的能量转化）。化）。波动性：波动性：V=f VV=f V：光速，光速，：波长，波长，f f：频率。频率。粒子性：粒子性：E E

2、L L=hVhV/E/EL L表示光量子的能量，普表示光量子的能量，普朗克常数朗克常数h=6.610h=6.610-34-34JSJS。将不同辐射波的波长从小到将不同辐射波的波长从小到依次排列成一个谱，叫电磁波谱依次排列成一个谱，叫电磁波谱(表表1-1)1-1)。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1.吸收率（吸收率（）、反射率（、反射率（r）、）、透射率（透射率（d）投射到物体上的辐射，一般只有一部分被该物投射到物体上的辐射，一般只有一部分被该物体吸收，其余则被该物体反射和透射体吸收，其余则被该物体反射和透射 吸收率（吸收率（）：）：物体对辐射的吸收的能力称为吸收率。物体

3、对辐射的吸收的能力称为吸收率。反射率（反射率（r）：）：物体对辐射的反射的能力称为反射率。物体对辐射的反射的能力称为反射率。透射率（透射率（d）：）：物体对辐射的透射的能力称为透射率。物体对辐射的透射的能力称为透射率。设投射到物体上的总辐射能量为设投射到物体上的总辐射能量为Qo；被吸收、反被吸收、反射、透射的量分别为射、透射的量分别为Q 、Qr、Qd。根据能量守恒原理，则：根据能量守恒原理，则：Q +Qr+Qd=Qo 将上式两端除以将上式两端除以Q。，。，则得：则得：式中左边第一项式中左边第一项 为吸收率；第二项为吸收率；第二项 ，称为反射率，称为反射率(物体反射的辐射与投射于其上的物体反射的

4、辐射与投射于其上的总辐射之比总辐射之比)；第三项；第三项 ，称为透射率，称为透射率(透透过物体的辐射与投射于其上的总辐射之比过物体的辐射与投射于其上的总辐射之比).即即 +r+d1 绝对黑体、灰体绝对黑体、灰体 绝对黑体：绝对黑体：在任何条件下，对于各种不同波长的在任何条件下，对于各种不同波长的辐射的吸收率等于辐射的吸收率等于1的物体。的物体。灰体：灰体：如果某一物体吸收率小于如果某一物体吸收率小于1，但吸收率不，但吸收率不随波长而变的物体。随波长而变的物体。在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收率的比值，只是温度和波长的函数(与物体的其他性质无关)，即：e ,T/a

5、 ,T=E,T 其中e ,T表示物体对该波长的放射能力；a ,T表示物体对该波长的吸收率；E,T只是温度和波长的函数。辐射的基本定律辐射的基本定律基尔荷夫基尔荷夫斯蒂斯蒂芬波尔兹曼芬波尔兹曼维恩位移维恩位移黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比。正比。ET=T4 为为斯蒂芬波尔兹曼常数斯蒂芬波尔兹曼常数斯蒂芬波尔兹曼常数斯蒂芬波尔兹曼常数=5.6710-8 Wm-2 K-4 绝对黑体的放射能力最大值对应的波长与其本身的绝对温度成反比，即：m C/T C=2897103nmK辐射通量和辐射通量和辐射通量和辐射通量和辐射通量密度辐射通量密度辐射

6、通量密度辐射通量密度辐射能量的基本量度单位辐射通量和辐射通量密度辐射通量和辐射通量密度 1、辐射通量、辐射通量()：单位时间内通过任一表面单位时间内通过任一表面的辐射能，单位为瓦的辐射能，单位为瓦(W)或焦耳秒（或焦耳秒（J/S）。）。可表示为：可表示为：2、辐射通量密度辐射通量密度(F)：单位时间内通过单位面单位时间内通过单位面积的辐射能。其单位为瓦米积的辐射能。其单位为瓦米2(Wm2)；可表示为：可表示为：F=入射辐射通量密度（辐照度）入射辐射通量密度（辐照度）：指投射来的辐射。：指投射来的辐射。放射辐射通量密度：放射辐射通量密度：指自物体表面向外放射的指自物体表面向外放射的辐射。它表征着

7、物体放射能力的强弱，故称为辐射辐射。它表征着物体放射能力的强弱，故称为辐射能力或放射能力能力或放射能力(E)=辐射强度辐射强度 指单位时间内与辐射能流方向相垂直的单位面指单位时间内与辐射能流方向相垂直的单位面积上得到的辐射能，即与入射光垂直的面上的辐照积上得到的辐射能，即与入射光垂直的面上的辐照度。单位为瓦米度。单位为瓦米2(Wm2)。可表示为：可表示为：I=1.光通量（光通量（L L）：单位时间通过任一表面上单位时间通过任一表面上的光能。单位为流明的光能。单位为流明(Lm)。可表示为：可表示为：dtdELL L=2.光照强度光照强度(A)：入射到单位面积上的光通量，入射到单位面积上的光通量，

8、单位为勒克斯单位为勒克斯(Lmm2)。可表示为：可表示为：dsFA=d 勒克斯：它是以勒克斯：它是以1国际烛光的点光源为中心，以国际烛光的点光源为中心，以一米为半径的球面上所得到的照度。即一米为半径的球面上所得到的照度。即平方米平方米流明流明1勒克斯勒克斯=1第二节太阳辐射太阳辐射强度和太阳常数太阳高度角和昼长大气对太阳辐射的减弱到达地面的太阳辐射强度太阳辐射强度和太阳常数太阳辐射强度 单位时间内投身到单位面积上的太阳辐射能量（S，W/m2）。太阳常数 当日地处于平均距离时，在地球大气上界，垂直于太阳辐射方向，单位面积上的太阳辐射能量，称为太阳常数(1382W/m2)。太阳高度角和昼长太阳高度

9、角和昼长t太阳高度角太阳高度角 太阳光线与水平面之间的夹角，称为太太阳光线与水平面之间的夹角，称为太阳高度角阳高度角(h,0-90,如图如图)。sinh=sinsin+coscoscos：地理纬度地理纬度 ：赤纬赤纬 ：时角时角，正午，正午=0，上午上午0t正午太阳高度角正午太阳高度角 0 sinh=sinsin+coscos 于是有：于是有：h90|赤道赤道60o N30o N地心地心北极北极15o15o15oP2P1 举例：举例：已知雅安的纬度为北纬已知雅安的纬度为北纬30，试计算出雅安春，试计算出雅安春分、秋分、夏至和冬至这四个特定日子正午时的分、秋分、夏至和冬至这四个特定日子正午时的太

10、阳高度角。太阳高度角。解：已知解：已知=30，正午正午 =0 ，代入，代入公式得公式得（1）春分、秋分时春分、秋分时 =0 h=90-（30-0）=60（2）夏至夏至 =23 27 h=90-（30-23.5）=83.5（3）冬至冬至 =-23 27 h=90-（30+23.5）=36.5 昼长昼长昼夜、四季的形成与昼长的变化规律可照时数、实照时数和日照百分率可照时数：可照时数：当天空无云时或无其它障碍物遮蔽当天空无云时或无其它障碍物遮蔽时，太阳光可以照射地面的时间，称为可照时，太阳光可以照射地面的时间，称为可照时数。即日出到日落的时间（昼长）。时数。即日出到日落的时间（昼长）。实照时数：实照

11、时数：太阳实际照射地面的时间，称为实太阳实际照射地面的时间，称为实际日照时数或简称实照时数。际日照时数或简称实照时数。光照时间：光照时间：有光的时间，称为光照时间。即：有光的时间，称为光照时间。即：光照时间光照时间=可照时数可照时数+曙暮光时间曙暮光时间 曙暮光曙暮光：日出以前和日落以后天空出现的光称为：日出以前和日落以后天空出现的光称为曙暮光。曙暮光。日照百分率：日照百分率：一日（月）的实际日照时数除以同一日（月）的实际日照时数除以同一日（月）的可照时数，称为日照百分率。即：一日（月）的可照时数，称为日照百分率。即：日照百分率日照百分率=同一日同一日(月月)的可照时数的可照时数 一日一日(月

12、月)的实照时数的实照时数 100%可照时数的计算：可照时数的计算：h=0(日出与日没)，时角记为0，则有 cos0=-tgtg 上式中负根(-0)相当于日出的时角，正根相当于日没的时角。-00，0时；(12h)当0，0时；(0 其中，其中，E0为地面有效辐射；为地面有效辐射；Ee为地面辐射；为地面辐射；为地面对大气逆辐射的吸收系数为地面对大气逆辐射的吸收系数,Ea为大气逆辐射。为大气逆辐射。影响地面有效辐射的因素影响地面有效辐射的因素:1、地面温度、地面温度地面温度高时，地面温度高时，Ee增强，增强，E0增大增大 2、大气温度、大气温度 大气温度升高，大气温度升高，Ea增强，增强，E0减小。减

13、小。3、空气湿度、空气湿度 湿度大，则湿度大，则Ea增强，增强，E0减小。减小。4、云云 云量多且云层厚时，云量多且云层厚时，Ea增强，增强，E0减小。减小。5、海拔高度、海拔高度 随海拔高度的增加，水汽含量减随海拔高度的增加，水汽含量减少，少，E0增大增大。6、雾、雾 雾使雾使E0减小。减小。此外，晴朗无风的夜晚，空气的流动混合作用此外，晴朗无风的夜晚，空气的流动混合作用差，从而使差，从而使E0增大；粗糙土壤表面的辐射比平增大；粗糙土壤表面的辐射比平滑土壤表面大，所以粗糙土壤表面的滑土壤表面大，所以粗糙土壤表面的E0大于平大于平滑土壤表面；植被覆盖下比裸地滑土壤表面；植被覆盖下比裸地E0小，

14、降温慢。小，降温慢。大气中各种微尘和大气中各种微尘和CO2成分的存在，犹如温室成分的存在，犹如温室覆盖的玻璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强了覆盖的玻璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强了大气逆辐射，对地面有增温和保温作用，这种现象大气逆辐射，对地面有增温和保温作用，这种现象称为大气的称为大气的温室效应温室效应。大气逆辐射愈强，大气的温室效应愈显著，地大气逆辐射愈强，大气的温室效应愈显著，地面温度愈不易降低。面温度愈不易降低。据估计，如果没有大气的长据估计，如果没有大气的长波逆辐射，地球平均温度为波逆辐射，地球平均温度为-22左右。左右。四、大气的温室效应和四、大气的温室效应和阳伞效应阳伞效应

15、大气中微尘和大气中微尘和CO2的增加，犹如在阳光下撑了的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称为大气的降温作用，这种现象称为大气的阳伞效应阳伞效应。五、地面辐射差额五、地面辐射差额 指在一定时间间隔内，单位面积的地表吸收的指在一定时间间隔内，单位面积的地表吸收的辐射与放射的辐射之差辐射与放射的辐射之差(即地面吸收的太阳总辐射即地面吸收的太阳总辐射与其有效辐射之差与其有效辐射之差)，也称净辐射或辐射平衡，以，也称净辐射或辐射平衡，以B表示，其表达式为表示，其表达式为:B(S+D+E )(S+D)r+Ee (2.33)(S +D)(1r)E0 式中，式中，B为地面辐射差额，为地面辐射差额，S 为太阳直接辐射，为太阳直接辐射，D为散射辐射，为散射辐射，（S +D）为太阳总辐射，为太阳总辐射，(1-r)为为地面对太阳短波辐射吸收率，地面对太阳短波辐射吸收率，（S +D)(1-a)为地为地面所吸收的太阳短波辐射。面所吸收的太阳短波辐射。