08-4-直接辐射解析.ppt

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1、（三）到达地面的太阳辐射（三）到达地面的太阳辐射有两部分：有两部分：直接辐射直接辐射：太阳以平行光线的形式直：太阳以平行光线的形式直 接投射到地面上。接投射到地面上。散射辐射散射辐射：经过散射辐射后自天空投：经过散射辐射后自天空投射到地面上。射到地面上。二者之和称为二者之和称为总辐射总辐射。1、直接辐射直接辐射：太阳高度（角）、大气透明度太阳高度（角）、大气透明度（1）太阳高度角（）太阳高度角（h）：太阳光线与水平面间的太阳光线与水平面间的 夹角；夹角；h不同，不同，地表单位面积上所获得的太阳辐射也就不同。地表单位面积上所获得的太阳辐射也就不同。a，h越小，等量的太阳辐射散布的面越小，等量的太

2、阳辐射散布的面 积就越大，地表单位面积上所获得积就越大，地表单位面积上所获得的太阳辐射就越小。的太阳辐射就越小。B ACSSh 设设AB单位面积上每分钟所受单位面积上每分钟所受到的太阳辐射能为到的太阳辐射能为 I 垂直垂直 I则则 IS=IS而而 S/S=AC/AB=sinh所以所以 I=S/S I=I sinh 朗伯（白）特定律朗伯（白）特定律I 一定，地面获得的辐射量大小一定，地面获得的辐射量大小I 与与 h 有关。有关。b，h越小，太阳辐射穿过的大气层越厚越小，太阳辐射穿过的大气层越厚地球地球O点的地平线点的地平线OACh2h1h1 h2AO 0，凝结，凝结，dqs 0 则则 dqs/d

3、Z 0下降，下降，dZ0 则则 dqs/dZ 0所以所以m d m m是一个变量是一个变量(是是P P、T T的函数的函数）它随气温的降低而增大它随气温的降低而增大因为温度高，因为温度高，E大，空气中水汽含量大，绝热大，空气中水汽含量大，绝热上升时凝结的水汽量就多，所释放的潜热就上升时凝结的水汽量就多，所释放的潜热就多，气温下降得少一些。多，气温下降得少一些。如：如：2019，1m3饱和空气有饱和空气有1g水汽凝结；水汽凝结；0-1，1m3饱和空气只有饱和空气只有0.33g水汽凝结。水汽凝结。表表24m m是一个变量是一个变量(是是P P、T T的函数的函数）它随气压的降低而减小它随气压的降低

4、而减小因为气压降低，密度减小，体积热容量因为气压降低，密度减小，体积热容量（物体升高（物体升高1所需的热量）减小。所需的热量）减小。由相等的潜热供给空气时，气压较低的由相等的潜热供给空气时，气压较低的空气由于潜热而增高温度必然比气压较空气由于潜热而增高温度必然比气压较高的空气为多。高的空气为多。表表24由表由表24可看出，对可看出，对m m影响最大的是影响最大的是温温度度。如如1000hpa，当温度从当温度从20改变到改变到 20时，时，m m值增大约一倍；而当温度值增大约一倍；而当温度为为20时，气压从时，气压从1000hpa改变到改变到700hpa，m m值只减小值只减小0.06/100m

5、。因此，当饱和湿空气上升时，温度愈因此，当饱和湿空气上升时，温度愈来愈低，水汽凝结量很小，来愈低，水汽凝结量很小，m m逐渐增逐渐增大而接近于大而接近于d d。OTH湿绝热线湿绝热线干绝热线干绝热线干绝热线和湿绝热线干绝热线和湿绝热线1、d近于常数（约为近于常数（约为1oC/100m）故故 干绝热线呈一直线。干绝热线呈一直线。2、m d，所以干绝热线在左，湿所以干绝热线在左，湿 绝热线在右。同一高度上，绝热线在右。同一高度上，TmTd。TmTd3、湿绝热线下部：下陡上缓；湿绝热线下部：下陡上缓；上部：与干绝热线平行。上部：与干绝热线平行。下面温度高，下面温度高，m小，上面温度低，小，上面温度低

6、，m大。大。到高层水汽凝结愈来愈多，而空气到高层水汽凝结愈来愈多，而空气 中水汽的含量愈来愈少，接近中水汽的含量愈来愈少，接近 干空气，干空气，m与与 d相近。相近。（温度（温度对数压力图）对数压力图）未饱和空气未饱和空气在绝热上升初期，温度按在绝热上升初期，温度按干绝热直减率（干绝热直减率（d）下降；下降；到某一高度后，因冷却而成为饱和空到某一高度后，因冷却而成为饱和空气，再继续上升，其温度按湿绝热直气，再继续上升，其温度按湿绝热直减率（减率（m）下降。下降。饱和湿空气饱和湿空气下降时，其温度变化有下降时，其温度变化有两种两种情况：情况：若饱和湿空气中若饱和湿空气中含有水滴或冰晶含有水滴或冰

7、晶，在它，在它下降过程中，由于水滴的蒸发和冰晶的下降过程中，由于水滴的蒸发和冰晶的升华要消耗一部分热量，因而增温率小升华要消耗一部分热量，因而增温率小于于 d。若饱和湿空气中若饱和湿空气中没有水滴或冰晶没有水滴或冰晶，在它，在它下降过程中，由于绝热增温，空气由饱下降过程中，由于绝热增温，空气由饱和状态变为不饱和状态，其温度要按干和状态变为不饱和状态，其温度要按干绝热直减率（绝热直减率（d）增温。增温。6、位温位温（位置温度）（位置温度）把空气块按干绝热过程移到把空气块按干绝热过程移到1000hpa处处所具有的温度，称为位温，以所具有的温度，称为位温，以表示。表示。=T(1000/P)0.286

8、位温位温高高的气团代表较的气团代表较暖暖的气团，位温的气团，位温低低的气团代表较的气团代表较冷冷的气团。的气团。位温位温相同相同的气团表示它们的热力性质的气团表示它们的热力性质相相同同或就是同一气团。或就是同一气团。显然，气块在循干绝热升降时，其位温显然，气块在循干绝热升降时，其位温是是恒定不变恒定不变的。的。这是位温的一个重要性质这是位温的一个重要性质保守性保守性。7 7、假相当位温、假相当位温位温只有在位温只有在干干绝热过程中才具有保守性。绝热过程中才具有保守性。在在湿湿绝热过程中，有水汽的凝结或蒸发，绝热过程中，有水汽的凝结或蒸发，因而引出潜热的释放或消耗，导致了位温因而引出潜热的释放或

9、消耗，导致了位温的变化。的变化。所以湿绝热过程就不能用位温来作比较了，所以湿绝热过程就不能用位温来作比较了，需另找判据。需另找判据。为了了解潜热对气块的作用，假设另一种为了了解潜热对气块的作用，假设另一种极端情况前述极端情况前述2）：气块上升时，水汽一经凝结，其凝结气块上升时，水汽一经凝结，其凝结物便脱离原气块而降落，却把凝结时物便脱离原气块而降落，却把凝结时释放的潜热留在气块中来加热气块。释放的潜热留在气块中来加热气块。这样，当气块从上升运动转为下沉运这样，当气块从上升运动转为下沉运动时，绝热增温将使气块呈不饱和状动时，绝热增温将使气块呈不饱和状态。态。由于气块由于气块上升上升过程是过程是湿

10、湿绝热过程，而绝热过程，而下沉下沉时却是时却是干干绝热过程，因此，当气绝热过程，因此，当气块下降到原来起始高度时，温度将比块下降到原来起始高度时，温度将比原来的高。原来的高。所以这种过程是不可逆的，而且由所以这种过程是不可逆的，而且由于凝结物脱离了气块，说明气块与于凝结物脱离了气块，说明气块与外界已有了热量交换，也不是严格外界已有了热量交换，也不是严格绝热的，因此认为气块经历了一个绝热的，因此认为气块经历了一个假绝热过程假绝热过程。这种状况相当于全是降水而没有云这种状况相当于全是降水而没有云的情况。的情况。实际大气中所发生的湿绝热过程，实际大气中所发生的湿绝热过程，介于可逆湿绝热过程和假绝热过

11、程介于可逆湿绝热过程和假绝热过程之间，即部分凝结物脱离原气块，之间，即部分凝结物脱离原气块，部分凝结物留在原气块内随气块上部分凝结物留在原气块内随气块上升，升，这相当于既存在云，同时也有降水这相当于既存在云，同时也有降水的情况。的情况。假绝热过程中，当气块中含有的水汽全假绝热过程中，当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热，就使原部凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提高到某一极限数值，这个气块的位温提高到某一极限数值，这个数值就称为数值就称为假相当位温假相当位温，用，用se表示。表示。se=+Lq/Cp，L水汽的凝结潜热，常数；水汽的凝结潜热，常数；q气块气块在在1000hpa处

12、，处，1g湿空气所含水汽量；湿空气所含水汽量；Cp空气的定压比热，常数。空气的定压比热，常数。在相同的气压条件下，温度和湿度越在相同的气压条件下，温度和湿度越高，高，se值越大。值越大。只要气块中所含的水汽一定，则它在只要气块中所含的水汽一定，则它在假绝热过程中所释放的潜热也一定，假绝热过程中所释放的潜热也一定，所以在所以在se在假绝热过程中是在假绝热过程中是保守保守的。的。lnPT1000hpaB A由公式可知：由公式可知：se是是气压、温度和湿度的函数。气压、温度和湿度的函数。se的确定的确定 设一气块在设一气块在A点是未饱和的，绝热上升点是未饱和的，绝热上升至至B点，点，AB是干绝热线，

13、是直线。是干绝热线，是直线。B为凝结高度，达饱和。再按湿绝热线为凝结高度，达饱和。再按湿绝热线（曲线）上升。（曲线）上升。当水汽全部凝结后，成为当水汽全部凝结后，成为干空气，沿干绝热线下沉到干空气，沿干绝热线下沉到1000hpa，此时温度为此时温度为sese 从图中看出，从图中看出，se是是P、T、湿度都包含在一起的综合特征量。湿度都包含在一起的综合特征量。se对于干绝热过程、可逆湿绝热过程、假绝热过程对于干绝热过程、可逆湿绝热过程、假绝热过程 都具有都具有保守性保守性。一般求假相当位温值，并不要求气块真一般求假相当位温值，并不要求气块真正地经历上述假绝热过程，而是设想它正地经历上述假绝热过程

14、，而是设想它经历了上述过程，然后求其值。也可以经历了上述过程，然后求其值。也可以从温度对数压力图中查得。从温度对数压力图中查得。由于假相当位温值在干、湿绝热过程中由于假相当位温值在干、湿绝热过程中都具有保守性，其用途比位温更广泛，都具有保守性，其用途比位温更广泛，在天气学中常用它们分析气团、锋以及在天气学中常用它们分析气团、锋以及气层的稳定度。气层的稳定度。复习思考题复习思考题9、据地面辐射差额的定义列出其公式，据地面辐射差额的定义列出其公式，并说明各符号的含义。并说明各符号的含义。10、为什么冬季有云的夜间显得不太冷？为什么冬季有云的夜间显得不太冷？作业题作业题：7、名词解释：太阳常数、大气窗口、大名词解释：太阳常数、大气窗口、大气逆辐射、地面有效辐射气逆辐射、地面有效辐射8、海陆增温和冷却过程有何差异？它导海陆增温和冷却过程有何差异？它导致什么重要结果？致什么重要结果？9、何谓非绝热变化、绝热过程、干绝热何谓非绝热变化、绝热过程、干绝热过程？过程？