气象学辐射优秀课件.ppt

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1、气象学辐射第1页，本讲稿共52页物体以辐射的方式传递交换的能量。物体以辐射的方式传递交换的能量。物体以辐射的方式传递交换的能量。物体以辐射的方式传递交换的能量。第一节第一节 辐射的基本知识辐射的基本知识一、辐射及其特性一、辐射及其特性一、辐射及其特性一、辐射及其特性 辐射辐射辐射辐射物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。辐射能辐射能辐射能辐射能 基本特性基本特性基本特性基本特性波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性第2页，本

2、讲稿共52页 波动性波动性波动性波动性V V V Vffff (3-1)(3-1)(3-1)(3-1)波动性的反映波动性的反映波动性的反映波动性的反映 电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱第3页，本讲稿共52页名称名称名称名称波长范围波长范围波长范围波长范围紫外线紫外线紫外线紫外线100100埃埃埃埃0.40.4微米微米微米微米可见光可见光可见光可见光0.40.4微米微米微米微米0.760.76微米微米微米微米红红红红外外外外线线线线近红外近红外近红外近红外0.760.76微米微米微米微米3.03.0微米微米微米微米中红外中红外中红外中红外3.03.0微米微米微米微米6.06.0微米微米微米微米远

3、红外远红外远红外远红外6.06.0微米微米微米微米1515微米微米微米微米超远红外超远红外超远红外超远红外1515微米微米微米微米10001000微米微米微米微米微微微微波波波波毫米波毫米波毫米波毫米波1 11010毫米毫米毫米毫米厘米波厘米波厘米波厘米波1 11010厘米厘米厘米厘米分米波分米波分米波分米波1010厘米厘米厘米厘米1 1米米米米色彩名称色彩名称色彩名称色彩名称波长范围波长范围波长范围波长范围紫紫紫紫0.400.400.400.400.430.430.430.43微米微米微米微米蓝蓝蓝蓝0.430.430.430.430.470.470.470.47微米微米微米微米青青青青0.

4、470.470.470.470.500.500.500.50微米微米微米微米绿绿绿绿0.500.500.500.500.560.560.560.56微米微米微米微米黄黄黄黄0.560.560.560.560.590.590.590.59微米微米微米微米橙橙橙橙0.590.590.590.590.620.620.620.62微米微米微米微米红红红红0.620.620.620.620.760.760.760.76微米微米微米微米不同电磁波的具体波长范围不同电磁波的具体波长范围不同电磁波的具体波长范围不同电磁波的具体波长范围可见光波长范围可见光波长范围可见光波长范围可见光波长范围第4页，本讲稿共52

5、页 粒子性粒子性粒子性粒子性 (3-2)(3-2)(3-2)(3-2)其中其中其中其中h h h h6.626106.626106.626106.62610-34-34-34-34JsJsJsJs，称为，称为，称为，称为普朗克常数普朗克常数普朗克常数普朗克常数。辐射的度量和单位辐射的度量和单位辐射的度量和单位辐射的度量和单位辐射通量、辐射通量密度辐射通量、辐射通量密度辐射通量、辐射通量密度辐射通量、辐射通量密度 辐射通量及单位：辐射通量及单位：辐射通量及单位：辐射通量及单位：定义：定义：定义：定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位时间通过任意面积上的辐射

6、能量。单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位：单位：单位：单位：JsJsJsJs-1-1-1-1或或或或W W W W第5页，本讲稿共52页 辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度（E E E E）及单位及单位及单位及单位定义：定义：定义：定义：单位面积上的辐射通量。单位面积上的辐射通量。单位面积上的辐射通量。单位面积上的辐射通量。单位：单位：单位：单位：JsJsJsJs-1-1-1-1mmmm-2-2-2-2或或或或WmWmWmWm-2-2-2-2E=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

7、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6页，本讲稿共52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

8、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7页，本讲稿共

9、52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 概念概念概念概念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8页，本讲稿共52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

10、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 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9页，本讲稿共52页二、辐射的基本定律二、辐射的基本定律二、辐射的基本定律二、辐射的基本定律 基尔荷夫基尔

11、荷夫基尔荷夫基尔荷夫(kirchoff)(kirchoff)(kirchoff)(kirchoff)定律定律定律定律(选择吸收定律选择吸收定律选择吸收定律选择吸收定律)定律定律定律定律 在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力(e(e(e(e,T,T,T,T)与物体对该波长的吸收率与物体对该波长的吸收率与物体对该波长的吸收率与物体对该波长的吸收率(a(a(a(a,T,T,T,T)的比值，只是温度的比值，只是温度的比值，只是温度的比值，只是温度和波长的函数，而与

12、物体的其它性质无关。即和波长的函数，而与物体的其它性质无关。即和波长的函数，而与物体的其它性质无关。即和波长的函数，而与物体的其它性质无关。即:(3-(3-4)4)E E E E,T,T,T,T只是波长和温度的函数。只是波长和温度的函数。只是波长和温度的函数。只是波长和温度的函数。第10页，本讲稿共52页 推论推论推论推论 对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力 也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑

13、也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑体体体体 的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。对同一物体，如果在温度对同一物体，如果在温度对同一物体，如果在温度对同一物体，如果在温度T T T T时它放射某一波长的辐射，时它放射某一波长的辐射，时它放射某一波长的辐射，时它放射某一波长的辐射，那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。那么，在同一温度下它也吸收这一波长的

14、辐射。那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。第11页，本讲稿共52页 斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬波波波波尔尔尔尔兹兹兹兹曼曼曼曼(Stefan-Boltzmann)(Stefan-Boltzmann)(Stefan-Boltzmann)(Stefan-Boltzmann)定律定律定律定律 定律定律定律定律 黑体的总放射能力黑体的总放射能力黑体的总放射能力黑体的总放射能力（E E E ET T T T）与它本身绝对温度与它本身绝对温度与它本身绝对温度与它本身绝对温度（T T T T）的的的的四次方成正比。即：四次方成正比。即：四次方成正比。即：四次方成正比。即：E E E ET T T T T

15、TTT 4 4 4 4 (3-5)(3-5)(3-5)(3-5)式中式中式中式中5.67105.67105.67105.6710-8-8-8-8W.mW.mW.mW.m-2-2-2-2.K.K.K.K-4-4-4-4为为为为斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬斯蒂芬波尔兹曼常数波尔兹曼常数波尔兹曼常数波尔兹曼常数。意义意义意义意义物体温度愈高，其放射能力愈强。物体温度愈高，其放射能力愈强。物体温度愈高，其放射能力愈强。物体温度愈高，其放射能力愈强。第12页，本讲稿共52页 mmC/T C/T 或或或或 mm T=C T=C (3-6)(3-6)如果波长以如果波长以如果波长以如果波长以nmnmnmnm为单位，则常

16、数为单位，则常数为单位，则常数为单位，则常数C C C C2,8972,8972,8972,897101010103 3 3 3nm K,nm K,nm K,nm K,于是于是于是于是(3-6)(3-6)(3-6)(3-6)式为：式为：式为：式为：维恩维恩维恩维恩(Wien)(Wien)(Wien)(Wien)位移定律位移定律位移定律位移定律 定律定律定律定律 绝对黑体的放射能力最大值对应的波长绝对黑体的放射能力最大值对应的波长绝对黑体的放射能力最大值对应的波长绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(mm)与其本身的与其本身的与其本身的与其本身的绝对温度绝对温度绝对温度绝对温度(T T)成反比。即

17、：成反比。即：成反比。即：成反比。即：mmT T2897102897103 3nmK nmK 第13页，本讲稿共52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，物体的温度愈高，物体的温度愈高，物体的温度愈高，放射能量最大值放射能量最大值放射能量最大值放射能量最大值 的波长愈短，随的波长愈短，随的波长愈短，随的波长愈短，随 着物体温度不断着物体温度不断着物体温度不断着物体温度不断 增高，最大辐射增高，最大辐射增高，最大辐射增高，最大辐射 波长由长向短位波长由长向短位波

18、长由长向短位波长由长向短位 移。移。移。移。太阳辐射是短波太阳辐射是短波太阳辐射是短波太阳辐射是短波 辐射，人、地辐射，人、地辐射，人、地辐射，人、地 面和大气辐射面和大气辐射面和大气辐射面和大气辐射 是长波辐射。是长波辐射。是长波辐射。是长波辐射。第14页，本讲稿共52页第二节第二节 太阳辐射太阳辐射一、太阳辐射强度和太阳常数一、太阳辐射强度和太阳常数一、太阳辐射强度和太阳常数一、太阳辐射强度和太阳常数 太阳辐射强度太阳辐射强度太阳辐射强度太阳辐射强度 （太阳辐射通量密度）（太阳辐射通量密度）（太阳辐射通量密度）（太阳辐射通量密度）太阳辐射强度及单位太阳辐射强度及单位太阳辐射强度及单位太阳辐

19、射强度及单位定义：单位时间定义：单位时间定义：单位时间定义：单位时间内投射到内投射到内投射到内投射到单位面积单位面积单位面积单位面积上的太阳辐射能量。上的太阳辐射能量。上的太阳辐射能量。上的太阳辐射能量。单位：单位：单位：单位：WmWm-2-2 太阳常数太阳常数太阳常数太阳常数 （S S S S0 0 0 0）太阳常数及变化范围太阳常数及变化范围太阳常数及变化范围太阳常数及变化范围定义：定义：定义：定义：当地球位于当地球位于当地球位于当地球位于日地平均距离时日地平均距离时日地平均距离时日地平均距离时(约为约为约为约为1.496101.496101.496101.496108 8 8 8km)k

20、m)km)km)，在在在在地球大气上界地球大气上界地球大气上界地球大气上界投射到投射到投射到投射到垂直于太阳光线平面上垂直于太阳光线平面上垂直于太阳光线平面上垂直于太阳光线平面上的太的太的太的太 阳辐射强度。阳辐射强度。阳辐射强度。阳辐射强度。第15页，本讲稿共52页变化范围：变化范围：变化范围：变化范围：1325 Wm1325 Wm-2-2 1457 Wm1457 Wm-2-2 我国采用的太阳常数值为我国采用的太阳常数值为我国采用的太阳常数值为我国采用的太阳常数值为1382138213821382 WmWm-2-2 。太阳光量常数及范围太阳光量常数及范围太阳光量常数及范围太阳光量常数及范围定

21、义：定义：定义：定义：大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。范围：范围：范围：范围：1.35101.35101.35101.35105 5 5 51.4101.4101.4101.4105 5 5 5lxlxlxlx第16页，本讲稿共52页 定义定义定义定义S Sm mS Sm m S Sm msinhsinh二、太阳高度角、太阳方位角和昼长二、太阳高度角、太阳方位角和昼长二、太阳高度角、太阳方位角和昼长二、太阳高度角、太阳方位角和昼长 太阳高度角太阳高度角太阳高度角太阳高度角 （

22、h h h h）太阳光线与地表水平面之间的夹角。太阳光线与地表水平面之间的夹角。太阳光线与地表水平面之间的夹角。太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0h90)(0h90)(0h90)(0h90)水平面上太阳辐射的计算水平面上太阳辐射的计算水平面上太阳辐射的计算水平面上太阳辐射的计算 S Sm m和和和和S Sm m与与与与h h h h的关系图的关系图的关系图的关系图 (3-8)(3-8)第17页，本讲稿共52页 水平面上得到的太阳辐射能随着水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。的增加而增加。h h的计算公式的计算公式的计算公式的计算公式sin hsin hsin hsin hsinsin

23、+coscoscossinsin+coscoscossinsin+coscoscossinsin+coscoscos(3-9)(3-9)(3-9)(3-9)式中：式中：式中：式中：为观测点纬度，为观测点纬度，为观测点纬度，为观测点纬度，为赤纬，为赤纬，为赤纬，为赤纬，是时角。是时角。是时角。是时角。的计算的计算的计算的计算 的的的的含义：含义：太阳直射点纬度太阳直射点纬度太阳直射点纬度太阳直射点纬度(即太阳直射光线与赤道平面即太阳直射光线与赤道平面即太阳直射光线与赤道平面即太阳直射光线与赤道平面 之间的夹角之间的夹角之间的夹角之间的夹角)。计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：23.5sin

24、N 23.5sinN 23.5sinN 23.5sinN (3-(3-(3-(3-10)10)10)10)第18页，本讲稿共52页说明：说明：说明：说明：式中式中式中式中NNNN以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总 天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。特殊日期特殊日期特殊日期特殊日期的的的的值：值：春分日春分日春分日春分日(21/3)(21/3)(2

25、1/3)(21/3)或秋分日或秋分日或秋分日或秋分日(23/9)(23/9)(23/9)(23/9)：0000 夏至日夏至日夏至日夏至日(22/6)(22/6)(22/6)(22/6)：23.523.523.523.5 冬至日冬至日冬至日冬至日(22/12)(22/12)(22/12)(22/12)：-23.5-23.5-23.5-23.5（23.5S23.5S23.5S23.5S）第19页，本讲稿共52页 的确定的确定的确定的确定是用角度表示的时间，是用角度表示的时间，是用角度表示的时间，是用角度表示的时间，每每每每15151515为一小时为一小时为一小时为一小时 正午：正午：正午：正午：0

26、 0 0 0；上午：上午：上午：上午：0 0 0 0；下午：下午：下午：下午：0 0 0 0，。，。，。，。正午时刻正午时刻正午时刻正午时刻h h的计算公式的计算公式的计算公式的计算公式h h h h正午正午正午正午90-+90-+90-+90-+(3-(3-(3-(3-11)11)11)11)第20页，本讲稿共52页(3(3(3(3-12)-12)-12)-12)太阳方位角太阳方位角太阳方位角太阳方位角 （A A A A）定义定义定义定义太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。太阳光线在水平面上的投影

27、和当地子午线的夹角。计算公式计算公式计算公式计算公式式中式中式中式中A A A A值：值：值：值：正南：正南：正南：正南：A=0A=0A=0A=0 正南以西：正南以西：正南以西：正南以西：A0A0A0A0 正南以东：正南以东：正南以东：正南以东：A0A0A0A0 第21页，本讲稿共52页日出日没时（日出日没时（日出日没时（日出日没时（h=0h=0h=0h=0）（3-3-3-3-13131313）特殊时刻特殊时刻特殊时刻特殊时刻A A的计算公式的计算公式的计算公式的计算公式 北半球北半球北半球北半球A A的季节变化的季节变化的季节变化的季节变化 除北极外，一年中只有春分日和秋分日，日出正东日没除

28、北极外，一年中只有春分日和秋分日，日出正东日没除北极外，一年中只有春分日和秋分日，日出正东日没除北极外，一年中只有春分日和秋分日，日出正东日没 正西。正西。正西。正西。夏半年内，日出东偏北方向，日没西偏北方夏半年内，日出东偏北方向，日没西偏北方夏半年内，日出东偏北方向，日没西偏北方夏半年内，日出东偏北方向，日没西偏北方 向；且愈近向；且愈近向；且愈近向；且愈近 夏至日，日出日没方位愈偏北。夏至日，日出日没方位愈偏北。夏至日，日出日没方位愈偏北。夏至日，日出日没方位愈偏北。第22页，本讲稿共52页 冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向；且愈近冬至冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向；且愈

29、近冬至冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向；且愈近冬至冬半年内，日出东偏南方向，日没西偏南方向；且愈近冬至 日，日出日没方位愈偏南。日，日出日没方位愈偏南。日，日出日没方位愈偏南。日，日出日没方位愈偏南。南半球相反南半球相反第23页，本讲稿共52页四季的形成四季的形成 昼长（可照时数）昼长（可照时数）昼长（可照时数）昼长（可照时数）第24页，本讲稿共52页 昼长的变化规律昼长的变化规律昼长的变化规律昼长的变化规律夏季昼长随纬度升高而加长，冬季昼长随纬度升高而缩短，夏季昼长随纬度升高而加长，冬季昼长随纬度升高而缩短，夏季昼长随纬度升高而加长，冬季昼长随纬度升高而缩短，夏季昼长随纬度升高而加长

30、，冬季昼长随纬度升高而缩短，春、秋分则不随纬度升高而变。春、秋分则不随纬度升高而变。春、秋分则不随纬度升高而变。春、秋分则不随纬度升高而变。相同纬度，昼长冬短夏长，春秋介于二者之间。相同纬度，昼长冬短夏长，春秋介于二者之间。相同纬度，昼长冬短夏长，春秋介于二者之间。相同纬度，昼长冬短夏长，春秋介于二者之间。可照时数、实照时数和日照百分率可照时数、实照时数和日照百分率可照时数、实照时数和日照百分率可照时数、实照时数和日照百分率 可照时数可照时数可照时数可照时数（昼长）（昼长）（昼长）（昼长）定义：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。定义：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。定义：不受任何

31、遮蔽时每天从日出到日落的总时数。定义：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。单位：小时、分单位：小时、分单位：小时、分单位：小时、分 计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：可照时数可照时数可照时数可照时数 =(3(3(3(3-14)-14)-14)-14)是时角是时角是时角是时角第25页，本讲稿共52页此时：此时：此时：此时：coscoscoscos-tgtg -tgtg -tgtg -tgtg (3-15)(3-15)(3-15)(3-15)实照时数实照时数实照时数实照时数地面上用日照计实际测量的日照时数。地面上用日照计实际测量的日照时数。地面上用日照计实际测量的日照时数。地面上用日照计

32、实际测量的日照时数。日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率 100%100%100%100%实照时数实照时数实照时数实照时数可照时数可照时数可照时数可照时数 光照时间光照时间光照时间光照时间光照时间可照时数曙暮光时间光照时间可照时数曙暮光时间光照时间可照时数曙暮光时间光照时间可照时数曙暮光时间第26页，本讲稿共52页一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。曙暮光曙暮光曙暮光曙暮光 在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下在日出前

33、和日落后，太阳光线在地平线以下在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下0000 6666时，光通过大气散射到地表产生一定的光照强时，光通过大气散射到地表产生一定的光照强时，光通过大气散射到地表产生一定的光照强时，光通过大气散射到地表产生一定的光照强度，这种光称为曙光和暮光。度，这种光称为曙光和暮光。度，这种光称为曙光和暮光。度，这种光称为曙光和暮光。第27页，本讲稿共52页三、大气对太阳辐射的减弱三、大气对太阳辐射的减弱三、大气对太阳辐射的减弱三、大气对太阳辐射的减弱太阳辐射在大气中的减弱太阳辐射在大气中的减弱太阳辐射在大气中的减弱太阳辐射在大气中的减弱第2

34、8页，本讲稿共52页 吸收作用吸收作用吸收作用吸收作用 氧、臭氧、水汽和氧、臭氧、水汽和氧、臭氧、水汽和氧、臭氧、水汽和COCOCOCO2 2 2 2气体成分气体成分气体成分气体成分强吸收波段强吸收波段强吸收波段强吸收波段弱吸收波段弱吸收波段弱吸收波段弱吸收波段氧氧氧氧200nm7607604343热效应热效应热效应热效应加热地球、大气和生物加热地球、大气和生物加热地球、大气和生物加热地球、大气和生物紫外区紫外区紫外区紫外区4004007 7化学效应化学效应化学效应化学效应杀菌消毒、促进种子萌发杀菌消毒、促进种子萌发杀菌消毒、促进种子萌发杀菌消毒、促进种子萌发 波谱随波谱随波谱随波谱随h h

35、h h的变化的变化的变化的变化 太阳高度角降低，直接辐射光谱中，波长较长的部太阳高度角降低，直接辐射光谱中，波长较长的部太阳高度角降低，直接辐射光谱中，波长较长的部太阳高度角降低，直接辐射光谱中，波长较长的部分逐渐增加，波长较短的部分逐渐减少。分逐渐增加，波长较短的部分逐渐减少。分逐渐增加，波长较短的部分逐渐减少。分逐渐增加，波长较短的部分逐渐减少。太阳直接辐射波谱随太阳直接辐射波谱随太阳直接辐射波谱随太阳直接辐射波谱随h h h h的变化的变化的变化的变化第44页，本讲稿共52页辐射波谱（辐射波谱（辐射波谱（辐射波谱（nmnmnmnm）太阳高度角（度）太阳高度角（度）太阳高度角（度）太阳高度

36、角（度）0.50.50.50.55 5 5 51010101020202020303030305050505090909090紫外线（紫外线（紫外线（紫外线（295295295295400400400400）0 0 0 00.40.40.40.41.01.01.01.02.02.02.02.02.72.72.72.73.23.23.23.24.74.74.74.7可见光（可见光（可见光（可见光（400400400400760760760760）31.231.231.231.238.638.638.638.641.041.041.041.042.742.742.742.743.743.743.7

37、43.743.943.943.943.945.345.345.345.3其中其中其中其中:紫光（紫光（紫光（紫光（400400400400440440440440）0 0 0 00.60.60.60.60.80.80.80.82.62.62.62.63.83.83.83.84.54.54.54.55.45.45.45.4蓝光（蓝光（蓝光（蓝光（440440440440495495495495）0 0 0 02.12.12.12.14.64.64.64.67.17.17.17.17.87.87.87.88.28.28.28.29.09.09.09.0绿光（绿光（绿光（绿光（49549549549

38、5565565565565）1.71.71.71.72.72.72.72.75.95.95.95.98.38.38.38.38.88.88.88.89.29.29.29.29.29.29.29.2黄光（黄光（黄光（黄光（565565565565595595595595）4.14.14.14.18.08.08.08.010.010.010.010.010.210.210.210.29.89.89.89.89.79.79.79.710.110.110.110.1红光（红光（红光（红光（595595595595760760760760）25.425.425.425.425.225.225.225.2

39、19.719.719.719.714.514.514.514.513.513.513.513.512.212.212.212.211.511.511.511.5红外线（红外线（红外线（红外线（760760760760）68.868.868.868.861.061.061.061.058.058.058.058.055.355.355.355.353.553.553.553.552.952.952.952.950.050.050.050.0不同太阳高度时太阳直接辐射光谱中各部分的相对强度不同太阳高度时太阳直接辐射光谱中各部分的相对强度不同太阳高度时太阳直接辐射光谱中各部分的相对强度不同太阳高度时

40、太阳直接辐射光谱中各部分的相对强度(总辐射量总辐射量总辐射量总辐射量100100100100)第45页，本讲稿共52页散射辐射光谱随太阳高度角、大气透明系数和云量而变化。散射辐射光谱随太阳高度角、大气透明系数和云量而变化。散射辐射光谱随太阳高度角、大气透明系数和云量而变化。散射辐射光谱随太阳高度角、大气透明系数和云量而变化。干洁空气中，干洁空气中，干洁空气中，干洁空气中，h h h h降低，散降低，散降低，散降低，散射辐射中波长较短的部分射辐射中波长较短的部分射辐射中波长较短的部分射辐射中波长较短的部分 逐渐逐渐逐渐逐渐减少减少减少减少，波长较长部分逐，波长较长部分逐，波长较长部分逐，波长较长

41、部分逐渐渐渐渐增多增多增多增多，而波长在，而波长在，而波长在，而波长在400nm-400nm-400nm-400nm-600nm600nm600nm600nm的可见光几乎不随的可见光几乎不随的可见光几乎不随的可见光几乎不随h h h h而而而而变化。变化。变化。变化。h h h h（度）（度）（度）（度）4004004006006006006003 35.95.953.353.340.840.8151514.614.658.258.227.227.2303020.420.456.156.123.523.5454523.223.254.854.822.022.0606024.624.654.25

42、4.221.221.2909025.825.853.553.520.720.7不同太阳高度角时各散射光谱段的相对比率不同太阳高度角时各散射光谱段的相对比率不同太阳高度角时各散射光谱段的相对比率不同太阳高度角时各散射光谱段的相对比率 当天空中有较多粗粒或全天有云时，散射辐射光谱中的长当天空中有较多粗粒或全天有云时，散射辐射光谱中的长当天空中有较多粗粒或全天有云时，散射辐射光谱中的长当天空中有较多粗粒或全天有云时，散射辐射光谱中的长波部分能量增加，其最大辐射能力波长也向长波方向移动。波部分能量增加，其最大辐射能力波长也向长波方向移动。波部分能量增加，其最大辐射能力波长也向长波方向移动。波部分能量增

43、加，其最大辐射能力波长也向长波方向移动。太阳散射辐射波谱随太阳散射辐射波谱随太阳散射辐射波谱随太阳散射辐射波谱随h h h h的变化的变化的变化的变化第46页，本讲稿共52页 碧空和阴天时散射光谱能量的分布碧空和阴天时散射光谱能量的分布碧空和阴天时散射光谱能量的分布碧空和阴天时散射光谱能量的分布 第47页，本讲稿共52页地面昼夜不停的向外放射辐射能，称为地面昼夜不停的向外放射辐射能，称为地面昼夜不停的向外放射辐射能，称为地面昼夜不停的向外放射辐射能，称为地面辐射地面辐射地面辐射地面辐射(E(E(E(Ee e e e)。日变化日变化日变化日变化二、大气辐射二、大气辐射二、大气辐射二、大气辐射大气

44、逆辐射大气逆辐射大气逆辐射大气逆辐射(E Ea a)：大气辐射中传向地面的辐射。大气辐射中传向地面的辐射。大气辐射中传向地面的辐射。大气辐射中传向地面的辐射。第三节第三节 地面辐射差额地面辐射差额一、一、一、一、地面辐射地面辐射地面辐射地面辐射(E Ee e)定义定义定义定义 波长范围波长范围波长范围波长范围3,000nm3,000nm3,000nm3,000nm80,000nm80,000nm80,000nm80,000nm，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为10,000nm10,000nm10,000nm10,000nm。白天白天白天白天

45、 夜间夜间夜间夜间 定义定义定义定义大气辐射：大气辐射：大气辐射：大气辐射：大气向外的辐射。大气向外的辐射。大气向外的辐射。大气向外的辐射。第48页，本讲稿共52页7,000nm7,000nm7,000nm7,000nm120,000nm120,000nm120,000nm120,000nm，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为15,000nm15,000nm15,000nm15,000nm。波长范围波长范围波长范围波长范围三、三、三、三、地面有效辐射地面有效辐射地面有效辐射地面有效辐射(E E0 0)定义定义定义定义地面辐射与被地面吸收的大气

46、逆辐射之差。亦称地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称净红外辐射。净红外辐射。净红外辐射。净红外辐射。计算公式计算公式计算公式计算公式E E E E0 0 0 0E E E Ee e e e-E-E-E-Ea a a a (3-(3-(3-(3-23)23)23)23)其中：其中：其中：其中：为吸收率，为吸收率，为吸收率，为吸收率，EEEEa a a a为被地面吸收的大气逆辐射。为被地面吸收的大气逆辐射。为被地面吸收的大气逆辐射。为被地面吸收的大气逆辐射。影响因子影响因子影响因子影响因子 地面温度地面温度地

47、面温度地面温度 、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、地面状况和植被等。地面状况和植被等。地面状况和植被等。地面状况和植被等。第49页，本讲稿共52页四、大气温室效应和阳伞效应四、大气温室效应和阳伞效应四、大气温室效应和阳伞效应四、大气温室效应和阳伞效应 温室效应温室效应温室效应温室效应 大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹

48、如温室覆盖的玻璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面有保温和增温作用，这种现象称为有保温和增温作用，这种现象称为有保温和增温作用，这种现象称为有保温和增温作用，这种现象称为大气温室效应大气温室效应大气温室效应大气温室效应。大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，

49、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，这种现象称之为之为之为之为大气阳伞效应大气阳伞效应大气阳伞效应大气阳伞效应。阳伞效应阳伞效应阳伞效应阳伞效应第50页，本讲稿共52页 B B(S+(S+D D )(1)(1 r)r)-E-E0 0 (3-(3-(3-(3-24)24)24)24)白天白天白天白天，B0B0B0B0，靠近正午时，靠近正午时，靠近正午时，靠近正午时B B B B达到最大值。达到最大值。达到最大值。达到最大值。夜间

50、夜间夜间夜间，B0B0B0B0，B=-EB=-EB=-EB=-E0 0 0 0。B B B B由正变负的时间在日落前由正变负的时间在日落前由正变负的时间在日落前由正变负的时间在日落前1 1 1 1小时小时小时小时；由负变正在日；由负变正在日；由负变正在日；由负变正在日出后出后出后出后1 1 1 1小时。小时。小时。小时。影响因素影响因素影响因素影响因素五、地面辐射差额五、地面辐射差额五、地面辐射差额五、地面辐射差额(B)(B)(B)(B)定义定义定义定义 在在单位时间内，单位面积地面所吸收的辐射与放出的辐单位时间内，单位面积地面所吸收的辐射与放出的辐单位时间内，单位面积地面所吸收的辐射与放出的