大氣科學(xué)概論第七章大氣輻射大氣科學(xué)概論第七章大氣輻射第七章大氣輻射第一節(jié)輻射概述第二節(jié)熱輻射的基本定律第三節(jié)太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰弱第四節(jié)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射第五節(jié)地球輻射第六節(jié)地面輻射差額和能量平衡第七節(jié)地氣系統(tǒng)的能量平衡第七章大氣輻射第一節(jié)輻射概述引言大氣輻射學(xué)主要研究大氣中輻射傳輸?shù)幕疽?guī)律和物理過(guò)程，以及地球大氣系統(tǒng)的輻射能量收支問(wèn)題。地球大氣系統(tǒng)能量的主要來(lái)源是太陽(yáng)的輻射能，它從根本上決定了地球、大氣熱狀態(tài)，從而成為制約大氣運(yùn)動(dòng)和其它大氣過(guò)程的能量，是產(chǎn)生各種大氣物理、大氣化學(xué)過(guò)程和天氣現(xiàn)象的根本原因，也是氣候形成的重要因子之一。引言大氣輻射學(xué)主要研究大氣中輻射傳輸?shù)幕疽?guī)律和物理過(guò)程，以第一節(jié)輻射概述輻射物質(zhì)以電磁波的形式放射能量，稱為輻射輻射是能量的一種形式，只要物質(zhì)溫度高于絕對(duì)零度就存在物質(zhì)既以電磁波形式放射能量，同時(shí)也不斷地吸收外界輻射物質(zhì)之間以輻射形式交換熱量，稱為輻射熱交換輻射平衡物體放出的輻射等于吸收的輻射時(shí)，稱為輻射平衡此時(shí)物體的熱狀態(tài)保持不變，溫度既不升高，也不降低如收支不相等，但仍能維持熱平衡狀態(tài)，稱為準(zhǔn)輻射平衡第一節(jié)輻射概述輻射一、輻射的概念輻射能量守恒：物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長(zhǎng)和物體的性質(zhì)而異。干空氣水汽紅外輻射物體這種對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射具有不同的吸收率、反射率和透射率的特性稱為物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射的選擇性

一、輻射的概念輻射能量守恒：第一節(jié)輻射概述輻射的波動(dòng)性輻射在傳播的過(guò)程中表現(xiàn)為波動(dòng)，物體時(shí)刻不停地放射和吸收電磁波。光的干涉、光的衍射充分證明光是一種波（光是電磁波）電磁波的波長(zhǎng)（λ）、頻率（f）和波速（v）關(guān)系為光速v=3*108m/sf的單位為赫茲(Hz)、λ的法定單位為納米(nm)1nm=10–9m、1nm=10-3μm頻率越高的波，則波長(zhǎng)越短第一節(jié)輻射概述輻射的波動(dòng)性第一節(jié)輻射概述電磁波譜將各種不同電磁波，按波長(zhǎng)（或頻率）的大小依次排列成一個(gè)譜，稱為電磁波譜。電磁波的波長(zhǎng)范圍很寬，從10-3

nm—1012nm可見(jiàn)光只是其中很窄的一段（紫藍(lán)青綠黃橙紅）大氣科學(xué)著重研究太陽(yáng)短波、地面長(zhǎng)波、大氣長(zhǎng)波氣象通訊用中短波、氣象探測(cè)是超高頻、氣象雷達(dá)用微波練習(xí)一：計(jì)算波長(zhǎng)為10厘米的多普勒雷達(dá)的工作頻率練習(xí)二：衛(wèi)星傳送云圖用的頻率是1697MHz，波長(zhǎng)是多少第一節(jié)輻射概述電磁波譜第一節(jié)輻射概述輻射的粒子性電磁波是由具有一定質(zhì)量、能量和動(dòng)量的微粒子（光量子）流組成的。光電效應(yīng)充分說(shuō)明了電磁波具有粒子性每個(gè)光量子的能量（EL）、頻率（f）、波長(zhǎng)（γ）的關(guān)系式如下：普朗克常數(shù)h=6.626*10-34J.s光量子能量高的物體，其輻射頻率也高第一節(jié)輻射概述輻射的粒子性第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位1、輻射度量的能量單位輻射通量單位時(shí)間通過(guò)任意面積上的輻射能量，單位J/s，即W輻射通量密度（輻射強(qiáng)度、輻射能力、放射能力）單位面積上的輻射通量，單位J/(s.m2)，即W/m2正規(guī)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間、通過(guò)單位面積上的輻射能量第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位2、輻射度量的光度單位光通量由于輻射能量而產(chǎn)生的光感覺(jué)的量，單位為流明lm光通量密度（輻射強(qiáng)度、輻射能力、放射能力）單位面積上的光通量，單位流明/m2照度單位面積上所接受的光通量，單位勒克斯lx第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位二、輻射能的度量輻射能φ——以輻射方式傳遞的能量，用符號(hào)φ表示，單位為焦耳(J)。輻射通量P——單位時(shí)間傳遞的輻射能。輻射通量密度F——指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的輻射能。輻射率I——單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)垂直于給定方向上單位面積的單位立體角內(nèi)的輻射能。輻射強(qiáng)度J——指點(diǎn)輻射源在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量。二、輻射能的度量輻射能φ——以輻射方式傳遞的能量，用符號(hào)φ表第一節(jié)輻射概述吸收率、透射率、反射率物體所吸收、反射和透射的輻射能量與投射到該物體表面上的總輻射能量之比，分別稱為吸收率（a）、反射率（r）和透射率（d）a+r+d=1，a、r、d都是無(wú)量綱的量a、r、d的大小，隨著物體的性質(zhì)和輻射的波長(zhǎng)而改變雪面反射短波輻射，但吸收長(zhǎng)波輻射干空氣對(duì)紅外線透明，但水汽強(qiáng)烈吸收紅外線第一節(jié)輻射概述吸收率、透射率、反射率一、輻射的概念輻射能量守恒：總輻射能＝吸收+反射+透射吸收率(a)：a=Qa/Q反射率(r)：r=Qr/Q透射率(d)：d=Qd/Q入射反射吸收透射一、輻射的概念輻射能量守恒：入射反射吸收透射第一節(jié)輻射概述不同植被對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率第一節(jié)輻射概述不同植被對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率第一節(jié)輻射概述黑體、灰體絕對(duì)黑體：對(duì)所有波長(zhǎng)的輻射能都能全部吸收的物體如果針對(duì)某一波長(zhǎng)能全部吸收，則此物體對(duì)該波長(zhǎng)為黑體非黑體的吸收率都小于1黑體不一定是黑顏色的物體灰體：吸收率小于1，但吸收率不隨波長(zhǎng)改變自然界中不存在真正的黑體和灰體第一節(jié)輻射概述黑體、灰體第二節(jié)、輻射基本定律Kirchhoff（基爾霍夫）定律（輻射平衡）物體對(duì)某波長(zhǎng)的放射能力與該波長(zhǎng)的吸收率之比，是溫度和波長(zhǎng)的普適函數(shù)，與物體其它性質(zhì)無(wú)關(guān)。eλ,T為物體對(duì)某波長(zhǎng)的放射能力（輻出度），aλ,T為對(duì)該波長(zhǎng)的吸收率。Eλ,T為針對(duì)同一波長(zhǎng)黑體放射能力，等于同一溫度下黑體的輻出度。相同溫度下，黑體的輻出度最大，某物體放射能力與黑體放射能力之比稱為比輻射率（吸收率）定律的物理意義對(duì)不同的物體，輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收能力也強(qiáng)；輻射能力弱的物體，其吸收能力也弱。對(duì)同一物體，如果在溫度T時(shí)，它輻射某一波長(zhǎng)的輻射，那么在同一溫度下它也吸收這一輻射。如果物體不吸收某波長(zhǎng)的輻射，也就不放射這個(gè)波長(zhǎng)的輻射。將物體的吸收能力、放射能力和黑體的放射能力聯(lián)系了起來(lái)，只要知道了某種物體的吸收率，也就知道了它的比輻射率。第二節(jié)、輻射基本定律Kirchhoff（基爾霍夫）定律（輻第二節(jié)、輻射基本定律Planck（普朗克）定律（黑體輻射）絕對(duì)黑體的輻射能力（輻射通量密度）Eλ,T為黑體的波長(zhǎng)λ和溫度,T的函數(shù)。v為光速，h為普朗克常數(shù)，e為自然對(duì)數(shù)的底波爾茲曼常數(shù)k=1.381*10-23J/K第二節(jié)、輻射基本定律Planck（普朗克）定律（黑體輻射）第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律任何溫度的黑體都會(huì)放射不同波長(zhǎng)的輻射。第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律溫度不同，黑體的放射能力不同，溫度越高，放射能力越強(qiáng)。任何溫度的黑體放射能力都有一個(gè)最大值，且溫度升高時(shí)，最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)越短。第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律不同溫度的黑體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍不同。即黑體輻射能力集中的波段不同。溫度越高，能量集中的波段越短。太陽(yáng)是短波，地球和大氣是長(zhǎng)波。第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律二、普朗克定律普朗克定律描述在任意溫度下，從一個(gè)黑體中發(fā)射的電磁輻射的輻射率與電磁輻射的頻率的關(guān)系它表示在幾種溫度下黑體輻射率隨波長(zhǎng)的變化。在大氣科學(xué)中，以4微米作為分界線，把太陽(yáng)輻射稱為短波輻射，而把地球和大氣的輻射稱為長(zhǎng)波輻射或紅外輻射。太陽(yáng)輻射（6000K）能量集中在0.17～4.0um，極值波長(zhǎng)為0.483um地氣系統(tǒng)輻射（300K）能量集中在3.3～80um，極值波長(zhǎng)為9.659um。二、普朗克定律普朗克定律第二節(jié)、輻射基本定律Stefan-Boltzmann(斯蒂芬-玻耳茲曼)定律（黑體輻射）黑體總放射能力與它本身的絕對(duì)溫度的四次方成正比斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)σ=5.67*10-8W/(m2?K4)物理意義根據(jù)表面溫度可以計(jì)算黑體放射能力，反之亦然一般而言，物體溫度越高，則其放射能力越強(qiáng)太陽(yáng)表面溫度為6000K，而地球表面的平均溫度為288K。因此，太陽(yáng)表面單位面積上放射的能量要比地球表面放射的能量大幾百萬(wàn)倍。第二節(jié)、輻射基本定律Stefan-Boltzmann(斯蒂芬第二節(jié)、輻射基本定律Wien(維恩)位移定律（黑體輻射）絕對(duì)黑體的放射能力最大值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，與其本身的絕對(duì)溫度成反比（黑體輻射光譜極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和溫度的乘積為一常數(shù)。）設(shè)波長(zhǎng)用nm，則常數(shù)C=2897*103nm?K物理意義：溫度越高，放射能量最大值的波長(zhǎng)越短；溫度越高，發(fā)出的光的顏色越“白”（由紅向紫）；高溫物體發(fā)射短波，低溫物體發(fā)射長(zhǎng)波。太陽(yáng)放射的最大輻射波長(zhǎng)0.483微米，而地球放射的最大輻射波長(zhǎng)為9.659微米。第二節(jié)、輻射基本定律Wien(維恩)位移定律（黑體輻射）不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系物理意義物體的溫度愈高，放射能量最大值的波長(zhǎng)愈短，隨著物體溫度不斷增高，最大輻射波長(zhǎng)由長(zhǎng)向短位移。太陽(yáng)輻射是短波輻射，人、地面和大氣輻射是長(zhǎng)波輻射。不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系物理意義物體的溫度愈高，輻射的基本規(guī)律輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收輻射的能力也強(qiáng)；反之，輻射能力弱的物體，吸收能力也弱。所有物體不論其溫度如何，都向外放射輻射能。高溫的太陽(yáng)和地球都在不停地向外輻射能量。溫度較高的物體單位面積放射的總能量，要比溫度低的物體放射多。物體溫度愈高，其放射的最大輻射的波長(zhǎng)愈短；反之，物體的溫度愈低，其放射的最大輻射波長(zhǎng)愈長(zhǎng)。輻射的基本規(guī)律輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收輻射的能力也強(qiáng)；反之，在地球上測(cè)得太陽(yáng)光譜的最大波長(zhǎng)，若把太陽(yáng)視為黑體，則太陽(yáng)表面溫度是

；若地球表面溫度為15℃，則地球最大放射能力的波長(zhǎng)為

。參考答案：6000K10微米設(shè)地球-大氣系統(tǒng)是一個(gè)半徑為r的求，可看做黑體，其有效溫度為T(mén)e，它向宇宙空間發(fā)射的長(zhǎng)波輻射為

在地球上測(cè)得太陽(yáng)光譜的最大波長(zhǎng)第二節(jié)、輻射基本定律關(guān)于輻射基本定律的課堂練習(xí)求溫度為27℃的物體的輻射強(qiáng)度和最大輻射波長(zhǎng)。試求溫度為4828K的物體的最大輻射波長(zhǎng)和光量子能量和頻率。試求太陽(yáng)（T=6000K）和地球大氣（t=7℃）的輻射強(qiáng)度和最大輻射波長(zhǎng)，并比較和討論計(jì)算結(jié)果。第二節(jié)、輻射基本定律關(guān)于輻射基本定律的課堂練習(xí)第三節(jié)太陽(yáng)輻射及其在大氣中

的衰弱一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)二、太陽(yáng)和地球三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱第三節(jié)太陽(yáng)輻射及其在大氣中

的一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)輻射能（太陽(yáng)輻射）太陽(yáng)時(shí)刻向周圍空間放射出的巨大能量稱為太陽(yáng)輻射單位時(shí)間內(nèi)投射于單位面積上的太陽(yáng)輻射能量，稱為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（太陽(yáng)輻射通量密度）單位：W/m2

或J/（s?m2）太陽(yáng)是地球和大氣最主要的能量來(lái)源地球內(nèi)部為萬(wàn)分之一，其它星體為億分之一一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)輻射能（太陽(yáng)輻射）一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)當(dāng)?shù)厍蛭挥谌盏仄骄嚯x時(shí)，在地球大氣上界投射到垂直于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度稱為太陽(yáng)常數(shù)，用S0表示。S0=1367W/M2太陽(yáng)常數(shù)的變化范圍為1325～1457W/M2之間太陽(yáng)輻射強(qiáng)度主要由太陽(yáng)高度角和大氣透明度決定大氣對(duì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和地面光照度都有減弱作用一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)設(shè)地球-大氣系統(tǒng)是一個(gè)半徑為r的球，對(duì)短波輻射的反射率是R，則其每秒接收的太陽(yáng)短波輻射為設(shè)地球-大氣系統(tǒng)是一個(gè)半徑為r的球，對(duì)短波輻射的反射率是R，二、太陽(yáng)和地球太陽(yáng)與地球的比較半徑為地球的109倍表面積為地球的1.19萬(wàn)倍體積為地球的130萬(wàn)倍質(zhì)量為地球的32.94萬(wàn)倍密度為地球的0.255倍太陽(yáng)與地球平均距離為14960萬(wàn)公里在地球上任何地方都可以將太陽(yáng)光線看作平行光線二、太陽(yáng)和地球太陽(yáng)與地球的比較二、太陽(yáng)和地球地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)地球每年繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一圈，形成四季地球每天繞南北軸線自轉(zhuǎn)一圈，形成晝夜地球赤道平面與公轉(zhuǎn)軌道平面夾角為23度27分公轉(zhuǎn)軌道為橢圓形，太陽(yáng)位于其中之一的焦點(diǎn)晝夜兩個(gè)半球的分界線稱為晨昏線二、太陽(yáng)和地球地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)二、太陽(yáng)和地球二、太陽(yáng)和地球二、太陽(yáng)和地球天文學(xué)四季劃分春分（春）夏至（夏）秋分（秋）冬至（冬）春分氣象上一般劃分春：3~5、夏：6~8、秋：9~11、冬：12~2氣候上精細(xì)劃分（張寶堃）結(jié)合天文學(xué)特點(diǎn)，以候平均溫度值來(lái)劃分10~22℃介于兩者之間為春、秋，高于22為夏，低于10為冬二、太陽(yáng)和地球天文學(xué)四季劃分三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角太陽(yáng)光線與地表水平面之間的夾角太陽(yáng)高度角越高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大早晚最小、中午最大；北半球冬至最小、夏至最大赤緯：太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度（太陽(yáng)光線與赤道平面夾角）春、秋分為0。，夏、冬至約為±23.5。，赤緯又稱太陽(yáng)傾角赤緯≈23.5sinN。，N為距春、秋分最近的天數(shù)，（間取正）時(shí)角：用角度表示的時(shí)間正午時(shí)為0。，上午<0，下午>0，春分日下午3時(shí)為45。三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式任意緯度、任意一天、任意時(shí)刻的太陽(yáng)高度角h為h為太陽(yáng)高度角，δ為觀測(cè)時(shí)赤緯Φ為觀測(cè)點(diǎn)緯度，ω為觀測(cè)時(shí)時(shí)角正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式任意緯度、任意一天、任意時(shí)刻的太陽(yáng)高度角h為h為太陽(yáng)高度角，δ為觀測(cè)時(shí)赤緯Φ為觀測(cè)點(diǎn)緯度，ω為觀測(cè)時(shí)時(shí)角正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式例題：分析太陽(yáng)高度角變化三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式例題：分析太陽(yáng)高度角變?nèi)?、太?yáng)高度角和晝長(zhǎng)可照時(shí)數(shù)日出至日沒(méi)的時(shí)數(shù)，即晝長(zhǎng)實(shí)照時(shí)數(shù)地面上用日照計(jì)實(shí)際測(cè)量的日照時(shí)數(shù)日照百分率實(shí)照時(shí)數(shù)與可照時(shí)數(shù)的百分比光照時(shí)間可照時(shí)間+曙暮光時(shí)間三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)可照時(shí)數(shù)三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)北半球晝長(zhǎng)規(guī)律相同緯度，晝長(zhǎng)隨季節(jié)變化，冬短夏長(zhǎng)晝長(zhǎng)夏季隨緯度升高加長(zhǎng)，冬季隨緯度升高縮短課堂練習(xí)推導(dǎo)公式3-14、3-15，并根據(jù)公式完成以下題目分析赤道上的不同季節(jié)的晝長(zhǎng)分析春、秋分時(shí)不同緯度的晝長(zhǎng)分析北半球永晝的條件分析北半球永夜的條件三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)北半球晝長(zhǎng)規(guī)律四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱三個(gè)因素：吸收、散射、反射太陽(yáng)輻射100到達(dá)地面43直接到達(dá)+散射到達(dá)大氣吸收14返回空間43地面反射+云層反射+大氣散射四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱吸收作用大氣某些成份選擇性地吸收太陽(yáng)輻射的某些波長(zhǎng)主要成份是臭氧、水汽、液態(tài)水和二氧化碳主要吸收帶位于太陽(yáng)輻射能量較小的區(qū)域液態(tài)水的吸收能力強(qiáng)于水汽大氣能量的主要來(lái)源不是吸收太陽(yáng)短波輻射四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱吸收作用大氣各成分的吸收光譜：氧氣：能微弱地吸收太陽(yáng)輻射。在波長(zhǎng)小于0.2微米處為一寬吸收帶，吸收能力較強(qiáng)；在0.69和0.76微米附近，各有一個(gè)窄吸收帶，吸收能力較弱。臭氧：在大氣中含量雖少，但對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收很強(qiáng)。在0.2~0.3微米為一強(qiáng)吸收帶，使小于0.29微米的太陽(yáng)輻射不能到達(dá)地面。在0.6微米附近又有一寬吸收帶，吸收能力雖然不強(qiáng)，但因位于太陽(yáng)輻射最強(qiáng)烈的輻射帶里，吸收的太陽(yáng)輻射還是相當(dāng)多的。水汽：吸收最強(qiáng)的是在紅外區(qū)，主要集中在0.93~2.85微米之間。最強(qiáng)的太陽(yáng)輻射能是短波部分，因此，水汽從總的太陽(yáng)輻射能里所吸收的能量是不多的。大氣各成分的吸收光譜：大氣各成分的吸收光譜二氧化碳：對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比較弱，僅對(duì)紅外區(qū)4.3微米附近的輻射吸收較強(qiáng)，但這一區(qū)域的太陽(yáng)輻射很微弱，被吸收后對(duì)整個(gè)太陽(yáng)輻射影響不大。氮?dú)猓何蘸苋?。大氣除吸收太?yáng)輻射外，也吸收地面和大氣發(fā)射的紅外輻射。在吸收地面和大氣紅外輻射的氣體中，二氧化碳,臭氧和水汽是最重要的。除氣體以外，大氣氣溶膠也吸收和散射部分太陽(yáng)輻射和紅外輻射。大氣各成分的吸收光譜四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣及主要成份的吸收光譜四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣及主要成份的吸收光譜四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱散射作用（瑞利散射、米散射、幾何光學(xué)散射）大氣中的各種質(zhì)點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)輻射四面八方的散射散射的主要作用是將太陽(yáng)輻射改變了方向散射的過(guò)程可以按質(zhì)點(diǎn)的直徑分為兩類四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱散射作用（瑞利散射、米散射、幾何光學(xué)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱分子散射前提：太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于質(zhì)點(diǎn)直徑瑞利公式（3-16）表明：入射光波長(zhǎng)短，則散射較強(qiáng)現(xiàn)象：晴天的天空是藍(lán)色的特點(diǎn)：四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱分子散射四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱粗粒散射前提：太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)大于質(zhì)點(diǎn)直徑散射對(duì)太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性現(xiàn)象：有云或較多塵埃的天空是灰白色的特點(diǎn)：四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱粗粒散射散射是指每一個(gè)散射分子或散射質(zhì)點(diǎn)將λ射的輻射重新向各方輻射出去的一種現(xiàn)象。散射只是改變輻射方向，使太陽(yáng)輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方傳播開(kāi)來(lái)。經(jīng)過(guò)散射之后，有一部分太陽(yáng)輻射就到不了地面。太陽(yáng)輻射遇到的是直徑比波長(zhǎng)小的空氣分子，則輻射的波長(zhǎng)愈短，被散射愈厲害。對(duì)于一定大小的分子來(lái)說(shuō)，散射能力與波長(zhǎng)的四次方成反比，這種散射是有選擇性的。散射是指每一個(gè)散射分子或散射質(zhì)點(diǎn)將λ射的輻射重新向各方輻射出四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱反射作用主要是云層、較大顆粒的塵埃反射對(duì)波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性高云25%中云50%低云65%薄云10%厚云90%平均55%四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱反射作用四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱因素決定于大氣層厚度、空氣中能吸散反的質(zhì)點(diǎn)數(shù)可以用大氣光學(xué)質(zhì)量、大氣透明系數(shù)分別描述四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱因素四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）定義1：地面為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，太陽(yáng)光垂直投射到地面所經(jīng)路程中單位截面上空氣柱的質(zhì)量。定義2：太陽(yáng)光通過(guò)大氣路徑的長(zhǎng)度與大氣鉛直厚度的比值。四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）主要取決于太陽(yáng)高度角h（面積、厚度）四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)透過(guò)一個(gè)大氣光學(xué)質(zhì)量后的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與透過(guò)前太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的比值。Bouguer–Lambert定律地表垂直于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨大氣透明系數(shù)增大而增大，隨大氣質(zhì)量增加而減小。四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)緯度越高，透明系數(shù)越高主要是由于高緯地區(qū)水汽和雜質(zhì)較少的原因四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)波長(zhǎng)越短，大氣的透明系數(shù)越高紅色光的透明程度比藍(lán)色光要好四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)大氣光學(xué)質(zhì)量數(shù)越大，大氣透明系數(shù)越高主要是由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的選擇吸收和散射造成的但是透過(guò)的輻射能仍然是減少的四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射單位時(shí)間內(nèi)以平行光的形式投射到地表單位水平面積上的太陽(yáng)輻射能，用S′表示主要受大氣透明系數(shù)、太陽(yáng)高度角、大氣質(zhì)量影響第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射單位時(shí)間內(nèi)以散射光的形式投射到地表單位水平面積上的太陽(yáng)輻射能，用S′表示主要受大氣透明系數(shù)、太陽(yáng)高度角、大氣質(zhì)量影響第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)總輻射及其影響因素太陽(yáng)總輻射=太陽(yáng)直接輻射+天空散射輻射主要影響因素太陽(yáng)高度角大氣透明度大氣光學(xué)質(zhì)量緯度、海拔、坡向坡度云的形狀、云的厚度第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)總輻射及其影響因素一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射無(wú)大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：天文輻射：無(wú)大氣時(shí)到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射上式表明，某時(shí)刻到達(dá)某地的太陽(yáng)輻射通量密度與當(dāng)時(shí)的日地距離平方成反比，與太陽(yáng)高度角的正弦成正比。一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射無(wú)大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射有大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：在有大氣的情況，由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的消光作用，到達(dá)地表的太陽(yáng)直接輻射有所減弱。由上式可以看出，由于太陽(yáng)常數(shù)變化很小以及日地距離的變化影響不大，所以太陽(yáng)直接輻射的大小主要是有太陽(yáng)高度角和大氣透明系數(shù)決定的。直接輻射隨太陽(yáng)高度角的增大而增加。直接輻射隨著大氣透明系數(shù)的改變而改變，當(dāng)大氣中的水汽、雜質(zhì)等含量愈多時(shí)，太陽(yáng)輻射被削弱的愈多。

一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射有大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)直接輻射的變化：直接輻射有顯著的日變化。正午最大，午后小于午前，最小值是日出日落時(shí)刻。

直接輻射也有顯著的年變化，這種變化主要決定于太陽(yáng)高度角的年變化。夏季最大，冬季最小。直接輻射的月平均值的最大值出現(xiàn)在春未夏初的季節(jié)。直接輻射還隨緯度而改變。冬半年北半球隨緯度增高而減少。夏半年，隨緯度增高而增長(zhǎng)，但因太陽(yáng)高度角較小直接輻射量仍然不大，全年直接輻射的最大值出現(xiàn)在北回歸線附近。一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)直接輻射的變化：二、到達(dá)地表的太陽(yáng)散射輻射由于大氣的存在，到達(dá)地表的輻射隨太陽(yáng)直接輻射外，還有從天空各方向散射而來(lái)的大陽(yáng)散射輻射。散射輻射來(lái)自整個(gè)半球天空，又稱天空輻射。天空輻射的大小取決于太陽(yáng)高度角、大氣透明系數(shù)、云量、海拔高度，并受地面反射率影響，其變化范圍較大。散射輻射一般比直接輻射弱，但有時(shí)散射輻射會(huì)大于直接輻射。例如在高緯度地區(qū)，散射輻射甚至比直接輻射大幾倍，一般在中緯度，散射輻射只有直接輻射的35—90%。二、到達(dá)地表的太陽(yáng)散射輻射由于大氣的存在，到達(dá)地表的輻射隨三、地面總輻射地面總輻射——到達(dá)地表的太陽(yáng)直接輻射與散射輻射之和稱為地面總輻射一年之內(nèi)，總輻射在夏季最大，冬季最小。總輻射的緯度分布，一般是緯度愈低，總輻射愈大。三、地面總輻射地面總輻射三、地面總輻射一個(gè)地區(qū)總輻射的日總量和年總量，即一日或一年之內(nèi)收受輻射能量的總值，是形在一地區(qū)氣候條件的基本因素。總輻射的年變化情況和太陽(yáng)直接輻射的年變化基本一致，中高緯度地區(qū)最大值出現(xiàn)在夏季月份，最小值出現(xiàn)在冬季月份；赤道地區(qū)，一年中有兩個(gè)最大值分別出現(xiàn)在春分和秋分，如圖2.18所示?？傒椛涞娜湛偭侩S緯度的分布，一般是由高緯向低緯增加，如圖2.19所示。

三、地面總輻射一個(gè)地區(qū)總輻射的日總量和年總量，即一日或一年之第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射到達(dá)地面太陽(yáng)輻射，大部分被吸收，小部分被反射深色土壤比淺色土壤的反射率小潮濕土壤比干燥土壤的反射率小粗糙表面比光滑表面的反射率小陳雪比新雪的反射率小水面平均反射率比陸面平均反射率小地球表面的平均反射率為5%第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射大氣科學(xué)概論大氣輻射課件大氣科學(xué)概論大氣輻射課件第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射光譜定義太陽(yáng)輻射能隨波長(zhǎng)的分布曲線稱為太陽(yáng)輻射光譜。紫外區(qū)(<400nm)占7%有化學(xué)效應(yīng)紅外區(qū)(>760nm)占43%有熱效應(yīng)可見(jiàn)光區(qū)最大，占50%有光效應(yīng)太陽(yáng)輻射光譜定義太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜天空散射輻射太陽(yáng)輻射光譜天空散射輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)總輻射的變化特點(diǎn)總輻射為直接輻射和散射輻射之和，一般而言，直接輻射是總輻射的主要部份；日出前只有散射輻射，日出后直接輻射和散射輻射會(huì)同時(shí)增加，但直接輻射增加的較快，h為8度時(shí)相等；有云時(shí)，由于占總輻射的比例不同，直接輻射的減少比散射輻射的增強(qiáng)要多一些，因此總輻射仍然會(huì)減少。太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)總輻射的變化特點(diǎn)第五節(jié)地球輻射一、地面、云和大氣的長(zhǎng)波輻射二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收三、地面有效輻射四、長(zhǎng)波射出輻射第五節(jié)地球輻射一、地面、云和大氣的長(zhǎng)波輻射引言：地面能吸收太陽(yáng)短波輻射，同時(shí)按其本身的溫度不斷向外放射長(zhǎng)波輻射。大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射吸收很少，但對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射卻能強(qiáng)烈吸收。大氣也按其本身的溫度向外放射長(zhǎng)波輻射，地面和大氣之間以及氣層和氣層之間相互交換熱量，并將熱量向宇宙空間散發(fā)。地球－大氣系統(tǒng)包括地面、各種氣體分子以及云和氣溶膠。地球－大氣系統(tǒng)所處的溫度為200～300K，其輻射能量主要集中在4～120um之間，常稱為長(zhǎng)波輻射或地球輻射。

引言：一、地面輻射由于地面對(duì)于長(zhǎng)波輻射的吸收率接近于1，所以，可以將其近似地視為灰體。根據(jù)基爾霍夫定律和斯蒂芬－玻爾茲曼定律：地面輻射通量密度主要取決于地面溫度。FE

=σT4一、地面輻射由于地面對(duì)于長(zhǎng)波輻射的吸收率接近于1，所以，可二、云的輻射云對(duì)太陽(yáng)輻射的作用主要是散射，還有反射。對(duì)于紅外輻射，一定厚度的云可簡(jiǎn)單地當(dāng)作黑體看待。云底構(gòu)成對(duì)來(lái)自地面和低層大氣向上輻射的吸收表面，云頂則構(gòu)成另一表面，該表面通過(guò)大氣窗區(qū)向太空放射輻射能。二、云的輻射三、大氣輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收很小，它主要是通過(guò)吸收地面紅外輻射而維持其溫度的，據(jù)估計(jì)，它能吸收地面輻射的75～95%，而吸收這些輻射的又幾乎全是貼近地面及40～50m厚的氣層。大氣中吸收紅外輻射主要是水汽和液態(tài)水，此外還有一些微量氣體，如O3

、CO2

等。大氣輻射的強(qiáng)弱解決定于大氣溫度，又決定于大氣濕度和云況。大氣輻射的強(qiáng)弱解決定于大氣溫度，又決定于大氣濕度和云況。大氣逆輻射大氣輻射一部分向上進(jìn)入太空，一部分向下到達(dá)地面，向下到達(dá)地面的大氣輻射稱為大氣逆輻射三、大氣輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的直接吸收很小，它主要是通過(guò)吸收三、大氣輻射大氣溫室效應(yīng)：大氣對(duì)太陽(yáng)輻射吸收很小，結(jié)果讓大量的太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣到達(dá)地面，而大氣又強(qiáng)烈地吸收地面紅外輻射而增熱，并以大氣逆輻射的方式返回一部分給地面，使得地面不致失熱過(guò)多，大氣的這種作用猶如花房的保暖作用，所以稱為大氣溫室效應(yīng)，也稱大氣效應(yīng)。三、大氣輻射大氣溫室效應(yīng)：二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收對(duì)吸收起重要作用的是水汽、二氧化碳、臭氧8~12微米的波段，稱為“大氣窗口”二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收對(duì)吸收起重要作用的是水汽、二氧化碳、二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收大氣長(zhǎng)波輻射與太陽(yáng)輻射的比較太陽(yáng)是平行光定向輻射、地面和大氣是散射輻射研究太陽(yáng)輻射傳播時(shí)，僅考慮大氣減弱作用，沒(méi)考慮大氣本身的輻射影響；但研究長(zhǎng)波輻射傳播時(shí)，必須考慮大氣的吸收和輻射（為什么？）長(zhǎng)波輻射在大氣中傳播時(shí)可以不考慮散射輻射作用大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收比其對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收大得多二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收大氣長(zhǎng)波輻射與太陽(yáng)輻射的比較二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收大氣逆輻射大氣輻射指向地面的部分稱為大氣逆輻射大氣保溫效應(yīng)太陽(yáng)短波輻射可通過(guò)大氣到達(dá)地面（易進(jìn)）地面長(zhǎng)波輻射絕大部份被大氣吸收（難出）大氣的逆輻射使地面溫度有所升高（保溫）以上特性就稱為大氣保溫效應(yīng)理論計(jì)算地面溫度為-23℃，但實(shí)際為15℃二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收大氣逆輻射三、地面有效輻射地面發(fā)射輻射與吸收輻射之差值正值表示地表失去熱量常常如此，因地面溫度常高于大氣溫度影響因子有地面溫度、空氣溫度、空氣濕度和云況在濕熱天氣時(shí)，比干冷時(shí)要小在有云覆蓋時(shí)，比晴朗時(shí)要小在空氣混濁時(shí)，比干潔時(shí)要小在夜間風(fēng)大時(shí)，比無(wú)風(fēng)時(shí)要小在海撥較低時(shí)，比較高時(shí)要小在植物覆蓋時(shí)，比裸露時(shí)要小在逆溫存在時(shí)，比正常時(shí)要小三、地面有效輻射地面發(fā)射輻射與吸收輻射之差值有效輻射地面有效輻射是指地面輻射和地面所吸收的大氣逆輻射之差。地面有效輻射就是地面輻射和地面所吸收的大氣逆輻射之間的差值。通常，地面溫度高于大氣溫度，所以地面輻射要比大氣逆輻射強(qiáng)。地面有效輻射的大小主要決定于下墊面溫度、空氣溫度、濕度和云況，在其它條件不變的情況下，地面溫度越高，地面輻射越強(qiáng)，有效輻射也愈大。氣溫越高，絕對(duì)濕度愈大；天空中云愈多愈密，則大氣輻射愈強(qiáng)，故有效輻射愈小。有效輻射地面有效輻射是指地面輻射和地面所吸收的大氣逆輻射之四、長(zhǎng)波射出輻射地氣系統(tǒng)進(jìn)入宇宙空間的長(zhǎng)波輻射地面長(zhǎng)波輻射被大氣層吸收后射向宇宙的云和大氣層射向宇宙的部分可以用對(duì)流層頂凈向上輻射表示夏季少、冬季多高緯少、低緯多四、長(zhǎng)波射出輻射地氣系統(tǒng)進(jìn)入宇宙空間的長(zhǎng)波輻射一、地面輻射差額地面由于吸收太陽(yáng)總輻射和大氣逆輻射而增加熱量，同時(shí)又向外放射長(zhǎng)波輻射而損失熱量。地面收入輻射能對(duì)口支出，輻射能的差值稱為地面輻射差額。地面輻射差額決定于太陽(yáng)總輻射SG和地面有效輻射F。地面輻射能量的收支，決定于地面的輻射差額。

第六節(jié)輻射差額和能量平衡一、地面輻射差額第六節(jié)輻射差額和能量平衡定義輻射差額（凈輻射）=收入輻射能-支出輻射能種類地面輻射差額大氣輻射差額地氣系統(tǒng)輻射差額定義一、地面輻射差額凡是影響太陽(yáng)總輻射和地面有效輻射的因子都能影響地面輻射差額FB。白天總輻射最為重要，這時(shí)地面輻射差額與總輻射和變化規(guī)律類似，即總輻射大，F(xiàn)B也大。夜間，地面有效輻射起主要作用，地面輻射差額的變化與有效輻射的變化規(guī)律正好相反。地面輻射差額由正值變?yōu)樨?fù)值和由負(fù)值變?yōu)檎档臅r(shí)間分別在日沒(méi)前和日出后1小時(shí)左右。一、地面輻射差額凡是影響太陽(yáng)總輻射和地面有效輻射的因子都能影大氣科學(xué)概論大氣輻射課件一、地面輻射差額地面輻射差額具有日變化和年變化。一般夜間為負(fù)，白天為正，由負(fù)值轉(zhuǎn)到正值的時(shí)刻一般在日出后1h，由正值轉(zhuǎn)到負(fù)值的時(shí)刻一般在日落前1～1.5h。在一年中，一般夏季輻射差額為正，冬季為負(fù)值，最大值出現(xiàn)在較暖的月份，最小值出現(xiàn)在較冷的月份。地面輻射差額的年變化隨緯度而異，緯度愈低，輻射差額保持正值的月份愈多，反之，緯度越高，差額保持正值的月份愈少。一、地面輻射差額地面輻射差額具有日變化和年變化。大氣科學(xué)概論大氣輻射課件二、地面能量平衡地表面除了輻射造成的能量收支外，還有地表和貼地層空氣的熱量交換(感熱)，地表和深層土壤之間的熱交換和因相變(地表水分蒸發(fā))引起的地表能量損失(潛熱)等項(xiàng)。用Hal表示地表凈能量通量，則

式中Rs為地表凈短波輻射通量，Rl為凈長(zhǎng)波輻射通量(地面有效輻射)，Hs為地表感熱通量，He為地表潛熱通量，Hm為流進(jìn)土壤深層的熱量。當(dāng)Hal為正時(shí)，地表獲得能量，地表溫度上升，當(dāng)Hal為負(fù)時(shí)，地面失去能量，地表溫度下降，當(dāng)Hal為零時(shí)，即地表達(dá)到能量平衡時(shí)，地表溫度不變。

二、地面能量平衡地表面除了輻射造成的能量收支外，還有地表和二、地面能量平衡地表溫度是非常重要的參數(shù)，它通過(guò)影響地氣間熱量交換來(lái)影響大氣環(huán)流。地表能量平衡條件因下墊面的性質(zhì)而有很大差別。陸地的熱容量小，在能量平衡發(fā)生變化時(shí)能作出快速反應(yīng)，因此陸地上氣溫變化較大；與陸地相反，水的熱容量大，又能流動(dòng)，因此海洋在白天或夏天將太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)，到了夜里或冬天將儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)，因而海洋上空氣的溫度變化不大。二、地面能量平衡地表溫度是非常重要的參數(shù)，它通過(guò)影響地氣間熱二、地面能量平衡由于海陸差別，夏季大陸上氣溫高于附近海洋，冬季大陸氣溫低于海洋氣溫，這種因海陸分布引起的對(duì)流層水平溫度梯度的季節(jié)性轉(zhuǎn)換，是引起大規(guī)模的季風(fēng)環(huán)流的主要原因之一。二、地面能量平衡由于海陸差別，夏季大陸上氣溫高于附近海洋，冬三、氣溫的日變化氣溫日變化的特點(diǎn)：一天中有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值，最高值出現(xiàn)在午后2點(diǎn)鐘左右，最低值出現(xiàn)在清晨日出前后。三、氣溫的日變化氣溫日變化的特點(diǎn)：三、氣溫的日變化由于高緯地區(qū)太陽(yáng)輻射的日變化比地緯地區(qū)小，因此一般說(shuō)來(lái)，高緯地區(qū)氣溫日較差比低緯地區(qū)要高。氣溫日較差隨季節(jié)的變化，以中緯度最為顯著，那里的輻射日變化夏季比冬季大得多，因此氣溫日較差夏季大于冬季。下墊面對(duì)氣溫日較差有顯著的影響，地形對(duì)氣溫日較差也有一定影響，此外，氣溫日較差的大小還受天氣情況影響。三、氣溫的日變化由于高緯地區(qū)太陽(yáng)輻射的日變化比地緯地區(qū)小，因四、氣溫的年變化氣溫年變化的特點(diǎn)是，一年中有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值。中高緯度大陸上氣溫以7月份為最高，1月份最低。海洋上氣溫以8月份為最高,2月份為最低。四、氣溫的年變化氣溫年變化的特點(diǎn)是，一年中有一個(gè)最高值和一四、氣溫的年變化一年中月平均氣溫最高值與最低值之差,稱為氣溫年較差。年較差的大小與緯度和地表性質(zhì)等因素有關(guān)。氣溫年較差由低緯向高緯增加。如果以同緯度的海陸相比,陸上氣溫年較差比海上大的得多。四、氣溫的年變化一年中月平均氣溫最高值與最低值之差,稱為氣溫大氣科學(xué)概論大氣輻射課件地氣系統(tǒng)能量平衡地氣系統(tǒng)的輻射差額地氣系統(tǒng)的收入部分是地面及大氣所吸收的太陽(yáng)輻射支出部分是地面和大氣向宇宙空間放射的紅外輻射之和地氣系統(tǒng)的輻射差額即為總的能量收入與總的能量支出之差。地氣系統(tǒng)的輻射差額在各個(gè)緯度是不同的,有的大于零,有的小于零。但就整個(gè)地球而言,其長(zhǎng)期平均值為零。全球通過(guò)大氣上界的凈能量通量很小,全球地面凈能量通量也非常小,整個(gè)地氣系統(tǒng)非常接近輻射平衡。地氣系統(tǒng)能量平衡地氣系統(tǒng)的輻射差額大氣科學(xué)概論大氣輻射課件第六節(jié)輻射差額和能量平衡地面輻射差額到達(dá)地面總輻射與有效輻射的差額Rg

為地面輻射差額Q為太陽(yáng)直接輻射q為太陽(yáng)散射輻射a為地面對(duì)總輻射的反射率F0

為地面有效輻射第六節(jié)輻射差額和能量平衡地面輻射差額第六節(jié)輻射差額和能量平衡地面輻射差額的日變化與年變化第六節(jié)輻射差額和能量平衡地面輻射差額的日變化與年變化

大氣輻射差額

整層大氣輻射差額

某一氣層大氣輻射差額

Ra

為整個(gè)大氣層的輻射差額

qa

為大氣吸收的太陽(yáng)短波輻射

F0

為地面的有效輻射

F∞

為大氣上界的有效輻射

第六節(jié)輻射差額和能量平衡

大氣輻射差額

整層大氣輻射差額

某一氣層大氣輻射差額

大氣輻射差額

對(duì)P49圖3.20的特別提示

大氣長(zhǎng)波輻射

整層大氣有效輻射

大氣凈輻射

凈輻射就是輻射差額

大氣輻射差額

大氣吸收太陽(yáng)短波輻射第六節(jié)輻射差額和能量平衡大氣輻射差額

對(duì)P49圖3.20的特別提示

大氣長(zhǎng)波輻射

整第六節(jié)輻射差額和能量平衡地氣系統(tǒng)輻射差額地氣系統(tǒng)輻射差額=地面輻射差額+大氣輻射差額整個(gè)地氣系統(tǒng)的長(zhǎng)年平均為零兩極全年均為負(fù)值赤道全年均為正值大部分地區(qū)冬季為負(fù)值、夏季為正值第六節(jié)輻射差額和能量平衡地氣系統(tǒng)輻射差額第七節(jié)地氣系統(tǒng)能量平衡太陽(yáng)輻射輸入：大氣上界：100大氣吸收：20大氣反射：26地面反射：4到達(dá)地表：50第七節(jié)地氣系統(tǒng)能量平衡太陽(yáng)輻射輸入：地氣系統(tǒng)能量平衡地面能量收支：地氣系統(tǒng)能量平衡地面地氣系統(tǒng)能量平衡大氣：能量收支：地氣系統(tǒng)能量平衡大氣：地氣系統(tǒng)能量平衡.地-氣系統(tǒng)能量收支：地氣系統(tǒng)能量平衡.地-氣系統(tǒng)大氣科學(xué)概論大氣輻射課件大氣科學(xué)概論第七章大氣輻射大氣科學(xué)概論第七章大氣輻射第七章大氣輻射第一節(jié)輻射概述第二節(jié)熱輻射的基本定律第三節(jié)太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰弱第四節(jié)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射第五節(jié)地球輻射第六節(jié)地面輻射差額和能量平衡第七節(jié)地氣系統(tǒng)的能量平衡第七章大氣輻射第一節(jié)輻射概述引言大氣輻射學(xué)主要研究大氣中輻射傳輸?shù)幕疽?guī)律和物理過(guò)程，以及地球大氣系統(tǒng)的輻射能量收支問(wèn)題。地球大氣系統(tǒng)能量的主要來(lái)源是太陽(yáng)的輻射能，它從根本上決定了地球、大氣熱狀態(tài)，從而成為制約大氣運(yùn)動(dòng)和其它大氣過(guò)程的能量，是產(chǎn)生各種大氣物理、大氣化學(xué)過(guò)程和天氣現(xiàn)象的根本原因，也是氣候形成的重要因子之一。引言大氣輻射學(xué)主要研究大氣中輻射傳輸?shù)幕疽?guī)律和物理過(guò)程，以第一節(jié)輻射概述輻射物質(zhì)以電磁波的形式放射能量，稱為輻射輻射是能量的一種形式，只要物質(zhì)溫度高于絕對(duì)零度就存在物質(zhì)既以電磁波形式放射能量，同時(shí)也不斷地吸收外界輻射物質(zhì)之間以輻射形式交換熱量，稱為輻射熱交換輻射平衡物體放出的輻射等于吸收的輻射時(shí)，稱為輻射平衡此時(shí)物體的熱狀態(tài)保持不變，溫度既不升高，也不降低如收支不相等，但仍能維持熱平衡狀態(tài)，稱為準(zhǔn)輻射平衡第一節(jié)輻射概述輻射一、輻射的概念輻射能量守恒：物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長(zhǎng)和物體的性質(zhì)而異。干空氣水汽紅外輻射物體這種對(duì)不同波長(zhǎng)的輻射具有不同的吸收率、反射率和透射率的特性稱為物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射的選擇性

一、輻射的概念輻射能量守恒：第一節(jié)輻射概述輻射的波動(dòng)性輻射在傳播的過(guò)程中表現(xiàn)為波動(dòng)，物體時(shí)刻不停地放射和吸收電磁波。光的干涉、光的衍射充分證明光是一種波（光是電磁波）電磁波的波長(zhǎng)（λ）、頻率（f）和波速（v）關(guān)系為光速v=3*108m/sf的單位為赫茲(Hz)、λ的法定單位為納米(nm)1nm=10–9m、1nm=10-3μm頻率越高的波，則波長(zhǎng)越短第一節(jié)輻射概述輻射的波動(dòng)性第一節(jié)輻射概述電磁波譜將各種不同電磁波，按波長(zhǎng)（或頻率）的大小依次排列成一個(gè)譜，稱為電磁波譜。電磁波的波長(zhǎng)范圍很寬，從10-3

nm—1012nm可見(jiàn)光只是其中很窄的一段（紫藍(lán)青綠黃橙紅）大氣科學(xué)著重研究太陽(yáng)短波、地面長(zhǎng)波、大氣長(zhǎng)波氣象通訊用中短波、氣象探測(cè)是超高頻、氣象雷達(dá)用微波練習(xí)一：計(jì)算波長(zhǎng)為10厘米的多普勒雷達(dá)的工作頻率練習(xí)二：衛(wèi)星傳送云圖用的頻率是1697MHz，波長(zhǎng)是多少第一節(jié)輻射概述電磁波譜第一節(jié)輻射概述輻射的粒子性電磁波是由具有一定質(zhì)量、能量和動(dòng)量的微粒子（光量子）流組成的。光電效應(yīng)充分說(shuō)明了電磁波具有粒子性每個(gè)光量子的能量（EL）、頻率（f）、波長(zhǎng)（γ）的關(guān)系式如下：普朗克常數(shù)h=6.626*10-34J.s光量子能量高的物體，其輻射頻率也高第一節(jié)輻射概述輻射的粒子性第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位1、輻射度量的能量單位輻射通量單位時(shí)間通過(guò)任意面積上的輻射能量，單位J/s，即W輻射通量密度（輻射強(qiáng)度、輻射能力、放射能力）單位面積上的輻射通量，單位J/(s.m2)，即W/m2正規(guī)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間、通過(guò)單位面積上的輻射能量第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位2、輻射度量的光度單位光通量由于輻射能量而產(chǎn)生的光感覺(jué)的量，單位為流明lm光通量密度（輻射強(qiáng)度、輻射能力、放射能力）單位面積上的光通量，單位流明/m2照度單位面積上所接受的光通量，單位勒克斯lx第一節(jié)輻射概述輻射的度量與單位二、輻射能的度量輻射能φ——以輻射方式傳遞的能量，用符號(hào)φ表示，單位為焦耳(J)。輻射通量P——單位時(shí)間傳遞的輻射能。輻射通量密度F——指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的輻射能。輻射率I——單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)垂直于給定方向上單位面積的單位立體角內(nèi)的輻射能。輻射強(qiáng)度J——指點(diǎn)輻射源在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量。二、輻射能的度量輻射能φ——以輻射方式傳遞的能量，用符號(hào)φ表第一節(jié)輻射概述吸收率、透射率、反射率物體所吸收、反射和透射的輻射能量與投射到該物體表面上的總輻射能量之比，分別稱為吸收率（a）、反射率（r）和透射率（d）a+r+d=1，a、r、d都是無(wú)量綱的量a、r、d的大小，隨著物體的性質(zhì)和輻射的波長(zhǎng)而改變雪面反射短波輻射，但吸收長(zhǎng)波輻射干空氣對(duì)紅外線透明，但水汽強(qiáng)烈吸收紅外線第一節(jié)輻射概述吸收率、透射率、反射率一、輻射的概念輻射能量守恒：總輻射能＝吸收+反射+透射吸收率(a)：a=Qa/Q反射率(r)：r=Qr/Q透射率(d)：d=Qd/Q入射反射吸收透射一、輻射的概念輻射能量守恒：入射反射吸收透射第一節(jié)輻射概述不同植被對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率第一節(jié)輻射概述不同植被對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率第一節(jié)輻射概述黑體、灰體絕對(duì)黑體：對(duì)所有波長(zhǎng)的輻射能都能全部吸收的物體如果針對(duì)某一波長(zhǎng)能全部吸收，則此物體對(duì)該波長(zhǎng)為黑體非黑體的吸收率都小于1黑體不一定是黑顏色的物體灰體：吸收率小于1，但吸收率不隨波長(zhǎng)改變自然界中不存在真正的黑體和灰體第一節(jié)輻射概述黑體、灰體第二節(jié)、輻射基本定律Kirchhoff（基爾霍夫）定律（輻射平衡）物體對(duì)某波長(zhǎng)的放射能力與該波長(zhǎng)的吸收率之比，是溫度和波長(zhǎng)的普適函數(shù)，與物體其它性質(zhì)無(wú)關(guān)。eλ,T為物體對(duì)某波長(zhǎng)的放射能力（輻出度），aλ,T為對(duì)該波長(zhǎng)的吸收率。Eλ,T為針對(duì)同一波長(zhǎng)黑體放射能力，等于同一溫度下黑體的輻出度。相同溫度下，黑體的輻出度最大，某物體放射能力與黑體放射能力之比稱為比輻射率（吸收率）定律的物理意義對(duì)不同的物體，輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收能力也強(qiáng)；輻射能力弱的物體，其吸收能力也弱。對(duì)同一物體，如果在溫度T時(shí)，它輻射某一波長(zhǎng)的輻射，那么在同一溫度下它也吸收這一輻射。如果物體不吸收某波長(zhǎng)的輻射，也就不放射這個(gè)波長(zhǎng)的輻射。將物體的吸收能力、放射能力和黑體的放射能力聯(lián)系了起來(lái)，只要知道了某種物體的吸收率，也就知道了它的比輻射率。第二節(jié)、輻射基本定律Kirchhoff（基爾霍夫）定律（輻第二節(jié)、輻射基本定律Planck（普朗克）定律（黑體輻射）絕對(duì)黑體的輻射能力（輻射通量密度）Eλ,T為黑體的波長(zhǎng)λ和溫度,T的函數(shù)。v為光速，h為普朗克常數(shù)，e為自然對(duì)數(shù)的底波爾茲曼常數(shù)k=1.381*10-23J/K第二節(jié)、輻射基本定律Planck（普朗克）定律（黑體輻射）第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律任何溫度的黑體都會(huì)放射不同波長(zhǎng)的輻射。第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律溫度不同，黑體的放射能力不同，溫度越高，放射能力越強(qiáng)。任何溫度的黑體放射能力都有一個(gè)最大值，且溫度升高時(shí)，最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)越短。第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律不同溫度的黑體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍不同。即黑體輻射能力集中的波段不同。溫度越高，能量集中的波段越短。太陽(yáng)是短波，地球和大氣是長(zhǎng)波。第二節(jié)、輻射基本定律Planck定律二、普朗克定律普朗克定律描述在任意溫度下，從一個(gè)黑體中發(fā)射的電磁輻射的輻射率與電磁輻射的頻率的關(guān)系它表示在幾種溫度下黑體輻射率隨波長(zhǎng)的變化。在大氣科學(xué)中，以4微米作為分界線，把太陽(yáng)輻射稱為短波輻射，而把地球和大氣的輻射稱為長(zhǎng)波輻射或紅外輻射。太陽(yáng)輻射（6000K）能量集中在0.17～4.0um，極值波長(zhǎng)為0.483um地氣系統(tǒng)輻射（300K）能量集中在3.3～80um，極值波長(zhǎng)為9.659um。二、普朗克定律普朗克定律第二節(jié)、輻射基本定律Stefan-Boltzmann(斯蒂芬-玻耳茲曼)定律（黑體輻射）黑體總放射能力與它本身的絕對(duì)溫度的四次方成正比斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)σ=5.67*10-8W/(m2?K4)物理意義根據(jù)表面溫度可以計(jì)算黑體放射能力，反之亦然一般而言，物體溫度越高，則其放射能力越強(qiáng)太陽(yáng)表面溫度為6000K，而地球表面的平均溫度為288K。因此，太陽(yáng)表面單位面積上放射的能量要比地球表面放射的能量大幾百萬(wàn)倍。第二節(jié)、輻射基本定律Stefan-Boltzmann(斯蒂芬第二節(jié)、輻射基本定律Wien(維恩)位移定律（黑體輻射）絕對(duì)黑體的放射能力最大值對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，與其本身的絕對(duì)溫度成反比（黑體輻射光譜極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)和溫度的乘積為一常數(shù)。）設(shè)波長(zhǎng)用nm，則常數(shù)C=2897*103nm?K物理意義：溫度越高，放射能量最大值的波長(zhǎng)越短；溫度越高，發(fā)出的光的顏色越“白”（由紅向紫）；高溫物體發(fā)射短波，低溫物體發(fā)射長(zhǎng)波。太陽(yáng)放射的最大輻射波長(zhǎng)0.483微米，而地球放射的最大輻射波長(zhǎng)為9.659微米。第二節(jié)、輻射基本定律Wien(維恩)位移定律（黑體輻射）不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系物理意義物體的溫度愈高，放射能量最大值的波長(zhǎng)愈短，隨著物體溫度不斷增高，最大輻射波長(zhǎng)由長(zhǎng)向短位移。太陽(yáng)輻射是短波輻射，人、地面和大氣輻射是長(zhǎng)波輻射。不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系物理意義物體的溫度愈高，輻射的基本規(guī)律輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收輻射的能力也強(qiáng)；反之，輻射能力弱的物體，吸收能力也弱。所有物體不論其溫度如何，都向外放射輻射能。高溫的太陽(yáng)和地球都在不停地向外輻射能量。溫度較高的物體單位面積放射的總能量，要比溫度低的物體放射多。物體溫度愈高，其放射的最大輻射的波長(zhǎng)愈短；反之，物體的溫度愈低，其放射的最大輻射波長(zhǎng)愈長(zhǎng)。輻射的基本規(guī)律輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收輻射的能力也強(qiáng)；反之，在地球上測(cè)得太陽(yáng)光譜的最大波長(zhǎng)，若把太陽(yáng)視為黑體，則太陽(yáng)表面溫度是

；若地球表面溫度為15℃，則地球最大放射能力的波長(zhǎng)為

。參考答案：6000K10微米設(shè)地球-大氣系統(tǒng)是一個(gè)半徑為r的求，可看做黑體，其有效溫度為T(mén)e，它向宇宙空間發(fā)射的長(zhǎng)波輻射為

在地球上測(cè)得太陽(yáng)光譜的最大波長(zhǎng)第二節(jié)、輻射基本定律關(guān)于輻射基本定律的課堂練習(xí)求溫度為27℃的物體的輻射強(qiáng)度和最大輻射波長(zhǎng)。試求溫度為4828K的物體的最大輻射波長(zhǎng)和光量子能量和頻率。試求太陽(yáng)（T=6000K）和地球大氣（t=7℃）的輻射強(qiáng)度和最大輻射波長(zhǎng)，并比較和討論計(jì)算結(jié)果。第二節(jié)、輻射基本定律關(guān)于輻射基本定律的課堂練習(xí)第三節(jié)太陽(yáng)輻射及其在大氣中

的衰弱一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)二、太陽(yáng)和地球三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱第三節(jié)太陽(yáng)輻射及其在大氣中

的一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)輻射能（太陽(yáng)輻射）太陽(yáng)時(shí)刻向周圍空間放射出的巨大能量稱為太陽(yáng)輻射單位時(shí)間內(nèi)投射于單位面積上的太陽(yáng)輻射能量，稱為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度（太陽(yáng)輻射通量密度）單位：W/m2

或J/（s?m2）太陽(yáng)是地球和大氣最主要的能量來(lái)源地球內(nèi)部為萬(wàn)分之一，其它星體為億分之一一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)輻射能（太陽(yáng)輻射）一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)當(dāng)?shù)厍蛭挥谌盏仄骄嚯x時(shí)，在地球大氣上界投射到垂直于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度稱為太陽(yáng)常數(shù)，用S0表示。S0=1367W/M2太陽(yáng)常數(shù)的變化范圍為1325～1457W/M2之間太陽(yáng)輻射強(qiáng)度主要由太陽(yáng)高度角和大氣透明度決定大氣對(duì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和地面光照度都有減弱作用一、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)常數(shù)設(shè)地球-大氣系統(tǒng)是一個(gè)半徑為r的球，對(duì)短波輻射的反射率是R，則其每秒接收的太陽(yáng)短波輻射為設(shè)地球-大氣系統(tǒng)是一個(gè)半徑為r的球，對(duì)短波輻射的反射率是R，二、太陽(yáng)和地球太陽(yáng)與地球的比較半徑為地球的109倍表面積為地球的1.19萬(wàn)倍體積為地球的130萬(wàn)倍質(zhì)量為地球的32.94萬(wàn)倍密度為地球的0.255倍太陽(yáng)與地球平均距離為14960萬(wàn)公里在地球上任何地方都可以將太陽(yáng)光線看作平行光線二、太陽(yáng)和地球太陽(yáng)與地球的比較二、太陽(yáng)和地球地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)地球每年繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一圈，形成四季地球每天繞南北軸線自轉(zhuǎn)一圈，形成晝夜地球赤道平面與公轉(zhuǎn)軌道平面夾角為23度27分公轉(zhuǎn)軌道為橢圓形，太陽(yáng)位于其中之一的焦點(diǎn)晝夜兩個(gè)半球的分界線稱為晨昏線二、太陽(yáng)和地球地球的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)二、太陽(yáng)和地球二、太陽(yáng)和地球二、太陽(yáng)和地球天文學(xué)四季劃分春分（春）夏至（夏）秋分（秋）冬至（冬）春分氣象上一般劃分春：3~5、夏：6~8、秋：9~11、冬：12~2氣候上精細(xì)劃分（張寶堃）結(jié)合天文學(xué)特點(diǎn)，以候平均溫度值來(lái)劃分10~22℃介于兩者之間為春、秋，高于22為夏，低于10為冬二、太陽(yáng)和地球天文學(xué)四季劃分三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角太陽(yáng)光線與地表水平面之間的夾角太陽(yáng)高度角越高，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度越大早晚最小、中午最大；北半球冬至最小、夏至最大赤緯：太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度（太陽(yáng)光線與赤道平面夾角）春、秋分為0。，夏、冬至約為±23.5。，赤緯又稱太陽(yáng)傾角赤緯≈23.5sinN。，N為距春、秋分最近的天數(shù)，（間取正）時(shí)角：用角度表示的時(shí)間正午時(shí)為0。，上午<0，下午>0，春分日下午3時(shí)為45。三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式任意緯度、任意一天、任意時(shí)刻的太陽(yáng)高度角h為h為太陽(yáng)高度角，δ為觀測(cè)時(shí)赤緯Φ為觀測(cè)點(diǎn)緯度，ω為觀測(cè)時(shí)時(shí)角正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式三、太陽(yáng)高度角、方位角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式任意緯度、任意一天、任意時(shí)刻的太陽(yáng)高度角h為h為太陽(yáng)高度角，δ為觀測(cè)時(shí)赤緯Φ為觀測(cè)點(diǎn)緯度，ω為觀測(cè)時(shí)時(shí)角正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式例題：分析太陽(yáng)高度角變化三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)太陽(yáng)高度角計(jì)算公式例題：分析太陽(yáng)高度角變?nèi)?、太?yáng)高度角和晝長(zhǎng)可照時(shí)數(shù)日出至日沒(méi)的時(shí)數(shù)，即晝長(zhǎng)實(shí)照時(shí)數(shù)地面上用日照計(jì)實(shí)際測(cè)量的日照時(shí)數(shù)日照百分率實(shí)照時(shí)數(shù)與可照時(shí)數(shù)的百分比光照時(shí)間可照時(shí)間+曙暮光時(shí)間三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)可照時(shí)數(shù)三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)北半球晝長(zhǎng)規(guī)律相同緯度，晝長(zhǎng)隨季節(jié)變化，冬短夏長(zhǎng)晝長(zhǎng)夏季隨緯度升高加長(zhǎng)，冬季隨緯度升高縮短課堂練習(xí)推導(dǎo)公式3-14、3-15，并根據(jù)公式完成以下題目分析赤道上的不同季節(jié)的晝長(zhǎng)分析春、秋分時(shí)不同緯度的晝長(zhǎng)分析北半球永晝的條件分析北半球永夜的條件三、太陽(yáng)高度角和晝長(zhǎng)北半球晝長(zhǎng)規(guī)律四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱三個(gè)因素：吸收、散射、反射太陽(yáng)輻射100到達(dá)地面43直接到達(dá)+散射到達(dá)大氣吸收14返回空間43地面反射+云層反射+大氣散射四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱吸收作用大氣某些成份選擇性地吸收太陽(yáng)輻射的某些波長(zhǎng)主要成份是臭氧、水汽、液態(tài)水和二氧化碳主要吸收帶位于太陽(yáng)輻射能量較小的區(qū)域液態(tài)水的吸收能力強(qiáng)于水汽大氣能量的主要來(lái)源不是吸收太陽(yáng)短波輻射四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱吸收作用大氣各成分的吸收光譜：氧氣：能微弱地吸收太陽(yáng)輻射。在波長(zhǎng)小于0.2微米處為一寬吸收帶，吸收能力較強(qiáng)；在0.69和0.76微米附近，各有一個(gè)窄吸收帶，吸收能力較弱。臭氧：在大氣中含量雖少，但對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收很強(qiáng)。在0.2~0.3微米為一強(qiáng)吸收帶，使小于0.29微米的太陽(yáng)輻射不能到達(dá)地面。在0.6微米附近又有一寬吸收帶，吸收能力雖然不強(qiáng)，但因位于太陽(yáng)輻射最強(qiáng)烈的輻射帶里，吸收的太陽(yáng)輻射還是相當(dāng)多的。水汽：吸收最強(qiáng)的是在紅外區(qū)，主要集中在0.93~2.85微米之間。最強(qiáng)的太陽(yáng)輻射能是短波部分，因此，水汽從總的太陽(yáng)輻射能里所吸收的能量是不多的。大氣各成分的吸收光譜：大氣各成分的吸收光譜二氧化碳：對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比較弱，僅對(duì)紅外區(qū)4.3微米附近的輻射吸收較強(qiáng)，但這一區(qū)域的太陽(yáng)輻射很微弱，被吸收后對(duì)整個(gè)太陽(yáng)輻射影響不大。氮?dú)猓何蘸苋?。大氣除吸收太?yáng)輻射外，也吸收地面和大氣發(fā)射的紅外輻射。在吸收地面和大氣紅外輻射的氣體中，二氧化碳,臭氧和水汽是最重要的。除氣體以外，大氣氣溶膠也吸收和散射部分太陽(yáng)輻射和紅外輻射。大氣各成分的吸收光譜四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣及主要成份的吸收光譜四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣及主要成份的吸收光譜四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱散射作用（瑞利散射、米散射、幾何光學(xué)散射）大氣中的各種質(zhì)點(diǎn)對(duì)太陽(yáng)輻射四面八方的散射散射的主要作用是將太陽(yáng)輻射改變了方向散射的過(guò)程可以按質(zhì)點(diǎn)的直徑分為兩類四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱散射作用（瑞利散射、米散射、幾何光學(xué)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱分子散射前提：太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于質(zhì)點(diǎn)直徑瑞利公式（3-16）表明：入射光波長(zhǎng)短，則散射較強(qiáng)現(xiàn)象：晴天的天空是藍(lán)色的特點(diǎn)：四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱分子散射四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱粗粒散射前提：太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)大于質(zhì)點(diǎn)直徑散射對(duì)太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性現(xiàn)象：有云或較多塵埃的天空是灰白色的特點(diǎn)：四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱粗粒散射散射是指每一個(gè)散射分子或散射質(zhì)點(diǎn)將λ射的輻射重新向各方輻射出去的一種現(xiàn)象。散射只是改變輻射方向，使太陽(yáng)輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方傳播開(kāi)來(lái)。經(jīng)過(guò)散射之后，有一部分太陽(yáng)輻射就到不了地面。太陽(yáng)輻射遇到的是直徑比波長(zhǎng)小的空氣分子，則輻射的波長(zhǎng)愈短，被散射愈厲害。對(duì)于一定大小的分子來(lái)說(shuō)，散射能力與波長(zhǎng)的四次方成反比，這種散射是有選擇性的。散射是指每一個(gè)散射分子或散射質(zhì)點(diǎn)將λ射的輻射重新向各方輻射出四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱反射作用主要是云層、較大顆粒的塵埃反射對(duì)波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性高云25%中云50%低云65%薄云10%厚云90%平均55%四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱反射作用四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱因素決定于大氣層厚度、空氣中能吸散反的質(zhì)點(diǎn)數(shù)可以用大氣光學(xué)質(zhì)量、大氣透明系數(shù)分別描述四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱因素四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）定義1：地面為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，太陽(yáng)光垂直投射到地面所經(jīng)路程中單位截面上空氣柱的質(zhì)量。定義2：太陽(yáng)光通過(guò)大氣路徑的長(zhǎng)度與大氣鉛直厚度的比值。四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）主要取決于太陽(yáng)高度角h（面積、厚度）四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量（m）四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣光學(xué)質(zhì)量四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)透過(guò)一個(gè)大氣光學(xué)質(zhì)量后的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與透過(guò)前太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的比值。Bouguer–Lambert定律地表垂直于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨大氣透明系數(shù)增大而增大，隨大氣質(zhì)量增加而減小。四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)緯度越高，透明系數(shù)越高主要是由于高緯地區(qū)水汽和雜質(zhì)較少的原因四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)波長(zhǎng)越短，大氣的透明系數(shù)越高紅色光的透明程度比藍(lán)色光要好四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)大氣光學(xué)質(zhì)量數(shù)越大，大氣透明系數(shù)越高主要是由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的選擇吸收和散射造成的但是透過(guò)的輻射能仍然是減少的四、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱大氣透明系數(shù)第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射單位時(shí)間內(nèi)以平行光的形式投射到地表單位水平面積上的太陽(yáng)輻射能，用S′表示主要受大氣透明系數(shù)、太陽(yáng)高度角、大氣質(zhì)量影響第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)直接輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射單位時(shí)間內(nèi)以散射光的形式投射到地表單位水平面積上的太陽(yáng)輻射能，用S′表示主要受大氣透明系數(shù)、太陽(yáng)高度角、大氣質(zhì)量影響第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射天空散射輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)總輻射及其影響因素太陽(yáng)總輻射=太陽(yáng)直接輻射+天空散射輻射主要影響因素太陽(yáng)高度角大氣透明度大氣光學(xué)質(zhì)量緯度、海拔、坡向坡度云的形狀、云的厚度第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)總輻射及其影響因素一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射無(wú)大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：天文輻射：無(wú)大氣時(shí)到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射上式表明，某時(shí)刻到達(dá)某地的太陽(yáng)輻射通量密度與當(dāng)時(shí)的日地距離平方成反比，與太陽(yáng)高度角的正弦成正比。一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射無(wú)大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射有大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：在有大氣的情況，由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的消光作用，到達(dá)地表的太陽(yáng)直接輻射有所減弱。由上式可以看出，由于太陽(yáng)常數(shù)變化很小以及日地距離的變化影響不大，所以太陽(yáng)直接輻射的大小主要是有太陽(yáng)高度角和大氣透明系數(shù)決定的。直接輻射隨太陽(yáng)高度角的增大而增加。直接輻射隨著大氣透明系數(shù)的改變而改變，當(dāng)大氣中的水汽、雜質(zhì)等含量愈多時(shí)，太陽(yáng)輻射被削弱的愈多。

一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射有大氣時(shí)太陽(yáng)直接輻射：一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)直接輻射的變化：直接輻射有顯著的日變化。正午最大，午后小于午前，最小值是日出日落時(shí)刻。

直接輻射也有顯著的年變化，這種變化主要決定于太陽(yáng)高度角的年變化。夏季最大，冬季最小。直接輻射的月平均值的最大值出現(xiàn)在春未夏初的季節(jié)。直接輻射還隨緯度而改變。冬半年北半球隨緯度增高而減少。夏半年，隨緯度增高而增長(zhǎng)，但因太陽(yáng)高度角較小直接輻射量仍然不大，全年直接輻射的最大值出現(xiàn)在北回歸線附近。一、到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)直接輻射的變化：二、到達(dá)地表的太陽(yáng)散射輻射由于大氣的存在，到達(dá)地表的輻射隨太陽(yáng)直接輻射外，還有從天空各方向散射而來(lái)的大陽(yáng)散射輻射。散射輻射來(lái)自整個(gè)半球天空，又稱天空輻射。天空輻射的大小取決于太陽(yáng)高度角、大氣透明系數(shù)、云量、海拔高度，并受地面反射率影響，其變化范圍較大。散射輻射一般比直接輻射弱，但有時(shí)散射輻射會(huì)大于直接輻射。例如在高緯度地區(qū)，散射輻射甚至比直接輻射大幾倍，一般在中緯度，散射輻射只有直接輻射的35—90%。二、到達(dá)地表的太陽(yáng)散射輻射由于大氣的存在，到達(dá)地表的輻射隨三、地面總輻射地面總輻射——到達(dá)地表的太陽(yáng)直接輻射與散射輻射之和稱為地面總輻射一年之內(nèi)，總輻射在夏季最大，冬季最小?？傒椛涞木暥确植迹话闶蔷暥扔?，總輻射愈大。三、地面總輻射地面總輻射三、地面總輻射一個(gè)地區(qū)總輻射的日總量和年總量，即一日或一年之內(nèi)收受輻射能量的總值，是形在一地區(qū)氣候條件的基本因素?？傒椛涞哪曜兓闆r和太陽(yáng)直接輻射的年變化基本一致，中高緯度地區(qū)最大值出現(xiàn)在夏季月份，最小值出現(xiàn)在冬季月份；赤道地區(qū)，一年中有兩個(gè)最大值分別出現(xiàn)在春分和秋分，如圖2.18所示?？傒椛涞娜湛偭侩S緯度的分布，一般是由高緯向低緯增加，如圖2.19所示。

三、地面總輻射一個(gè)地區(qū)總輻射的日總量和年總量，即一日或一年之第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射到達(dá)地面太陽(yáng)輻射，大部分被吸收，小部分被反射深色土壤比淺色土壤的反射率小潮濕土壤比干燥土壤的反射率小粗糙表面比光滑表面的反射率小陳雪比新雪的反射率小水面平均反射率比陸面平均反射率小地球表面的平均反射率為5%第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射大氣科學(xué)概論大氣輻射課件大氣科學(xué)概論大氣輻射課件第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射第四節(jié)、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射地面反射的太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射光譜定義太陽(yáng)輻射能隨波長(zhǎng)的分布曲線稱為太陽(yáng)輻射光譜。紫外區(qū)(<400nm)占7%有化學(xué)效應(yīng)紅外區(qū)(>760nm)占43%有熱效應(yīng)可見(jiàn)光區(qū)最大，占50%有光效應(yīng)太陽(yáng)輻射光譜定義太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)直接輻射太陽(yáng)輻射光譜天空散射輻射太陽(yáng)輻射光譜天空散射輻射太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)總輻射的變化特點(diǎn)總輻射為直接輻射和散射輻射之和，一般而言，直接輻射是總輻射的主要部份；日出前只有散射輻射，日出后直接輻射和散射輻射會(huì)同時(shí)增加，但直接輻射增加的較快，h為8度時(shí)相等；有云時(shí)，由于占總輻射的比例不同，直接輻射的減少比散射輻射的增強(qiáng)要多一些，因此總輻射仍然會(huì)減少。太陽(yáng)輻射光譜太陽(yáng)總輻射的變化特點(diǎn)第五節(jié)地球輻射一、地面、云和大氣的長(zhǎng)波輻射二、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收三、地面有效輻射四、長(zhǎng)波射出輻射第五節(jié)地球輻射一、地面、云和大氣的長(zhǎng)波輻射引言：地面能吸收太陽(yáng)短波輻射，同時(shí)按其本身的溫度不斷向外放射長(zhǎng)波輻射。大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射吸收很少，但對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射卻能強(qiáng)烈吸收。大氣也按其本身的溫度向外放射長(zhǎng)波輻射，地面和大氣之間以及氣層和氣層之間相互交換熱量，并將熱量向宇宙空間散發(fā)。地