氣象學(xué)第二章輻射詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點優(yōu)選氣象學(xué)第二章輻射目前二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點輻射就是物體發(fā)射電磁波所有物體都在發(fā)射電磁波，也吸收電磁波電磁波就是“光”；光就是電磁波電磁波是一種能量，無處不在，無時不在電磁波是物體間能量交換的重要方式。目前三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點光是什么？輻射是很危險的東西嗎？紫外線消毒的原理？微波爐加熱食物的原理？藍色是冷色，紅色為曖色？太陽離地球很遠，為何會帶給地球溫暖？晴朗的天空為何是藍色的，日落為紅色？葉片為何是綠色的？為何夏天穿黑色衣服感覺更熱？目前四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點主要內(nèi)容1.輻射的基本知識2.太陽輻射太陽的高度與方位、晝長變化太陽輻射概述大氣層對太陽輻射的影響到達地面的太陽輻射與植物的關(guān)系3.地面和大氣輻射大氣溫室效應(yīng)地面輻射大氣輻射黑體與灰體輻射與電磁波輻射基本規(guī)律目前五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點1.輻射的基本知識輻射定義電磁波輻射的基本規(guī)律

基爾霍夫定律（Kirchhoff）斯蒂芬—波茨曼(Stefan-Boltzman)定律維恩（Wien）位移定律目前六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點輻射：物體發(fā)射電磁波任何物體(＞－273℃)都會向外發(fā)射電磁波電磁波？發(fā)射電磁波的強度發(fā)射什么樣的電磁波物體對電磁波的吸收目前七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點振動產(chǎn)生波墻目前十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點所有的物體都由分子、原子等帶電粒子組成“振動”的強烈程度即是“溫度”熱輻射帶電粒子的振動產(chǎn)生電磁波所有的帶電粒子都在“振動”所有的物體都在輻射電磁波，且與溫度有關(guān)輻射目前十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點名稱波長范圍紫外線100?！?.4微米可見光0.4微米～0.76微米紅外線近紅外0.76微米～3.0微米中紅外3.0微米～6.0微米遠紅外6.0微米～15微米超遠紅外15微米～1000微米微波毫米波1～10毫米厘米波1～10厘米分米波10厘米～1米色彩名稱波長范圍紫0.40～0.43微米藍0.43～0.47微米青0.47～0.50微米綠0.50～0.56微米黃0.56～0.59微米橙0.59～0.62微米紅0.62～0.76微米不同電磁波的具體波長范圍可見光波長范圍目前十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點斯蒂芬—波茨曼(Stefan-Boltzman)定律黑體和灰體

黑體：能將投射到其表面的輻射全部吸收的物體，如地面、太陽表面。只能部分吸收的為灰體黑體的輻射強度（E）與其表面的絕對溫度（T）的四次方成正比，即：E=σT4

σ=5.67×10-8是斯蒂芬—波茨曼常數(shù)。普通物體的輻射強度

E=εσT4

ε：輻射率目前十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點維恩（Wien）定律物體輻射出各種波長的電磁波（輻射波譜）

物體輻射能力最強的電磁波波長與T成反比λmax=2897/T（μm）λmax輻射能力最強的電磁波波長目前十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前十六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點例如：太陽表面溫度為6000K，最大輻射波長λmax=2897/6000=0.48μm

地球表面的平均溫度為288K，放射的最大輻射波長為

λmax=2897/288=10μm目前十七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點基爾霍夫定律（Kirchhoff）物體易發(fā)射某波段的電磁波，同時也易吸收相同波段的電磁波

物體對電磁波的吸收是有選擇性的，如大氣、水、玻璃、塑料薄膜、雪等。（大氣溫室效應(yīng)原理）目前十八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點鐵在常溫下為黑色，高溫下為白色？黑色的路面、墻面等的溫度變化紅外測溫儀、夜視設(shè)備、紅外感應(yīng)等冷血動物（蛇等）太陽能的利用目前十九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前二十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前二十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.太陽輻射2.1影響太陽輻射的天文因素2.2太陽輻射概述2.3大氣層對太陽輻射的影響2.4到達地面的太陽輻射2.5植物與太陽輻射的關(guān)系目前二十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.1影響太陽輻射的天文因素太陽的高度、方位、晝長變化太陽高度與方位意義太陽高度日變化、年變化、地區(qū)變化正午太陽高度角建筑物朝向、溫室頂面傾角、山的南北坡小氣候差別、果園行向、空調(diào)安裝方位等目前二十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點H正午＝90－A+BA:緯度

B:太陽赤緯，太陽直射點緯度春、秋分0

夏至23.5冬至－23.5

可查表、計算目前二十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點廣州夏至、春分、冬日正午的太陽高度H夏至=90-A+B=90-23+23.5=90.5（180-90.5=89.5）H春分=90-A+B=90-23+0=67H冬至=90-A+B=90-23-23.5=43.5目前二十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點天頂南北夏至春分冬至目前二十六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點北京夏至、春分、冬日正午的太陽高度H夏至=90-A+B=90-40+23.5=73.5H春分=90-A+B=90-40+0=50H冬至=90-A+B=90-40-23.5=26.5目前二十七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前二十八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前二十九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點北南天頂春秋分太陽的高度與方位：日出正東正午正南日落正西太陽光線地平線目前三十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點天頂?shù)仄骄€北南夏至太陽方位日出東偏北

正午日落西偏北回歸線以北：正南回歸線：天頂回歸線以南：正北

目前三十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點冬至太陽方位日出東偏南正午正南日落西偏南目前三十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點晝長的時空變化晝長即是太陽從地平面升起到落下的這段時間，也叫日長或可照時間。光照時間=晝長+曙光+暮光緯度越高，曙暮光時間越長與植物的光周期有關(guān)目前三十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前三十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.2太陽輻射概述

太陽輻射光譜輻射強度太陽常數(shù)輻射強度、照度、量子通量密度目前三十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽輻射光譜

定義太陽輻射能隨波長的分布曲線。大氣上界的太陽輻射光譜圖中：實線是大氣上界的太陽輻射光譜；虛線是溫度在6,000K時的黑體輻射光譜。

目前三十六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽輻射概述目前三十七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.2太陽輻射概述波長范圍，大約在0.15-4微米之間。能量分布波長較短的紫外光區(qū)7％波長較長的紅外光區(qū)43％可見光區(qū)50％生理輻射或光合有效輻射目前三十八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.2太陽輻射概述太陽輻射強度在垂直照射情況下在單位時間內(nèi)、單位面積上所得到的輻射能量。太陽常數(shù)在日地平均距離的條件下，在地球大氣上界的太陽輻射強度。1367W/m2目前三十九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.2太陽輻射概述輻射強度：w/m2，用能量計算。照度：光照強度，米燭光（lux)，夏日中午可高達12萬lux以上。照明等。光（量）子通量密度：E/m2·s1E=6.02×1022個光子，用于光合作用等較好。目前四十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前四十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前四十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽紫外線(UV)（選講）具有較高的能量，波長越短，能量越高。UVC

的紫外線對生物有殺傷作用，可殺死單細胞生物，降低人體免役力，傷害人眼的視網(wǎng)膜，致使失明，好在這部分紫外線基本上被大氣中的O3吸收掉了，很少到達地面。目前四十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點UVB

波段紫外線有少量到達地面，這部分紫外線能量也較高，可穿透人的皮膚，產(chǎn)生日灼，甚至皮膚癌（90%的皮膚癌與有關(guān)），有意思的是，UVB有利于維生素D的合成，而維生素D與人的健康關(guān)系密切。目前四十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點UVA波段紫外線能量相對較低一些，可使皮膚變紅，對免役系統(tǒng)有一定危害。紫外線作用下，皮膚細胞中會產(chǎn)生一些黑色素，黑色素可吸收紫外線，起到保護作用（白種人與日光，皮膚癌）。目前四十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點紫外線指數(shù)預(yù)報紫外線指數(shù)：中午前后到達地面的紫外線對人體可能造成的損害程度。用0至15表示。夜間為0，最強為15。

1級：0、1、2

2級：3、4

3級：5、6中等強度，有一定影響

4級：7、8、9較強，危害較大

5級：10以上，危害大，需預(yù)防目前四十六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點2.3大氣層對太陽輻射的影響吸收作用

散射作用

反射作用目前四十七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點大氣吸收大氣反射目前四十八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點吸收作用吸收后變?yōu)闊崮埽墒箽鉁厣呶瘴镔|(zhì)水氣0.93～2.85微米之間臭氧0.2～0.3微米大氣主體成份無吸收作用太陽輻射主體未被吸收太陽輻射不是大氣直接熱源

塵埃等眼對紫色不敏感目前四十九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點水汽吸收最強的是在紅外區(qū)，從微米之間的幾個吸收帶。最強的太陽輻射能是短波部分，因此水汽從總的太陽輻射能里所吸收的能量是不多的。據(jù)估計，太陽輻射因水汽的吸收可以減弱4-15％。

氮和氧，只有氧能微弱地吸收太陽輻射。在波長小于0.2微米處為一寬的吸收帶，吸收能力較強；在0.69和0.76微米附近，各有一個窄吸收帶，吸收能力較弱。

臭氧在大氣中含量雖少，但對太陽輻射的吸收很強。微米為一強吸收帶，使小于0.29微米的太陽輻射不能到達地面。

二氧化碳對太陽輻射的吸收比較弱，僅對紅外區(qū)4.3微米附近的輻射吸收較強，但這一區(qū)域的太陽輻射很微弱，被吸收后對整個太陽輻射影響不大。目前五十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點散射作用輻射遇到大氣中的質(zhì)點，以此為中心向四面八方散開。只改變方向。類型分子散射粗粒散射散射質(zhì)點：分子散射強度：與波長的四次方成反比高層大氣，或天空晴朗藍天、多彩天空的原因天空多塵埃、云霧時散射質(zhì)點：粒子散射強度：與波長無關(guān)又稱雷萊散射目前五十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前五十九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點反射作用云層反射平均達50～55％大氣中較大顆粒的埃塵散射作用指向天空的部分目前六十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十六頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點目前六十七頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點由直接輻射和散射輻射組成影響因素太陽高度角大氣狀況：云量、塵埃大氣透明度等海拔高緯和低緯度地區(qū)，冬天和夏天，平原和高原，晴天和陰天太陽輻射的差異？2.4到達地面的太陽輻射目前六十八頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽高度角與輻射強度太陽高度角越大，輻射強度越強目前六十九頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽高度角與輻射強度高度越小，路徑越長，損失越少目前七十頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽直接輻射光譜與高度角的關(guān)系光譜成分0.551020305090紫外線00.41.02.02.73.24.7可見光31.238.641.042.44.43.45.3紅外線68.861.058.056.54.52.50.0目前七十一頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點太陽輻射與植物關(guān)系l.波長大干1μm的輻射被植物吸收轉(zhuǎn)為熱能，不參與生化作用。2波長為0.72-1μm伸長起作用，其中0.7—0.8μm稱為遠紅光，對光周期和種子形成有重要作用，并控制開花與果實顏色。3.波長為0.61—0.72μm的輻射(紅、橙光)被葉綠素強烈吸收，光合作用最強4．波長為0.51—0.61μm的輻射(綠光)

表現(xiàn)為低光合作用與弱成形作用。

5．波長0.4—0.51μm的輻射(藍、紫光)被葉綠素強烈吸收，表現(xiàn)強的光合作用與成形作用

6.波長0.315—0.4μm的輻射起成形作用，如使植物變矮、葉片變厚等。7.波長0.28—0.315μm的輻射對大多數(shù)植物有害。8.波長小于0.28μm的輻射能立即殺死植物。

目前七十二頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點3.地面和大氣輻射地面輻射大氣輻射大氣逆輻射地面有效輻射地面凈輻射大氣溫室效應(yīng)目前七十三頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點地面輻射1～30μm主要在10μm附近如地面溫度15℃時：

E=εσT4=0.9×5.67×10-8×2884

=346.7(w/m2)

λmax=2897/T=2897/288=10（μm）一般，波長＞4μm稱長波輻射波長＜4μm稱短波輻射

目前七十四頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點大氣輻射輻射主體：co2、水氣、云、塵埃等大氣逆輻射大氣輻射中向下的那一部分大氣天窗大氣在8～12μm吸收率很小是地表失去能量的通道目前七十五頁\總數(shù)九十二頁\編于十五點影響因素地面有效輻射是地表實際失去的輻射能即地面輻射－大氣逆輻射地表溫度，越高，輻射力越強空氣溫度，越高，大氣逆輻射越強空氣濕度，越大，有效輻射越小天空云量，越多，有效輻射越小