地面和大氣的輻射下墊面——大氣得直接熱源大氣吸收太陽(yáng)直接輻射很少,下墊面(水、陸、植被等地球表面)卻能大量吸收太陽(yáng)輻射,并供給大氣。在研究大氣熱狀況時(shí),須了解地面和大氣之間交換熱量得方式及地-氣系統(tǒng)得輻射差額。2大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射吸收很少,但對(duì)地面得長(zhǎng)波輻射卻能強(qiáng)烈吸收。通過長(zhǎng)波輻射,地—?dú)庵g,以及大氣中氣—?dú)庵g,相互交換熱量,并也將熱量向宇宙空間散發(fā)。一、地面、大氣得輻射和地面有效輻射3(一)地面和大氣輻射得表示

地面和大氣不就是絕對(duì)黑體

Eg=δσT4(地面得輻射能力),δ地面相對(duì)輻射率

Ea=δ′σT4

(大氣得輻射能力),δ′大氣相對(duì)輻射率4長(zhǎng)波輻射

當(dāng)?shù)孛鏈囟葹?5C時(shí),根據(jù)維恩定理:定義:地表面得實(shí)際平均溫度約為300K,對(duì)流層大氣得平均溫度約為250K。在這樣得溫度條件下,地面和大氣得輻射能主要集中在3—120微米得波長(zhǎng)范圍內(nèi),均為肉眼所不能看見得紅外輻射。

這比太陽(yáng)輻射得波長(zhǎng)(0、15—4微米)要長(zhǎng)得多。因此,氣象學(xué)上把地面和大氣得輻射稱為長(zhǎng)波輻射。5(二)地面和大氣長(zhǎng)波輻射得特點(diǎn)大氣中對(duì)長(zhǎng)波輻射得吸收起重要作用得成分有水汽、液態(tài)水、二氧化碳和臭氧等。她們對(duì)長(zhǎng)波輻射得吸收同樣具有選擇性。

1、大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射得吸收

69、6μm附近狹窄得臭氧吸收帶

地面放射得14μm以上得遠(yuǎn)紅外輻射,幾乎能全部吸收,故此帶可以看成近于黑體

大氣窗口7大氣窗口:就是指太陽(yáng)輻射通過大氣層未被反射、吸收和散射得那些透射率高得光輻射波段范圍。89大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

大氣窗口主要有:0、3～1、3μm,即紫外、可見光、近紅外波段。這一波段就是攝影成像得最佳波段,也就是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像得常用波段。比如,Landsat衛(wèi)星得TM得1～4波段,SPOT衛(wèi)星得HRV波段等。1、5～1、8μm,2、0～3、5μm,即近、中紅外波段。在白天日照條件好得時(shí)候掃描成像常用這些波段,比如TM得5、7波段等用以探測(cè)植物含水量以及云、雪或用于地質(zhì)制圖等。10

大氣窗口主要有:3、5～5、5μm,即中紅外波段,物體得熱輻射較強(qiáng)。這一區(qū)間除了地面物體反射光譜反射太陽(yáng)輻射外,地面物體也有自身得發(fā)射能量。比如,NOAA衛(wèi)星得AVHRR傳感器用3、55～3、93μm探測(cè)海面溫度,獲得晝夜云圖。11

大氣窗口主要有:8～14μm,即遠(yuǎn)紅外波段。主要來(lái)自物體熱輻射得能量,適于夜間成像,測(cè)量探測(cè)目標(biāo)得地物溫度。0、8～2、5cm,即微波波段,由于微波穿云透霧得能力。這一區(qū)間可以全天候工作。而且由其她窗口區(qū)間得被動(dòng)遙感工作方式過渡到主動(dòng)遙感得工作方式。如側(cè)視雷達(dá)影像,Radarsat得衛(wèi)星雷達(dá)影像等。其常用得波段為0、8cm,3crn,5cm,10cm,有時(shí)也可將該窗口擴(kuò)展為0、05cm至300cm波段。122、大氣中長(zhǎng)波輻射得特點(diǎn)

長(zhǎng)波輻射在大氣中得傳輸過程與太陽(yáng)輻射得傳輸有很大不同。第一:太陽(yáng)輻射中得直接輻射就是作為定向得平行輻射進(jìn)入大氣。地面和大氣輻射就是漫射輻射。第二:太陽(yáng)輻射在大氣中傳播時(shí),僅考慮大氣對(duì)太陽(yáng)輻射得削弱作用,而未考慮大氣本身得輻射得影響。這就是因?yàn)榇髿猱a(chǎn)生得短波輻射就是極其微弱得。長(zhǎng)波輻射在大氣中得傳播時(shí),不僅要考慮大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射得吸收,而且還要考慮大氣本身得長(zhǎng)波輻射。第三:大氣對(duì)太陽(yáng)輻射有散射作用長(zhǎng)波輻射在大氣中傳播時(shí),可以不考慮散射作用。這就是由于大氣中氣體分子和塵粒得尺度比長(zhǎng)波輻射得波長(zhǎng)要小得多,散射作用非常微弱。13(三)大氣逆輻射和地面有效輻射1、大氣逆輻射和大氣保溫效應(yīng)大氣輻射指向地面得部分稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射使地面因放射輻射而損耗得能量得到一定得補(bǔ)償,由此可看出大氣對(duì)地面有一種保暖作用,這種作用稱為大氣得保溫效應(yīng)。14巴山夜雨

唐·李商隱

君問歸期未有期,巴山夜雨漲秋池。何當(dāng)共剪西窗燭,卻話巴山夜雨時(shí)。

15其中之一得原因就是:西南山地潮濕多云。夜間,密云蔽空,云層和地面之間,進(jìn)行著多次得吸收、輻射、再吸收、再輻射得熱量交換過程,因此云層對(duì)地面有保暖作用,也使得夜間云層下部得溫度不至于降得過低;夜間,在云層得上部,由于云體本身得輻射散熱作用,使云層上部溫度偏低。這樣,在云層得上部和下部之間便形成了溫差,大氣層結(jié)構(gòu)趨向不穩(wěn)定,偏暖濕得空氣上升形成降雨。16大氣逆輻射和保溫效應(yīng)太陽(yáng)輻射地面吸收太陽(yáng)輻射大氣吸收地面增溫地面吸收大氣逆輻射大氣輻射大氣吸收地面保溫

地面輻射地面宇宙吸收大氣上界地面降溫17大氣逆輻射得作用:其值得大小,決定了地表得到熱能補(bǔ)償?shù)枚嗌?因此其對(duì)地面有保溫作用。地球—無(wú)大氣:T=-23℃

有大氣:T=15℃月球—白天:T=127℃

夜晚:T=-183℃182、地面有效輻射地面放射得輻射(Eg)與地面吸收得大氣逆輻射(δEa)之差,稱為地面有效輻射。以F0表示,則F0=Eg-δEa

影響有效輻射得主要因子有:地面溫度,空氣溫度,空氣濕度和云況。

19有效輻射得時(shí)間變化有效輻射具有明顯得日變化和年變化。其日變化具有與溫度日變化相似得特征。在白天,由于低層大氣中垂直溫度梯度增大,所以有效輻射值也增大,中午12—14時(shí)達(dá)最大;而在夜間由于地面輻射冷卻得緣故,有效輻射值也逐漸減小,在清晨達(dá)到最小。當(dāng)天空有云時(shí),可以破壞有效輻射得日變化規(guī)律。有效輻射得年變化也與氣溫得年變化相似,夏季最大,冬季最小。20二、地面及地-氣系統(tǒng)得輻射差額

輻射差額=收入輻射-支出輻射

21地面由于吸收太陽(yáng)總輻射和大氣逆輻射而獲得能量,同時(shí)又以其本身得溫度不斷向外放出輻射而失去能量。某段時(shí)間內(nèi)單位面積地表面所吸收得總輻射和其有效輻射之差值,稱為地面得輻射差額Rg

(表示單位水平面積、單位時(shí)間得輻射差額)Rg=(Q+q)(1-a)-F0式中(Q+q)就是到達(dá)地面得太陽(yáng)總輻射,即太陽(yáng)直接輻射和散射輻射之和;a為地面對(duì)總輻射得反射率;F0為地面得有效輻射。(一)地面得輻射差額22輻射差額各分量得日變化

地面輻射和有效輻射曲線對(duì)正午來(lái)說就是不對(duì)稱得,因?yàn)榈乇碜罡邷囟瘸霈F(xiàn)在13時(shí)左右

輻射差額負(fù)值輻射差額正值輻射差額負(fù)值23地面輻射差額特點(diǎn):時(shí)空分布(1)一天之中Rg得大小決定于太陽(yáng)得總輻射。(2)年變化特點(diǎn):隨緯度增加Rg>0得時(shí)間就減少。24(二)大氣得輻射差額

大氣得輻射差額:整層大氣輻射差額(Ra)某一層大氣輻射差額qa:整個(gè)大氣層所吸收得