AP06長波輻射與輻射平衡

1、可編輯ppt,1,第五章地面和大氣中的輻射過程,5.5 地球大氣系統(tǒng)的長波輻射 5.6 地面、大氣及地氣系統(tǒng)的輻射平衡,接合前面內(nèi)容掌握吸收率、比輻射率概念 比較地面長波、短波吸收率的不同特點 地面對于長波輻射的吸收率接近常數(shù)，可作為灰體，但對短波輻射的吸收率較低，且隨波長變化大。 理解（5.5.1)(5.5.2)式,5.5.1 地面的長波輻射特性,設地表溫度為Tg，地面的積分出射度應是 或以地面比輻射率eg 表示，為 陸地表面可看作朗伯面；而平靜的水面因有反射，則不能當作朗伯面處理。,大氣的長波輻射性質(zhì)(分別與短波對比) 1: 太陽直接輻射地球與大氣的紅外輻射； 2: 大氣對長波輻射的散射削

2、弱極小,一般只考慮吸 收作用； 3: 大氣的吸收和放射須同時考慮。 長波輻射在大氣中傳輸是一種漫射輻射，是在無散射但有吸收，放射的介質(zhì)中的傳輸。,5.5.2 長波輻射在大氣中傳輸,5.5.2 長波輻射在大氣中傳輸,理解并能寫出Schwarzchild 方程（5.5.3) (5.5.4) (5.5.7)式，理解（5.5.8) 式中各項含義 吸收+放出 總變化（5.5.3） Z坐標下方程（5.5.4） 光學厚度坐標 方程（5.5.7） 解方程 結(jié)果（5.5.8）,方程的解的形式為:(5.5.8a)(5.5.8b) 在已知吸收物質(zhì)的吸收系數(shù)和光學厚度以及介質(zhì)的溫度分布以后，可以從理論上計算大氣中輻射

3、場的分布。,掌握漫射透過率、漫射因子的概念，理解（5.5.12) 、（5.5.16) 式 只考慮氣層的吸收削弱 由地面到Z處,由(5.5.8a)得 利用（5.1.5） 可求出在Z高度上的輻照度E() 定義地面至Z處氣層的漫射透過率,5.5.2 長波輻射在大氣中傳輸,對比平行輻射透過率和漫射透過率表達示形式,若要把漫射輻射當作平行輻射處理，應當將其光學厚度加大1.66 倍。其原理是清楚的，因為(0) 是這一層大氣的垂直光學厚度，垂直方向輻射的光學路徑最短，而其它方向的路徑都要加長，其吸收當然也增加了。作為對各個方向的積分，其最終效果是加大 1.66 倍，因此也有人把 稱為漫射因子,掌握OLR(O

4、utgoing Longwave Radiation )概念，理解（5.5.21) 式各項意義，結(jié)合（5.5.8) 式。 假定地面為黑體，溫度為Tg，則有邊條件： = 0處，L ( 0)=B(Tg)。 根據(jù)長波輻射傳輸方程的通解(5.5. 8),大氣頂 處向外單色幅亮度為 假設大氣放射是各向同性的，對半球空間積分以后，可得到大氣上界的單色輻射通量密度（5.5.18）,5.5.3 大氣頂射出的長波輻射,其中第一項為來自地表的輻射， 第二項為各層大氣的輻射和吸收。,5.5.3 大氣頂射出的長波輻射,在推導前面的公式時請?zhí)貏e注意其物理意義: 各高度上發(fā)射的長波輻射量為該點溫度所對應的黑體輻射量乘以其

5、比輻射率（吸收率）。 這一輻射在傳輸?shù)酱髿馍辖鐣r要受到它上部這層大氣的吸收衰減。 大氣層頂部的出射輻射是地面和各層大氣輻射之和。 地球大氣頂部總的長波出射輻射（OLR）為各波長出射輻射之和。,掌握凈輻射、輻射差額概念 系統(tǒng)或物體收入輻射能與支出輻射能的差值 輻射差額=輻射收入-輻射支出,5.6 地氣系統(tǒng)輻射平衡,5.6 地氣系統(tǒng)輻射平衡,推導地氣系統(tǒng)平衡時的有效溫度（5.6.2），說明其與地球表面平均溫度相差33度的原因 接受太陽輻射： 地氣系統(tǒng)發(fā)射： 在地氣系統(tǒng)達到輻射平衡時，有 有效溫度,5.6 地氣系統(tǒng)輻射平衡,掌握大氣保溫效應、溫室效應的概念，理解圖5.24和（5.6.3）式 大氣層讓

6、短波輻射通過，但對長波有吸收，使地面保持較高溫度。溫室效應的輻射平衡模式（p109）,取AL = 0.8，As=0.2，R=0.3 代入（5.6.4）后，有 Tg = 278.6 K，Ta = 247.7 K。 可見，大氣層的存在使地面平衡溫度高于全球的有效溫度，而大氣層的平均溫度卻低于全球的有效溫度。,5.6 地氣系統(tǒng)輻射平衡,理解以下概念：地面短波（長波）凈輻射通量密度（5.6.12）（5.6.18）、大氣逆輻射、地面有效輻射（5.6.19） 大氣逆輻射 = 入射到地面的長波輻射 由兩部分組成 1：大氣本身的熱輻射 2：云的熱輻射 （許多經(jīng)驗公式: Brunt、Swinbank、趙文廣）(p111),(5.6.12),5.6 地氣系統(tǒng)輻射平衡,地面長波輻射 = + 地面發(fā)射 地面反射 地面長波凈輻射 = 一般情況， 定義地面有效輻射 地球表面的輻射差額（凈輻射）就是地面所吸收的太陽短波輻射和地面放出的有效輻射（長波）之差。在白天無云條件下，E0*是正值，地面升溫；而在夜間，因無太陽輻射，E0*是負值，則地面降溫。,5.6 地氣系統(tǒng)輻射平衡,理解圖5.25（p113） 內(nèi)陸和海洋比較 （1）：洋面反射小-有效輻射小-輻射差額大 （2）：內(nèi)陸溫度變化大-有效輻射變化大,大氣變溫率的計算 對于光學薄層 薄層輻射差額（凈輻射）