大氣科學(xué)概論：第5章5.6地球輻射

1、第6節(jié)地球輻射,地面和大氣在吸收太陽輻射的同時(shí)，也在按其本身溫度向外放射輻射。 地面平均溫度300K，對(duì)流層大氣平均溫度250K。輻射能主要集中在3-120m波長(zhǎng)內(nèi)。最大輻射相應(yīng)波長(zhǎng)10m。,1 地面輻射,地面輻射基本是紅外輻射,地面對(duì)紅外的吸收率近于常數(shù),極近于1,故可認(rèn)為地面為灰體. 根據(jù)斯蒂芬-波爾茲曼定律和基爾霍夫定律,地面輻射通量密度FE為,T: 地面溫度,: Stephan-Boltzmann常數(shù),A:地面比輻射率，吸收率,T:-40C-+40C F:159-517W/m2,102頁表5.12、 5.13,2 大氣輻射,大氣主要通過吸收地面長(zhǎng)波輻射而增暖. 大氣能吸收地面輻射的75

2、-95%。 吸收的輻射幾乎全是貼近地面約40-50m厚的氣層。 造成長(zhǎng)波輻射衰減的主要原因是大氣氣體的吸收,吸收地球長(zhǎng)波輻射的主要?dú)怏w：水汽、二 氧化碳、甲烷、臭氧。 其它吸收氣體：一氧化二氮、一氧化 碳、氧氣等。,大氣分子對(duì)紅外輻射的吸收,5.2 大氣輻射,放射紅外輻射. 主要放射氣體是水汽、二氧化碳、臭氧。 大氣的輻射將被大氣中某些氣體所吸收，這些吸收隨波長(zhǎng)變化很大。 吸收最弱的波段稱為大氣窗。 衛(wèi)星在窗區(qū)可以測(cè)量地表和云層的反射或發(fā)射的輻射。,整層大氣向下的輻射稱大氣逆輻射,5.3 地面有效輻射,地面有效輻射F0就是地面輻射和地面所吸收的大氣逆輻射FR之間的差值。 F0=FE-AFR=A

3、(T4-FR) 對(duì)于長(zhǎng)波輻射，地面接近黑體，其吸收率接近于1。 當(dāng)F0為正時(shí)，地面通過長(zhǎng)波輻射損失熱量。 當(dāng)F0為負(fù)時(shí)，地面通過長(zhǎng)波輻射獲得能量。,通常 F0為正，69.78139.56W/m2 影響因子： 地面溫度、氣溫、云況、水汽含量。 全天有云的有效輻射為無云的1/4 輻射逆溫,(1) 地面溫度增高時(shí)，地面輻射增強(qiáng)，如其它條件(大氣溫度、云況等)不變，則地面有效輻射增大。 (2)空氣溫度高時(shí)，大氣逆輻射增強(qiáng)，如其它條件不變，則地面有效輻射減小。 (3)空氣中含有水汽和水汽凝結(jié)物較多，則因水汽放射長(zhǎng)波輻射的能力比較強(qiáng)，使大氣逆輻射增強(qiáng)，從而也使地面有效輻射減弱。 (4)天空中有云，特別是有

4、濃密的低云存在，大氣逆輻射更強(qiáng)，使地面有效輻射減弱得更多。,4 長(zhǎng)波輻射在大氣中的傳輸,大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收比其對(duì)太陽輻射的吸收要大的多。 大氣不僅吸收削弱長(zhǎng)波輻射，而且本身也放射長(zhǎng)波輻射。有時(shí)，放射會(huì)超過吸收。 大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的散射很小，可以忽略。 總之，長(zhǎng)波輻射在大氣中的傳輸是一種漫射輻射，是在無散射但有吸收又有放射的介質(zhì)中的傳輸。,Z高度以上氣層向下的輻射：對(duì)于光學(xué)質(zhì)量為du的氣層元，因大氣吸收造成的削弱為:,在入射方向上的放射:,長(zhǎng)波輻射傳輸基本方程,絕對(duì)黑體的輻射率,上式為長(zhǎng)波輻射傳輸基本方程：施瓦茨恰爾德方程(Schwaszschild equation),Z高度氣層以上向下的輻射,經(jīng)過薄層du后，在方向的變化為,同樣對(duì)于向上輻射也有,可以求出各高度上的凈輻射能量密度FN,在對(duì)流層大氣中，由于溫度和濕度通?？偸窍蛏线f減，故凈輻射能量總是向上，即FN（Z）通常為正值。,長(zhǎng)波輻射的變溫率,對(duì)于Z氣層的凈輻射能量FN,則,長(zhǎng)波輻射所產(chǎn)生的溫度變化,因?yàn)镻0（出去能量的多）, 則大氣降溫.,Z氣層的凈輻射能量,一般情況下，大氣的降溫率約為1-2C/d,太陽輻射的增溫約1C/d，說明大氣由于輻射能量交換的結(jié)果，入不敷出。 要維持大氣的溫度必然要以其他方式（對(duì)流等）由