大氣物理輻射課后習題

1、WORD格式習題1、由太陽常數(shù)S0 ,=1367 W/m2，請計算：太陽外表的輻射出射度；全太陽外表的輻射通量；整個地球得到的太陽輻射通量占太陽發(fā)射輻射通量的份數(shù)。2任意距離處太陽的總輻射通量不變：22s4 r s F s4 d 0 S 02F sd 0 S02r s1 1221.4 9 6 1 0 m1 3 6 7W m826.9 6m1 06.3 161 072W ms42F sr s43.1 4159266.9 682721 0 m6.3 16 10W m3.8 42 61 0 W62223.1 4159266.3 7 1 0 m1 3 6 7W mr e S 03.8 44 52 6W

2、s1 04.5 31 01 0答案： 6.3 107W/m 2； 3.7 1026W ； 4.5 10 10, 約占 20 億分之一。2、設(shè)大氣上界太陽直接輻射通量密度在近日點時d1=1.47 108km 為 S1，在遠日點時 d2=1.528S 1S 2是多大。答案： 6.5%10 km 為 S2，求其相對變化值S 1同 11：專業(yè)資料整理WORD格式1專業(yè)資料整理WORD格式422S2d 1 S14 d 2S1S 2S21S1S 142d1124d 2專業(yè)資料整理WORD格式1.4 711.5 222專業(yè)資料整理WORD格式10.9 3 530.0 6473、有一圓形云體， 直徑為 2km

3、 ，云體中心正在某地上空1km 處。如果能把云底外表視為7的黑體，且不考慮云下氣層的削弱，求此云在該地外表上的輻照度。174W/m 2云體：余弦弦輻射體 +立體角根據(jù)：2F TL c o s d02/ 4L c o s sin d d00L24又由絕對黑體有FTTL所以此云在該地外表上的輻照度為4TE211 0845.6 6 9672 7 3221 7 4W m4、設(shè)太陽外表為溫度5800K 的黑體，地球大氣上界外表為300K 的黑體，在日地平均距離 d0=1.50×108km時，求大氣上界處波長=10 m 的太陽單色輻照度及地球的單色輻射出射度。答案： 0.286 Wm 2 m 1

4、，31.2 Wm 2 m 1專業(yè)資料整理WORD格式2專業(yè)資料整理WORD格式Planck law(5.2.6)+習題 112r sF 01 0m , 5 8 0 0 K2F s1 0m , 5 8 0 0 Kd 02C 1r s25C/T1 )d 0( e2828426.9 6 1 0 m3.7 4 2 7 1 0 W m m1 121 4 3 8 8 m K1.4 9 6 1 0 m511 0 me xp1 0m 5 8 0 0 K826.9 61 0m211 12 1 3 2 9 3.2 7 8 6 W mm1.4 961 0m0.2 8 7 7 W m21m2)F0 1 0 m , 3

5、 00 KC 15C/ T1 )( e23.7 42 78421 0 W mm1 0m5e x p14388m K11 0 m300K3 1.1 8 W m21mS05、如果太陽常數(shù)增加4% ，太陽外表有效溫度升高多少度， 地球外表有效溫度升高S 0多少度行星反射率為0.3。答案： 58K ， 2.6K6、求夏至日在赤道與極點= 90 °N大氣上界水平面上太陽輻射日總量的比值。答案： 0.73專業(yè)資料整理WORD格式7、假設(shè)不考慮日地距離變化，假定 d = d0，求出緯度分、冬至時大氣上界水平面上太陽輻射日總量的值不同特點。答案： Qd J m 2d 1的數(shù)值如下：緯度春分夏至=0

6、°、40°、 90°處，在春分、夏至、秋Qd。說明這三個緯度上 Qd年變化的秋分冬至專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式= 0 °3.761073.451073.761073.45107=40 °2.881074.331072.881071.3107=90 °04.7110700T2S 0sinsinc o sco sco sQ dd m00864000 sin sinc o s 01367c o sc o sco s 0ta nta n ,0inr a d春分=0；夏至=23O27；秋分 =0；冬至=-23O278、設(shè)

7、有一氣層，可只考慮其吸收作用，有一平行輻射，波長為，射入氣層前的輻射通量密度為 10Wm -2m-1，經(jīng)氣層中吸收物質(zhì)的含量u = lg/cm 2的吸收后，輻射通量密度為5Wm-1。求該氣層的吸收率及質(zhì)量吸收系數(shù)k 。答案： 0.7 cm2/g2E a5W /mm5 0 %A2E 01 0W/mmE , lEek '0 , u, 0k ' 0 ,uE,leE,01 E ,lk '0 ,lnu E ,012ln 0.51 gc m210.6 9 3 cmg或?qū)I(yè)資料整理WORD格式4專業(yè)資料整理WORD格式A 1k '0 ,u1 e0.51k ' 0 ,l

8、n 0.5u12ln 0.51 g cm210.6 9 3 cmg9、波長 = 0.6m 的平行光束，垂直入射10m 厚的人工云層，射入前及透過云層后的輻照-2-2)。設(shè)云中水滴數(shù)密度 N個3及云度分別為： F 0=100(mW cm ) 及 F=28.642(mWcm/cm滴半徑 r = 10m 各處均一。 只考慮 Mie 的一次散射。 求云層的容積散射系數(shù)="；云中水滴數(shù)密度N； 假設(shè)光束與云層法線成60°角入射，那么射出云層后的輻照度F =？。答案： 1.2510-3 cm-1； 200 個 / cm 3； 8.2(mW cm -2 )1lk 0 ,d lE, lE

9、,0e0lE ,lk0 ,dllnE ,00k '0 ,1lnE,l1 0 mE,01ln28.6 421 0 m1 0 010.1 2 5 m22r21 0m10 4.720.6mQ s cs c22rk s cNs ck sc0.1 253N221 9 8.9 c m2r21 01 06m專業(yè)資料整理WORD格式5專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式E ,lE , 0 e1 00 ezk 0 ,se c d z00.1 251 02專業(yè)資料整理WORD格式28.2 1m W c m10、對于= 0.32 m 的太陽輻射， 假設(shè)只考慮大氣的氣體分子散射與O3的吸收， 當

10、地面氣壓為 1 個大氣壓， O3總含量 uO = 2mm ，太陽天頂角= 40 °時，求整層大氣對此波長的透射率。答案： 0.254, O, R, Oeku m0.0 08 84.0 5 m, OOOeex p134.0 58 0 m2 1 0 m 0.0 0 8 8 0.3 21.3 03 7ex p0.1 6 0.8 8 841.3 0 370.2 5411、地面氣壓為 760mm 時，測量在 1.5 1.6m 波段內(nèi)的太陽直接輻射S ，得到以下數(shù)據(jù)：天頂角40°50°60°70°S (Wm -2 )13.9512.5510.467.67求

11、大氣的透明系數(shù) P，光學厚度及大氣上界處 S ,0=？答案： 0.68465， 0.373， 22.31 Wm -2即為長法求大氣頂太陽輻射通量密度。lnS , mlnS ,0m0(5.4.39)yAB x(5.4.40)假定不同太陽天頂角時大氣性質(zhì)不變，那么透過率為常數(shù)。當測得幾組觀測值后，可用線性回歸求出斜率和截距：40506070m=sec：1.30371.55251.99272.8999S：13.9512.5510.467.67lnS：-3.91202-4.01738-4.19971-4.50986專業(yè)資料整理WORD格式6專業(yè)資料整理WORD格式A=3.109320-2)S = 22

12、.4058 (WmB=-0.3726 ( 光學厚度)透明系數(shù)：透過率：exp(B)=0.6889412、由飛機探測得到各高度的水平面上向上、下的輻射通量密度如下表P 為各高度氣壓值：P(hPa)1010786701F(Wm2672.9725.2751.7)F(Wm256.982.394.1)求各高度間氣層的輻射變溫率/24h 。答案： 1.46 /24h各高度 E* 為：P(hPa)1010786701E* Wm -2616642.9657.6F(Wm256.982.394.1)1010-786hPa:TgE *36002 4t2 4 hc pp9.86 42.96 1 636002 4100

13、47 8 610101 0 01.0 13C/ 2 4 h786-701hPaTgE *3 6002 4t2 4 hc pp9.8657.664 2.936002 410047 0 17 8 61 0 01.4 58C / 2 4 h13、設(shè)有一溫度 T=300K 的等溫氣層，對于波長 =14 m 的定向平行輻射當只有吸收削弱時，垂直入射氣層的透射率 Tr=0.6587。試求：氣層對該輻射的吸收率，假設(shè)氣層的光學質(zhì)量u=0.4175(g/cm 2 )求質(zhì)量吸收系數(shù)k ；氣層的漫射輻射透射率f ，氣層本身的輻射出射度。專業(yè)資料整理WORD格式7專業(yè)資料整理WORD格式答案： 0.3416， 1c

14、m/g ， 0.5， 229.6 Wcm -214、假設(shè)將某行星外表視為黑體，其外由一層等溫大氣覆蓋，該大氣層對短、長波的吸收率分別為 A 及 A1，大氣上界與太陽光垂直的水平面上太陽輻射的輻照度為F0，忽略行星 -大氣系統(tǒng)的反射效率。1當行星 -大氣系統(tǒng)到達輻射平衡時，計算行星外表的溫度T p；(2) 該大氣層一定具有保溫作用嗎？試分析說明之。利用 P109 圖 5-24 和 6-36-4 式寫出行星外表和大氣頂?shù)妮椛淦胶夥匠蘁 044A L4Ta A LT p1F 0A s441T a A LT p4求解可得F 0A s )( 244T p2A L無大氣時，行星外表溫度為4F0T e4見書

15、后答案15、如在夜間地面上空布滿云層，設(shè)地面為黑體， T0=300K ，氣壓為 P0=1000hPa，云底為黑體，溫度 Tb=280K ，氣壓為 Pb=800hpa，中間大氣為等溫 T=285K 的灰體，其長波漫射透射率 Tf =0.4。試求：1地面的有效輻射， 2中間氣層的溫度是要增加還是降低，求出變溫率TTb改為 260K，那么氣層溫度的變化將如何？" ( /3h), 3如果云底溫度t答案： 95.4 Wcm-2， 0.19 /3h， 0.094專業(yè)資料整理WORD格式8專業(yè)資料整理WORD格式14A T4(1-A) T04TbTA專業(yè)資料整理WORD格式T04專業(yè)資料整理WORD格式(1-A) Tb4A T4不考慮大氣對長波輻射的散射削弱，中間大氣對長波的吸收率為A10.6f1地面有效輻射為：E 041 A4A T4T 0T b3 0 0440.640.42 8 02 8 595.4 12W m2)中間氣層的輻射差額為E *A44