農(nóng)業(yè)氣象學(xué)甄文超 2第二講 輻射(一)

1、1第二講 輻射（一）物體以電磁波的形式向外放射和傳送能量的過程即為輻射。太陽給地球供給能量的方式輻射。一 輻射的基礎(chǔ)知識 任何物體，只要其絕對溫度高于零度，都會以電磁波的形式向外放射輻射能。1 輻射的特性波粒二象性1.1 輻射的波動性 輻射的波動性是大氣中各種光學(xué)現(xiàn)象（虹、霓、暈和海市蜃樓）等形成的根本原因。通常用波長（）與頻率（）描述輻射的波動性，且存在 光速。各種不同波長的輻射構(gòu)成輻射波譜（通常所謂的電磁波譜）第12頁圖1-1，可見：1紫外光、可見光和紅外光構(gòu)成光輻射；可見光波長在400nm760nm之間；太陽輻射能集中在0.15m4m區(qū)間；地面輻射和大氣輻射主要在3 m120m范圍。 因

2、此，我們常稱太陽輻射為短波輻射，地面輻射和大氣輻射為長波輻射。1.2 輻射的粒子性 粒子性是說輻射是由具有一定質(zhì)量、能量和動量的被稱為量子的微粒組成。22 輻射的度量2.1 輻射通量（F）指單位時間內(nèi)通過任一表面的輻射能，單位Js1或W2.2 輻射通量密度（E）單位時間內(nèi)通過單位面積的輻射能，單位W m2。對某一物體表面而言有輻照度和輻出度的分別。2.3 光通量密度指單位面積上通過的光通量；單位面積上接受到的光通量稱為光照度。33 物體對輻射的減弱作用包括物體對輻射的吸收、反射和透射三種作用方式。吸收率、反射率 、透射率 對同一個物體而言應(yīng)該有： 1 對不透明物體（ =0）則有 1，說明吸收率

3、大的物體其反射率一定小，反之亦然。絕對黑體： 1的物體；灰體: 1且不隨入射輻射的波長而改變的物體。地球近似可看作一灰體。44 輻射的幾個定律4.1 基爾霍夫定律一定溫度下，任何物體對于某種波長的輻射能力和吸收率之比為一常數(shù)。4.2 斯忒藩玻耳茲曼定律黑體的輻射能力與其表面的溫度的四次方成正比。4.3 維恩位移定律黑體輻射能力最大值所對應(yīng)的波長是隨溫度的升高而逐漸向波長較短的方向移動。5 二、 大氣上界的太陽輻射地球表面能量的主要來源：太陽輻射。 1、 太陽輻射光譜和太陽常數(shù) 1.1 太陽輻射光譜 能量集中在0.15m4m區(qū)間，占總量的99。具有最大能量的波長在0.475 m處。紫外線（0.4

4、 m ）所占的能量為7，可見光（0.40.76 m ）所占的能量為46，紅外線（0.76 m ）所占的能量為47。能量由最大能量波長處向短波方向迅速減小，而向長波方向則逐漸減小。 1.2 太陽常數(shù)指大氣上界，當(dāng)日地處于平均距離時，與太陽光線垂直的平面上的輻照度。常采用1367 W m26 2 、太陽高度角和方位角 2.1 太陽高度角（h）指太陽光線與水平面的交角，簡稱太陽高度。Sinh=sinsin+coscoscos 其中為地理緯度 太陽赤緯：即太陽光線在地球上的直射點的地理緯度。其變化在南北回歸線（23.50）之間。它一年移動94個緯距，相當(dāng)于每個季節(jié)移動4個緯距。如雨水這個節(jié)氣在春分前兩

5、個節(jié)氣，太陽赤緯約為80。如果要進行較精確的計算，可用下式： 23.5 sin（N）式中N為用角度表示的距離最近分日的日數(shù)（每日為0.98650）。如立冬日，一般在11月8日，距秋分（9月23日）為46天，N=45.40， 23.5 sin（ 45.40 ）0.7123.516.70 。 7 時角：用角度表示時間。正午的時角為0，上午取負值，下午取正值。由15 （t12）求取。8二十四節(jié)氣歌謠：春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連，秋處露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。每月兩節(jié)日期定，相差不到一兩天，上半年是六二一，下半年是八二三。9正午時的太陽高度h090 0 h0 9 0，計算時若h0 90，則取補角

6、。太陽高度角的變化： (1)、隨季節(jié)的變化：當(dāng)緯度一定時，在南北回歸線之間的地區(qū)，在 時，太陽高度角最大，為90度，夏至和冬至為兩個極小值；在北回歸線以北的地區(qū)，一年中夏至最大，冬至最小。 (2)、隨緯度的變化：當(dāng)季節(jié)一定時，在 處太陽高度角最大，為90度，由此緯度往南或往北太陽高度角逐漸減小。 2.2太陽方位角（A）指太陽光線在水平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的交角。cosA=（ sinh sin sin）/（ cos ）則可得日出、日沒時（h0 ）的太陽方位角A0cosA0 (sin)/ (cos)太陽方位角的變化：北半球的夏季半年， 0， 0，因而A0 900，日出在正東偏北，日落在正西偏北，

7、緯度越高，越偏北；北半球的冬季半年 0， 0，因而A0 900，日出、日落相反。 10 3 晝夜形成和日照長短的變化 3.1可照時間的變化指日出到日沒的時間間隔，亦稱晝長。由以上公式Sinh=sinsin+coscoscos ，日出、日落時Sinh=0，此時sinsin+coscoscos00，可得 cos0tgtg由此可計算出任何地點、如何季節(jié)日出和日落的時角，再由可照時數(shù)（20 ）/150求得?？烧諘r數(shù)的變化規(guī)律： （1）、北半球的夏季半年，可照時數(shù)大于12小時，緯度越高，可照時數(shù)越長，北極圈內(nèi)可出現(xiàn)極晝，南半球相反；北半球的冬半年與夏半年相反。 （2）、由冬至經(jīng)春分到夏至，可照時數(shù)漸長，夏至最長。由夏至經(jīng)秋分到冬至，則漸短，冬至至短