第五章-2節(jié)-輻射的基本定律

第五章大氣輻射學第二節(jié)輻射的物理規(guī)律基本定律基爾霍夫定律普朗克定律斯蒂芬-波爾茲曼定律韋恩位移定律這幾個定律之間的關(guān)系黑體輻射定律黑體與非黑體輻射間的聯(lián)系Kirchhoff定律和黑體輻射定律的成立條件:熱力學平衡態(tài)，即系統(tǒng)內(nèi)溫度、密度、動量均勻,輻射各向同性.60公里以下大氣層,某段時間內(nèi)，某有限體積元，可認為有確定的溫度，近似滿足熱力學平衡條件，稱局地熱力學平衡.此時能量躍遷由分子碰撞決定。歷史的發(fā)展1901年普朗克定律1859年基爾霍夫定律1893年韋恩位移定律1879年1884年斯蒂芬-波爾茲曼定律斯蒂芬波爾茲曼相關(guān)概念放射率ε（比輻射率,黑度）：物體的輻射通量密度與同溫度下黑體的輻射通量密度之比。（對單色或全波段都可用。）吸收率

a（吸收系數(shù)）:物體吸收的輻射能與投射到該物體上的輻射能之比。（和物體的性質(zhì)、波長、溫度有關(guān)。）黑體：吸收率為1的物體稱為絕對黑體?；殷w：物體的吸收不隨波長而變

(單色吸收率與波長無關(guān)),且吸收率小于1的物體稱為灰體。反射率

r:物體反射的輻射能與投射到該物體上的輻射能之比。（和物體的性質(zhì)、波長、溫度有關(guān)。）

相關(guān)概念一、基爾霍夫定律

在熱平衡狀態(tài)下，任何物體在一定的波長λ、一定溫度T時的輻出度F(λ,T)與吸收率a(λ,T)

成正比關(guān)系，二者比值只是λ和T的函數(shù)，與物體的性質(zhì)無關(guān)，且等于絕對黑體在λ

和T時的輻出度，即。(Kirchhofflaw)另外：比輻射率定義，得：基爾霍夫定律的另一種表述方式,兩種說法是等價的基爾霍夫“實驗”

(1859年)與外界絕熱系統(tǒng)，真空，左邊為黑體，右邊為灰體，達到輻射平衡（吸收輻射等于放出輻射，溫度不再變化），溫度相等。黑體板放射能量為E*，灰體板放射能量為εE*，灰體板吸收能量為aE

*。TT黑體灰體？對不同波長的輻射,分別有：黑體板的輻射平衡關(guān)系：灰體板的輻射平衡關(guān)系：已知某溫度下黑體的輻射,又知道所研究物體的吸收率,可得該物體放射的輻射:應用:二、普朗克定律（Plancklaw）h:普朗克常數(shù)，k:波爾茲曼常數(shù)，c:光速，T:溫度，λ:波長。黑體的分光輻出度：黑體輻射率隨溫度和波長的分布函數(shù),即黑體的單色(或分光)輻射率：因為黑體都是朗白源.可看出各種溫度下黑體輻射光譜微米1.E7瓦/平方米/微米/球面度微米

瓦/平方米/微米/球面度接近于太陽溫度接近于地球和大氣溫度理論上，任何溫度的絕對黑體放射所有波段的電磁輻射，但溫度不同，輻射能量集中的波段不同。當溫度升高時，各波段放射的能量加大，積分輻射能力也增大，且能量集中的波段向短波方向移動。每一溫度下，都有輻射最強的波長。而且隨溫度升高,變小.一個概念：亮度溫度根據(jù)測得的物體發(fā)射的某波長的輻射率，由Planck定律估計出的物體的溫度，稱為亮度溫度。

亮度溫度通常低于物體的實際溫度求亮度溫度是衛(wèi)星反演大氣溫度的重要手段很重要三、斯蒂芬-波爾茲曼定律（Stephen-Boltzmanlaw）黑體的積分輻射通量密度與溫度的四次方成正比

（Stephen-Boltzman

常數(shù)）1、根據(jù)物體溫度估計積分輻射通量密度：300K

物體的積分輻射通量密度459W·m-2

2、有效溫度:a.物體是黑體,有效溫度=實際溫度.b.物體不是黑體,有效溫度<實際溫度.根據(jù)積分輻照度的觀測值計算發(fā)射體的溫度,得到的溫度為發(fā)射體的有效溫度.燒一壺開水需多少能量?四、韋恩位移定律（Wiendisplacementlaw）溫度越高，最大單色輻射率所對應的波長越小。黑體輻射光譜的極大值對應的波長與溫度成反比（可由Planck定律導出)顏色溫度（色溫）：用光譜方法測定光譜輻射峰值波長，再由位移定律導出物體的溫度，即色溫。T=300K,

T=6000K,

1.太陽輻射特點

<0.25μm的太陽輻射,主要來自非熱平衡輻射?紫外：0.17-0.39μm,

占總輻射的8%可見光：0.4-0.76μm,占總輻射的44%紅外：0.77-4μm,占總輻射的48%>4μm的太陽輻射,很少部分輻射集中于0.17-4μm，極值輻射位于0.48μm五、太陽輻射和地球輻射的差別2.

地球輻射特點輻射集中于4-100μm(紅外輻射)輻亮度最大區(qū)在10μm附近太陽短波輻射:<4μm的輻射地球長波輻射:>4μm的輻射太陽輻射的傳輸與地球輻射的傳輸分開處理3.入射到地球大氣上界的太陽輻射與

地球輻射的譜輻照度比較近紅外0.77-3μm

太陽輻射為主太陽輻射和地球輻射同量級中紅外3-6μm遠紅外6-15μm地球輻射為主想一想“黑體就是能吸收一切波長的輻射且能放射一切波長的輻射的物體”,對嗎?已測得某