大氣科學(xué)基礎(chǔ)第二章

大氣科學(xué)基礎(chǔ)第二章第一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1輻射概述§1.1輻射的定義§1.2輻射的傳播—電磁波§1.3黑體與灰體§1.4輻射場(chǎng)物理量第二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.1輻射的定義地球和太陽(yáng)的輻射第三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.1輻射的定義輻射能是能量的一種形式，物質(zhì)以電磁波的形式放射的能量，稱(chēng)為輻射能，而這種能量傳播方式稱(chēng)為輻射。第四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.2輻射的傳播—電磁波1、傳播速度：3×108m/s2、波長(zhǎng)范圍：10-16m—103mλ：宇宙射線(xiàn)＜γ射線(xiàn)＜X射線(xiàn)＜紫外線(xiàn)＜可見(jiàn)光＜紅外線(xiàn)（＜微波）＜無(wú)線(xiàn)電波(微米)第五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日名稱(chēng)波長(zhǎng)范圍紫外線(xiàn)100埃～0.4微米可見(jiàn)光0.4微米～0.76微米紅外線(xiàn)近紅外0.76微米～3.0微米中紅外3.0微米～6.0微米遠(yuǎn)紅外6.0微米～15微米超遠(yuǎn)紅外15微米～1000微米微波毫米波1～10毫米厘米波1～10厘米分米波10厘米～1米色彩名稱(chēng)波長(zhǎng)范圍紫0.40～0.43微米藍(lán)0.43～0.47微米青0.47～0.50微米綠0.50～0.56微米黃0.56～0.59微米橙0.59～0.62微米紅0.62～0.76微米不同電磁波的具體波長(zhǎng)范圍可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍第六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.2輻射的傳播—電磁波3、大氣科學(xué)研究對(duì)象：太陽(yáng)短波輻射、地球和大氣長(zhǎng)波輻射第七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(1)Q0QrQaQt吸收率反射率透射率第八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日水分含量對(duì)玉米葉子反射率的影響第九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日不同土壤的反射波譜曲線(xiàn)第十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日各種地表對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率（%）地表反射率地表反射率森林3～10雪地（新雪）80田地（綠色）3～15雪地（陳雪）50～70田地（已開(kāi)墾的干地）20～25冰50～70草地15～30水面hθ＞40°2～4裸地7～20水面hθ=5～30°6～40沙地15～25第十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日以上圖表可以說(shuō)明什么？物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長(zhǎng)和物體的性質(zhì)而改變。第十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(2)黑體：若物體對(duì)于投射到其上所有波長(zhǎng)的輻射都能全部吸收的物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體。故有：若物體僅對(duì)某一波長(zhǎng)輻射能全部吸收，稱(chēng)為相對(duì)黑體。A=1,R=Т=0灰體：A小于1且不隨波長(zhǎng)而變化的物體。

若物體不透明,則透射率Т=０

，吸收率A=1-R。第十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(3)實(shí)驗(yàn)室黑體:Q0第十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(3)實(shí)驗(yàn)室黑體:Q0RQ0第十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(3)實(shí)驗(yàn)室黑體:Q0RQ0R2Q0第十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(3)實(shí)驗(yàn)室黑體:Q0RQ0R2Q0RnQ0吸收率1-Rn第十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.3黑體與灰體(4)黑色物體與黑體的區(qū)別？？？

黑色物體只表明它對(duì)可見(jiàn)光的反射性質(zhì)，而對(duì)非可見(jiàn)光的吸收無(wú)法判定，而黑體是對(duì)整個(gè)電磁波譜范圍內(nèi)所有波長(zhǎng)或某一特定波長(zhǎng)而言，它對(duì)輻射是全部吸收的，它考慮的是對(duì)輻射的吸收性質(zhì)。第十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.4輻射場(chǎng)物理量1、輻射通量Φ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)某一平面的輻射能，也稱(chēng)為輻射功率，單位為J/S或W。2、輻射通量密度F：?jiǎn)挝幻娣e的輻射通量，或是單位面積單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的輻射能，單位為W·m-2第十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日輻照度輻出度第二十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日輻射光譜Fλ：分光輻射出射度或者叫單色輻射通量密度，指物體溫度為T(mén)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從單位表面發(fā)出的波長(zhǎng)在dλ附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的電磁波能量，它表示熱輻射能量按波長(zhǎng)的分布。FλλdλF：積分輻出度，表示單位時(shí)間通過(guò)單位面積全部波長(zhǎng)的總輻射能。第二十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日已知F可計(jì)算空間某一面積A上的輻射通量Φ。若，則輻射通量

第二十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1復(fù)習(xí)題1、什么是黑體和灰體？黑體與黑色物體有何區(qū)別？2、輻射通量、輻射通量密度、輻出度、輻照度、分光輻出度、積分輻出度的概念。第二十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二章大氣輻射學(xué)§1輻射概述§2輻射平衡的基本規(guī)律§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§4到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射§5地氣輻射§6地面輻射差額和氣溫變化§7地氣系統(tǒng)能量平衡第二十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2輻射平衡的基本規(guī)律§2.1輻射平衡§2.2基爾霍夫定律§2.3普朗克定律§2.4玻爾茲曼定律§2.5維恩定律第二十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2.1輻射平衡

當(dāng)物體放射出的輻射能等于它吸收的輻射能時(shí)，物體處于輻射平衡狀態(tài)，可用態(tài)函數(shù)—溫度T來(lái)描述，因此平衡輻射又稱(chēng)為溫度輻射。第二十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2.2基爾霍夫定律

在一定溫度下，對(duì)某一特定波長(zhǎng)而言，任何物體的輻出度與吸收率之比是一個(gè)普適函數(shù)，該函數(shù)只與溫度和波長(zhǎng)有關(guān)，而與物體的其它性質(zhì)無(wú)關(guān)。即具有選擇吸收性：E(λ,T)：絕對(duì)黑體的分光輻出度，即某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻出度。第二十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2.2基爾霍夫定律基爾霍夫定律的意義：它將物體的放射與吸收聯(lián)系起來(lái)了，只要知道某物體的吸收率就可以知道其放射率，反之亦然。它把各種物質(zhì)的吸收、放射與黑體的輻射能力聯(lián)系起來(lái)。使我們有可以通過(guò)研究黑體的輻射來(lái)了解一般物體的輻射。而對(duì)于黑體的研究，無(wú)論從理論上還是實(shí)驗(yàn)上都比較簡(jiǎn)單。第二十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2.3普朗克定律絕對(duì)黑體輻射率僅是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)，單位為W·m-2·μm-1。第一輻射常數(shù)C1=3.7427×108W·μm4·m-2第二輻射常數(shù)C2=14388μm·K第二十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2.4玻爾茲曼定律黑體的積分輻出度ET與溫度T的四次方成正比。

（σ=5.6696×10-8W·m-2·K-4）

有效溫度Te：將物體視作絕對(duì)黑體時(shí)計(jì)算出的溫度。第三十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日5、維恩定律黑體輻射光譜極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(λmax)與其本身溫度(T)的乘積為一常數(shù)。

（b=2897.8μm·K）顏色溫度Tc：由光譜測(cè)定物體溫度。第三十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日衛(wèi)星在火災(zāi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用第三十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日PlanckfunctionWien’sLawStefan-Boltzmanlaw小結(jié)：普朗克定律給出絕對(duì)黑體的分光輻出度與波長(zhǎng)、溫度的關(guān)系，從而繪出黑體輻射光譜曲線(xiàn)，而Wien位移定律描述了曲線(xiàn)中輻射能力最強(qiáng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系，Stefan-BoltzmannLaw則描述了黑體積分輻射能力與溫度的四次方成正比，基爾霍夫定律把任何物體和絕對(duì)黑體聯(lián)系起來(lái)。第三十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2習(xí)題1*

、已知太陽(yáng)輻射的輻出度，其中為太陽(yáng)常數(shù)，d0為日地平均距離，rs為太陽(yáng)半徑，太陽(yáng)光譜中最強(qiáng)波長(zhǎng)為0.48μm，試求太陽(yáng)的有效溫度Te和顏色溫度Tc。(σ=5.6696×10-8W·m-2·K-4，=1367W·m-2

，rs=6.96×105Km，d0=1.496×108Km)2*

、一不透明物體的輻射通量密度為1396.5W·m-2

，反射率為0.3，試求其溫度為多少攝氏度?第三十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§2習(xí)題3*、一個(gè)物體的溫度為300℃，其最大輻射能量所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為多少？4、試列出平衡輻射四大定律，并簡(jiǎn)述其含義。第三十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二章大氣輻射學(xué)§1輻射概述§2輻射平衡的基本規(guī)律§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§4到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射§5地氣輻射§6地面輻射差額和氣溫變化§7地氣系統(tǒng)能量平衡第三十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系§3.2大氣對(duì)輻射的衰減

§3.2.1大氣對(duì)輻射的吸收

§3.2.2大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射第三十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系(1)1、太陽(yáng)概況：s-sune-earth半徑：rs=6.96×105Km，re=6370.9Km，rs

≈109re質(zhì)量：ms

≈3.3×105me體積：Vs

≈1.36×106Ve表面溫度：Ts

≈5800K地球接收太陽(yáng)輻射為18×1016W，約為太陽(yáng)總輻射能量的22億分之一。第三十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系(2)

2、日地關(guān)系1月2日第三十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系(2)平均日地距離

2、日地關(guān)系1月2日7月4日第四十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日四季的變化是怎么產(chǎn)生的？第四十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系(3)第四十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第四十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第四十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系(4)3、太陽(yáng)輻射光譜：太陽(yáng)輻射光譜～6000K的黑體光譜，其中可見(jiàn)光50%，紅外43%，紫外7%，絕大部分能量集中于0.15～4μm，故太陽(yáng)輻射也稱(chēng)為短波輻射。圖中：實(shí)線(xiàn)是大氣上界的太陽(yáng)輻射光譜；虛線(xiàn)是溫度在6,000K時(shí)的黑體輻射光譜。第四十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系(4)4、太陽(yáng)常數(shù)：當(dāng)?shù)厍蛭挥谌盏仄骄嚯x處，與日光垂直平面上的太陽(yáng)輻照度。第四十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日AverageSolarRadiationonaSphere第四十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.1習(xí)題（1）1、概念:太陽(yáng)常數(shù)2、試從日地關(guān)系解釋地球上季節(jié)變化的原因。3*

、已知太陽(yáng)常數(shù)為1367，請(qǐng)計(jì)算（1）太陽(yáng)表面的輻射出射度；（2）全太陽(yáng)表面的輻射通量；（3）整個(gè)地球得到的太陽(yáng)輻射通量占太陽(yáng)發(fā)射輻射通量的份數(shù)。第四十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日4*

、設(shè)大氣上界太陽(yáng)直接輻射在近日點(diǎn)時(shí)為S1，在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)為S2，求其相對(duì)變化值。5*

、設(shè)太陽(yáng)表面為5800K的黑體，地球大氣上界表面為300K的黑體，在日地平均距離時(shí)，求大氣上界處波長(zhǎng)為10μm的太陽(yáng)單色輻照度及地球的單色輻射出射度。§3.1習(xí)題（2）第四十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日6*

、如果太陽(yáng)常數(shù)增加4%，則太陽(yáng)表面有效溫度升高多少度？地球表面有效溫度升高多少度（行星反射率為0.3）？§3.1習(xí)題（3）第五十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.2大氣對(duì)輻射的衰減大氣對(duì)太陽(yáng)短波輻射的削弱：主要是吸收和散射作用。大氣對(duì)地氣長(zhǎng)波輻射的削弱：往往只考慮吸收，忽略散射?！?.2.1大氣對(duì)輻射的吸收§3.2.2大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射第五十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.2.1大氣對(duì)輻射的吸收1、選擇性吸收

短波輻射：主要是水汽，其次是氧、臭氧，而CO2吸收不多；

長(zhǎng)波輻射：主要是水汽，其次是CO2和臭氧。2、大氣吸收光譜：

第五十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

H2O吸收約20%的太陽(yáng)能量幾乎覆蓋長(zhǎng)波輻射整個(gè)波段6.3m振動(dòng)帶大于12m轉(zhuǎn)動(dòng)帶2、大氣吸收光譜第五十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

H2OH2O主要集中在大氣下層，吸收作用主要在對(duì)流層，特別是對(duì)流層下層。液態(tài)水：吸收帶與氣態(tài)對(duì)應(yīng)，波段向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。2、大氣吸收光譜第五十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

O2主要在小于0.25m的紫外區(qū)：舒曼-龍格（Schumann-Runge）吸收帶赫茲堡（Herzberg）帶因小于0.25m的太陽(yáng)輻射能量不到0.2%，而且O2在可見(jiàn)光波段的兩吸收帶較弱(A帶、B帶）

，所以對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱不大。2、大氣吸收光譜第五十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、大氣吸收光譜第五十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

O3強(qiáng)吸收在的紫外區(qū)：哈特來(lái)（Hartley）帶—最強(qiáng)哈金斯（Huggins）帶—較弱可見(jiàn)光區(qū)：查普尤（Chappuis）帶—較弱O3層吸收太陽(yáng)輻射的2%—平流層溫度高的原因（圖）紅外區(qū)：4.7m、9.6m、14.1m較強(qiáng)吸收帶2、大氣吸收光譜第五十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、大氣吸收光譜第五十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

CO2大于2m的紅外區(qū)：較強(qiáng)中心：2.7m、4.3m、15m（圖）對(duì)長(zhǎng)波輻射，以15m最重要2、大氣吸收光譜第五十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日吸收氣體吸收光譜對(duì)輻射的作用H2O水汽主要為紅外區(qū)：最強(qiáng)為6.3μm振轉(zhuǎn)帶和>12μm轉(zhuǎn)動(dòng)帶；液態(tài)水吸收帶與水汽對(duì)應(yīng)，但向長(zhǎng)波移動(dòng)吸收了約20%太陽(yáng)能量，使太陽(yáng)光譜改變。幾乎覆蓋地氣長(zhǎng)波輻射全波段。O2主要<0.25μm紫外區(qū)：舒曼-龍格帶（0.125-0.2026）、赫茲堡帶(0.242-0.26)可見(jiàn)光區(qū)：A帶（0.76）、B帶(0.69)吸收作用很強(qiáng)，但吸收能量不多，對(duì)太陽(yáng)輻射削弱不大。O3最強(qiáng)在紫外區(qū)：哈特來(lái)帶（0.22-0.30）、哈金斯帶(0.32-0.36)可見(jiàn)光：查普尤帶紅外區(qū)：(4.7μm、9.6μm、14.1μm)O3層吸收太陽(yáng)輻射能量的2%左右，是導(dǎo)致平流層上部溫度較高的原因。CO2>2μm紅外區(qū)（2.7μm、4.3μm、15μm）對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收不專(zhuān)門(mén)討論。對(duì)長(zhǎng)波輻射，以>15μm吸收帶最為重要。第六十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日太陽(yáng)輻射：紫外<0.29μm幾乎全吸收，可見(jiàn)光吸收不強(qiáng)，紅外主要是水汽吸收，其次為CO2、CH4。

地面輻射：>14μm遠(yuǎn)紅外輻射幾乎全吸收，除大氣之窗。2、大氣吸收光譜紫外可見(jiàn)紅外遠(yuǎn)紅外第六十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

3、大氣之窗：除了9.6μm附近臭氧有一個(gè)較強(qiáng)的吸收帶外，在8~12μm波段，整層大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射吸收很弱，稱(chēng)為大氣之窗。第六十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§3.1太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系§3.2大氣對(duì)輻射的衰減

§3.2.1大氣對(duì)輻射的吸收

§3.2.2大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射對(duì)太陽(yáng)輻射需考慮散射，對(duì)長(zhǎng)波輻射可忽略。第六十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日分子散射：散射能力與波長(zhǎng)的四次方成反比，即散射具有波長(zhǎng)選擇性，散射能量分布呈對(duì)稱(chēng)球形。1、分子散射與米散射第六十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、分子散射與米散射分子散射：散射能力與波長(zhǎng)的四次方成反比，即散射具有波長(zhǎng)選擇性，散射能量分布呈對(duì)稱(chēng)球形。米散射：散射對(duì)所有波長(zhǎng)的輻射都同樣地發(fā)生，無(wú)波長(zhǎng)選擇性，散射能量在入射光方向伸長(zhǎng)，散射質(zhì)點(diǎn)越大，偏離對(duì)稱(chēng)越多。第六十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、尺度數(shù)散射在整個(gè)電磁波譜內(nèi)都會(huì)發(fā)生，但散射的強(qiáng)弱及散射能量的空間分布與波長(zhǎng)、散射質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)大小有關(guān)。

尺度數(shù)：

x：尺度數(shù)

a：粒子半徑λ：入射輻射波長(zhǎng)

第六十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

3、散射過(guò)程分類(lèi)

（1）瑞利散射：x<<1，a<<λ(氣體分子對(duì)可見(jiàn)光的散射)

（2）米散射：

0.1<x<50，a～λ(大氣中云滴、塵埃對(duì)可見(jiàn)光的散射）（3）幾何光學(xué)范疇：x>50，a>>λ（大雨滴對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生折射、反射現(xiàn)象第六十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日散射類(lèi)型是由入射輻射波長(zhǎng)與質(zhì)點(diǎn)半徑的相對(duì)大小來(lái)確定。第六十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日問(wèn)題1：為何晴朗的天空呈藍(lán)色？云是白色的？問(wèn)題2：為什么三伏天最熱？第六十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§3.2復(fù)習(xí)題1、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用有哪些？試列出吸收太陽(yáng)輻射的主要?dú)怏w和吸收光譜。2、大氣對(duì)輻射的散射作用可分為哪幾類(lèi)？第七十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二章大氣輻射學(xué)§1輻射概述§2輻射平衡的基本規(guī)律§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§4到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射§5地氣輻射§6地面輻射差額和氣溫變化§7地氣系統(tǒng)能量平衡第七十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射包括兩部分：太陽(yáng)直接輻射和天空散射輻射?！?.1到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射§4.2散射輻射§4.3總輻射§4.4地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射第七十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4.1到達(dá)地面的太陽(yáng)直接輻射

1、直接輻射：太陽(yáng)以平行光的形式，投射到地面上的那部分輻射能，稱(chēng)為直接輻射，通常以到達(dá)水平面上的太陽(yáng)直接輻射的輻照度Sm′來(lái)表示直接輻射的大小。

2、直接輻射的影響因子：

（1）太陽(yáng)高度角（2）大氣透明度第七十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）太陽(yáng)高度角太陽(yáng)高度角h：太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽(yáng)天頂角θ

：太陽(yáng)高度角的余角。AB第七十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

a、太陽(yáng)高度角越大，等量的太陽(yáng)輻射散布的面積就越?。▓Da），地表單位面積上所獲得的太陽(yáng)輻射能就越大。（圖b）

水平面上的太陽(yáng)輻照度與日光垂直平面上的太陽(yáng)輻照度AC面接收的輻射能與AB面上所接收的輻射能相等第七十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

當(dāng)h=90°時(shí)，當(dāng)90°>h>0°時(shí)，第七十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日b、太陽(yáng)高度角越小，太陽(yáng)光透過(guò)的大氣層就越厚，削弱就越強(qiáng)，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射就越小。當(dāng)h=90°時(shí)，太陽(yáng)光在大氣中的射程為OA。當(dāng)90°>h>0°時(shí)，太陽(yáng)光在大氣中的射程為OC。第七十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）大氣透明度大氣透明度：大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的透射程度透明系數(shù)（p）:指透過(guò)一個(gè)大氣質(zhì)量的輻射強(qiáng)度與進(jìn)入該大氣的輻射強(qiáng)度之比。太陽(yáng)位于天頂處，若在大氣上界太陽(yáng)輻射通量為I0，而到達(dá)地面后為I，則主要影響因素:水汽、凝結(jié)物、雜質(zhì)等。第七十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4.2散射輻射天空散射輻射SD：水平地表面上的自天空各方向上大氣散射來(lái)的太陽(yáng)輻射通量密度，單位為W·m-2。第七十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日影響因子：太陽(yáng)高度角、大氣透明度、云、地表反射率等。散射變化：一天中中午前后最大，一年中夏季最大。

§4.2散射輻射第八十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4.3總輻射1、地面總輻射：到達(dá)水平地表面的太陽(yáng)直接輻射與天空散射之和,單位為W·m-2。

SG=Sm′+SD2、總輻射影響因子：太陽(yáng)高度角、大氣透明度、云量等第八十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4.3總輻射3、總輻射日變化日出以前，地面上總輻射的收入不多，其中只有散射輻射；日出以后，隨著太陽(yáng)高度的升高，太陽(yáng)直接輻射和散射輻射逐漸增加，但前者增加得較快；當(dāng)h=8°時(shí)，直接輻射=散射輻射；當(dāng)h=50°時(shí)，散射輻射值僅相當(dāng)總輻射的10％～20％；中午時(shí)，太陽(yáng)直接輻射與散射輻射強(qiáng)度均達(dá)到最大值；中午以后，二者又按相反的次序變化。第八十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4.3總輻射4、總輻射分布特點(diǎn)：日總量隨緯度的增大而減小，最大的在20°N。我國(guó)最大總輻射：西藏、青海、新疆；次之輻射：黃河流域；最小輻射：長(zhǎng)江流域、華南地區(qū)。第八十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4.4地面反射輻射地表反射率：與下墊面性質(zhì)和狀態(tài)有關(guān)。反射率與地面狀況、顏色、粗糙度、植被、土壤性質(zhì)有關(guān)。新雪：80—95%裸地：7%—20%第八十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日不同性質(zhì)地面的反射率（%）第八十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二章大氣輻射學(xué)§1輻射概述§2輻射平衡的基本規(guī)律§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§4到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射§5地氣輻射§6地面輻射差額和氣溫變化§7地氣系統(tǒng)能量平衡第八十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§5.1地面輻射

1、概念：地面吸收太陽(yáng)輻射能后不停地向外放射輻射，稱(chēng)為地面輻射。

2、最大放射能量所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為10-15μm。

第八十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§5.2大氣輻射1、概念： 大氣吸收地面輻射后向外放射輻射，稱(chēng)為大氣輻射。屬于長(zhǎng)波輻射（3-120μm）。2、大氣的主要吸收體：水（水汽和液態(tài)水）、二氧化碳、臭氧。3、地面長(zhǎng)波輻射極少能透過(guò)大氣進(jìn)入宇宙空間，除大氣之窗。第八十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日透射率（%）O3CO2CO2H2OH2O第八十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）太陽(yáng)輻射中的直接輻射是作為定向的平行輻射進(jìn)入大氣的，而地面和大氣輻射是漫射輻射?！?.3大氣中長(zhǎng)波輻射的特點(diǎn)漫射輻射平行輻射第九十頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§5.3

大氣中長(zhǎng)波輻射的特點(diǎn)大氣散射第九十一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）太陽(yáng)輻射中的直接輻射是作為定向的平行輻射進(jìn)入大氣的，而地面和大氣輻射是漫射輻射。（2）長(zhǎng)波輻射在大氣中傳播時(shí)，可以不考慮散射作用。（3）太陽(yáng)輻射在大氣中傳播時(shí)，僅考慮大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用，而未考慮大氣本身輻射的影響。但考慮長(zhǎng)波輻射在大氣中的傳播時(shí)，不僅要考慮大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收，而且還要考慮大氣本身放射的長(zhǎng)波輻射。大氣本身放射的輻射一部分向上進(jìn)入太空，一部分向下到達(dá)地面，我們把向下到達(dá)地面的那部分大氣輻射稱(chēng)為大氣逆輻射?！?.3大氣中長(zhǎng)波輻射的特點(diǎn)第九十二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§5.4大氣逆輻射和保溫效應(yīng)

大氣逆輻射的作用：其值的大小，決定了地表得到熱能補(bǔ)償?shù)亩嗌?，因此其?duì)地面有保溫作用。地球—無(wú)大氣：T=-23℃

有大氣：T=15℃

月球—白天：T=127℃

夜晚：T=-183℃第九十三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§5.5地面的有效輻射1、概念：

地面有效輻射F0:地面放射的輻射Eg與地面吸收的大氣逆輻射δEa之差。

F0表示地表?yè)p失熱量的多少。一般地面失去熱量（逆溫和濕度很大時(shí)例外）第九十四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§4、5習(xí)題1、概念：太陽(yáng)直接輻射、天空散射輻射、地面總輻射、大氣之窗、大氣逆輻射、有效輻射2、太陽(yáng)直接輻射、天空散射輻射、地面總輻射影響因子3、大氣中長(zhǎng)波輻射的特點(diǎn))第九十五頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二章大氣輻射學(xué)§1輻射概述§2輻射平衡的基本規(guī)律§3太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減§4到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射§5地氣輻射§6地面輻射差額和氣溫變化§7地氣系統(tǒng)能量平衡第九十六頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6地面輻射差額和能量平衡§6.1地面輻射差額§6.2地面能量平衡§6.3氣溫日變化§6.4氣溫年變化第九十七頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.1地面輻射差額(1)輻射差額（凈輻射）=收入輻射能-支出輻射能第九十八頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.1地面輻射差額(2)地面輻射差額

=吸收的太陽(yáng)總輻射

+吸收的大氣逆輻射-向外放射的長(zhǎng)波輻射

第九十九頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.1地面輻射差額(2)地面輻射差額

=吸收的太陽(yáng)總輻射

+吸收的大氣逆輻射-向外放射的長(zhǎng)波輻射

-(地表有效輻射)地面輻射差額：?jiǎn)挝幻娣e地表面所吸收的總輻射與它的有效輻射之差。第一百頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.1地面輻射差額(3)地面輻射差額特點(diǎn)：一般夜間為負(fù)，白天為正；負(fù)到正：日出后1h；正到負(fù)：日落前l(fā)—1.5h。第一百零一頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.2地面能量平衡地表凈能量通量=地表凈短波輻射通量-凈長(zhǎng)波輻射通量

-地表感熱通量-地表潛熱通量-流進(jìn)土壤深層的熱量第一百零二頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.3氣溫日變化

氣溫日變化最高值出現(xiàn)在午后14點(diǎn)左右，最低值出現(xiàn)在清晨日出左右。原因:對(duì)流層熱量來(lái)源于地面,氣溫具滯后效應(yīng).

正午:太陽(yáng)輻射最強(qiáng).13時(shí):地面熱量收=支,地溫達(dá)最高.而氣溫由于滯后效應(yīng)至14時(shí)達(dá)最大.日出前后地面熱量收支由負(fù)轉(zhuǎn)正.第一百零三頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日§6.3氣溫日變化日較差變化:緯度(高緯<低緯)季節(jié)(夏季>冬季)下墊面(海洋<陸地)地形(凸地<凹地)第一百零四頁(yè)，共一百一十四頁(yè)，編輯于