1、大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述辐射概述2 辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的太阳辐射5 地气辐射6 地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡大气科学概论1 辐射概述1.1 辐射的定义1.2 辐射的传播电磁波1.3 黑体与灰体1.4 辐射场物理量1.1 辐射的定义大气科学概论1.1 辐射的定义 辐射能是能量的一种形式，物质以电磁波的形式放射的辐射能是能量的一种形式，物质以电磁波的形式放射的能量，称为辐射能，而这种能量传播方式称为辐射。能量，称为辐射能，而这种能量传播方式称为辐射。1.2 辐射的传播电磁波1、传播速度：传播速度：3108m/s2、波长范围波
2、长范围：10-16m103m：宇宙射线宇宙射线 射线射线X射线紫外线射线紫外线可见光可见光红外线红外线（微（微波波）无线电波）无线电波(微米微米)大气科学概论1.2 辐射的传播电磁波3、大气科学研究对象：太阳短波辐射、地球和大气长波辐射、大气科学研究对象：太阳短波辐射、地球和大气长波辐射1.3 黑体与灰体(1)traQQQQ00001QQQQQQtra1 RA吸收率吸收率 反射率反射率 透射率透射率大气科学概论水分含量对玉米叶子反射率的影响大气科学概论不同土壤的反射波谱曲线大气科学概论各种地表对太阳辐射的反射率（%）地表森林田地（绿色）田地（已开垦的干地）草地裸地沙地反射率3103152025
3、15307201525地表雪地（新雪）雪地（陈雪）冰水面h40水面h=530反射率805070507024640大气科学概论以上图表可以说明什么？物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。大气科学概论1.3 黑体与灰体(2)黑体黑体：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部吸收的物体称为吸收的物体称为绝对黑体绝对黑体。故有：。故有：若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为相对黑体相对黑体。A=1,R=0灰体灰体：A A小于小于1 1且不随波长而变化的物体且不随波长而变化的物体。若物体不透明
4、若物体不透明,则透射率则透射率=，吸收率，吸收率A=1-RA=1-R。大气科学概论1.3 黑体与灰体(3)实验室黑体:Q0大气科学概论1.3 黑体与灰体(3)实验室黑体:Q0RQ0大气科学概论1.3 黑体与灰体(3)实验室黑体:Q0RQ0R2Q0大气科学概论1.3 黑体与灰体(3)实验室黑体:Q0RQ0R2Q0RnQ0吸收率1-Rn大气科学概论1.3 黑体与灰体(4)黑色物体与黑体的区别黑色物体与黑体的区别？黑色物体只表明它对可见光的反射性质，而对非可见光黑色物体只表明它对可见光的反射性质，而对非可见光的吸收无法判定，而黑体是对整个电磁波谱范围内所有的吸收无法判定，而黑体是对整个电磁波谱范围内
5、所有波长或某一特定波长而言，它对辐射是全部吸收的，它波长或某一特定波长而言，它对辐射是全部吸收的，它考虑的是对辐射的吸收性质。考虑的是对辐射的吸收性质。大气科学概论1.4 辐射场物理量1、辐射通量：单位时间内通过某一平面的辐射能，也称为辐射功率，单位为J/S或W。2、辐射通量密度F：单位面积的辐射通量，或是单位面积单位时间内通过的辐射能，单位为Wm-2dtdQdtdAdQdAdF辐照度 辐出度dtdAdQdAdF大气科学概论辐射光谱F：分光辐射出射度：分光辐射出射度或者叫或者叫单色辐射通量密度单色辐射通量密度，指，指物体温物体温度为度为 T 时，单位时间内从单位表面发出的波长在时，单位时间内从
6、单位表面发出的波长在d附附近单位波长间隔内的电磁波能量，它近单位波长间隔内的电磁波能量，它表示热辐射能量表示热辐射能量按波长的分布。按波长的分布。FdF：积分辐出度积分辐出度，表示，表示单位时间通过单位面积单位时间通过单位面积全部波长的总辐射能。全部波长的总辐射能。大气科学概论已知已知F可计算空间某一面积可计算空间某一面积A上的辐射通量上的辐射通量。若若 ，则辐射通量，则辐射通量 AdAFdAFdCF AF 大气科学概论1 复习题1、什么是黑体和灰体？黑体与黑色物体有何区别？2、辐射通量、辐射通量密度、辐出度、辐照度、分光辐出度、积分辐出度的概念。大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述2
7、辐射平衡的基本规律辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的太阳辐射5 地气辐射6 地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡大气科学概论2 辐射平衡的基本规律2.1 辐射平衡2.2 基尔霍夫定律2.3 普朗克定律2.4 玻尔兹曼定律2.5 维恩定律2.1 辐射平衡 当物体放射出的辐射能等于它吸收的辐射能时，物体处于当物体放射出的辐射能等于它吸收的辐射能时，物体处于辐射平衡状态，可用态函数辐射平衡状态，可用态函数温度温度T来描述，因此平衡辐来描述，因此平衡辐射又称为射又称为温度辐射温度辐射。大气科学概论2.2 基尔霍夫定律 在一定温度下，对某一特定波长而言，任何物体的在一定
8、温度下，对某一特定波长而言，任何物体的辐出度辐出度与与吸收率吸收率之比是一个普适函数，该函数只与之比是一个普适函数，该函数只与温度温度和和波长波长有有关，而与物体的其它性质无关。即具有关，而与物体的其它性质无关。即具有选择吸收性选择吸收性：E(,T)：绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出度。度。),(,TEAFTT大气科学概论2.2 基尔霍夫定律基尔霍夫定律的意义：基尔霍夫定律的意义：它将物体的放射与吸收联系起来了，只要知道某物体的它将物体的放射与吸收联系起来了，只要知道某物体的吸收率就可以知道其放射率，反之亦然。吸收率就可以知道其放射率，反
9、之亦然。它把各种物质的吸收、放射与黑体的辐射能力联系起来。它把各种物质的吸收、放射与黑体的辐射能力联系起来。使我们有可以通过研究黑体的辐射来了解一般物体的辐使我们有可以通过研究黑体的辐射来了解一般物体的辐射。而对于黑体的研究，无论从理论上还是实验上都比射。而对于黑体的研究，无论从理论上还是实验上都比较简单。较简单。2.3 普朗克定律绝对绝对黑体辐射黑体辐射率仅是率仅是波长波长和和温度温度的函数，单位为的函数，单位为Wm-2m-1。第一辐射常数第一辐射常数C1=3.7427108Wm4m-2第二辐射常数第二辐射常数C2=14388mK151)1(),(2TcecTE大气科学概论2.4 玻尔兹曼定
10、律黑体的积分辐出度黑体的积分辐出度ET与温度与温度T的四次方成正比。的四次方成正比。（=5.669610-8 Wm-2K-4）有效温度有效温度Te：将物体视作绝对黑体时计算出的温度：将物体视作绝对黑体时计算出的温度。4TET0,dEETT5、维恩定律 黑体辐射光谱极大值对应的波长黑体辐射光谱极大值对应的波长(max)与其本身温度与其本身温度(T)的乘积为一常数。的乘积为一常数。（b=2897.8mK）颜色温度颜色温度Tc：由光谱测定物体温度。：由光谱测定物体温度。Tbmax卫星在火灾监测中的应用卫星在火灾监测中的应用Planck functionWiens LawStefan-Boltzman
11、 law小小 结：结：普朗克定律普朗克定律给出绝对黑体的分光辐出度与波长、温度给出绝对黑体的分光辐出度与波长、温度的关系，从而绘出黑体辐射光谱曲线，而的关系，从而绘出黑体辐射光谱曲线，而Wien位移定律位移定律描述描述了曲线中辐射能力最强对应的波长与温度的关系，了曲线中辐射能力最强对应的波长与温度的关系，Stefan-Boltzmann Law则描述了黑体积分辐射能力与温度的四次方则描述了黑体积分辐射能力与温度的四次方成正比，成正比，基尔霍夫定律基尔霍夫定律把任何物体和绝对黑体联系起来。把任何物体和绝对黑体联系起来。大气科学概论2 习题1*、已知太阳辐射的辐出度 ，其中 为太阳常数，d0为日地
12、平均距离，rs为太阳半径，太阳光谱中最强波长为0.48 m，试求太阳的有效温度Te和颜色温度Tc。(=5.669610-8 Wm-2K-4，=1367Wm-2，rs=6.96105Km，d0=1.496108Km)2*、一不透明物体的辐射通量密度为1396.5Wm-2，反射率为0.3，试求其温度为多少摄氏度?)(2200srdss0s0s大气科学概论2 习题3*、一个物体的温度为300，其最大辐射能量所对应的波长为多少？4、试列出平衡辐射四大定律，并简述其含义。大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述2 辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的
13、太阳辐射5 地气辐射6 地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡大气科学概论3 太阳辐射及其在大气中的衰减3.1 太阳辐射及日地关系3.2 大气对辐射的衰减 3.2.1大气对辐射的吸收大气对辐射的吸收 3.2.2大气对太阳辐射的散射大气对太阳辐射的散射3.1 太阳辐射及日地关系(1)1、太阳概况、太阳概况：s-sun e-earth半径：半径：rs=6.96105Km，re=6370.9Km，rs 109re 质量：质量：ms 3.3105me体积：体积：Vs 1.36106Ve表面温度：表面温度：Ts 5800K地球接收太阳辐射为地球接收太阳辐射为181016W，约为太阳总辐射能量的约为太
14、阳总辐射能量的22亿分之一。亿分之一。大气科学概论3.1 太阳辐射及日地关系(2)kmd811047.1 2、日地关系、日地关系1月月2日日大气科学概论3.1 太阳辐射及日地关系(2)kmd811047.1kmd821052.1平均日地距离kmd8010496.1 2、日地关系、日地关系1月月2日日7月月4日日大气科学概论 四季的变化是怎么产生的？3.1 太阳辐射及日地关系(3)大气科学概论大气科学概论3.1 太阳辐射及日地关系(4)3、太阳辐射光谱：、太阳辐射光谱：太阳辐射光谱太阳辐射光谱6000K的黑体光谱，其中可见光的黑体光谱，其中可见光50%，红外，红外43%，紫外，紫外7%，绝大部分
15、能量集中于，绝大部分能量集中于0.154m，故太阳辐，故太阳辐射也称为射也称为短波辐射短波辐射。3.1 太阳辐射及日地关系(4)4、太阳常数、太阳常数：当地球位于日地平均距离处，与日光垂直平面：当地球位于日地平均距离处，与日光垂直平面上的太阳辐照度。上的太阳辐照度。2071367mWsAverage Solar Radiation on a Sphere大气科学概论3.1 习题（1）1、概念:太阳常数2、试从日地关系解释地球上季节变化的原因。3*、已知太阳常数为 1367 ，请计算（1）太阳表面的辐射出射度；（2）全太阳表面的辐射通量；（3）整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
16、2mW大气科学概论4*、设大气上界太阳直接辐射在近日点时为S1，在远日点时为S2，求其相对变化值 。5*、设太阳表面为5800K的黑体，地球大气上界表面为300K的黑体，在日地平均距离时，求大气上界处波长为10m的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。3.1 习题（2）121sss 大气科学概论6*、如果太阳常数增加4%，则太阳表面有效温度升高多少度？地球表面有效温度升高多少度（行星反射率为0.3）？3.1 习题（3）大气科学概论3.2 大气对辐射的衰减大气对大气对太阳短波辐射太阳短波辐射的削弱：主要是的削弱：主要是吸收和散射吸收和散射作用。作用。大气对大气对地气长波辐射地气长波辐射的削弱：往
17、往只考虑的削弱：往往只考虑吸收吸收，忽略散射。，忽略散射。3.2.1大气对辐射的吸收大气对辐射的吸收3.2.2大气对太阳辐射的散射大气对太阳辐射的散射大气科学概论3.2.1大气对辐射的吸收1、选择性吸收选择性吸收 短波辐射短波辐射：主要是水汽，其次是：主要是水汽，其次是氧、臭氧氧、臭氧，而，而 CO2吸收吸收不多；不多；长波辐射长波辐射：主要是水汽，其次是：主要是水汽，其次是CO2和臭氧。和臭氧。2、大气吸收光谱：大气吸收光谱：H2O吸收约吸收约20%的太阳能量的太阳能量几乎覆盖长波辐射整个波段几乎覆盖长波辐射整个波段6.3 m振动带振动带大于大于12 m转动带转动带2、大气吸收光谱、大气吸收
18、光谱 H2O H2O主要集中在大气下层，吸收作用主要在对流层，特别主要集中在大气下层，吸收作用主要在对流层，特别是对流层下层。是对流层下层。液态水：吸收带与气态对应，波段向长波方向移动。液态水：吸收带与气态对应，波段向长波方向移动。2、大气吸收光谱、大气吸收光谱 O2 主要在小于主要在小于0.25 m的的紫外区紫外区：l舒曼舒曼-龙格（龙格（Schumann-Runge）吸收带）吸收带l赫兹堡（赫兹堡（Herzberg）带）带 因小于因小于0.25 m的太阳辐射能量不到的太阳辐射能量不到0.2%，而且，而且O2在在可见可见光光波段的两吸收带较弱波段的两吸收带较弱(A带、带、B带）带），所以对太
19、阳辐射，所以对太阳辐射的削弱不大。的削弱不大。2、大气吸收光谱、大气吸收光谱2、大气吸收光谱、大气吸收光谱 O3强吸收在的强吸收在的紫外区紫外区：哈特来（哈特来（Hartley）带）带最强最强哈金斯（哈金斯（Huggins）带）带较弱较弱可见光区：查普尤（可见光区：查普尤（Chappuis）带）带较弱较弱O3层吸收太阳辐射的层吸收太阳辐射的2%平流层温度高的原因（图）平流层温度高的原因（图）红外区红外区：4.7 m、9.6 m、14.1 m较强吸收带较强吸收带2、大气吸收光谱、大气吸收光谱2、大气吸收光谱、大气吸收光谱 CO2大于2m的红外区：较强中心：2.7m、4.3m、15m（图）对长波辐
20、射，以15m最重要2、大气吸收光谱、大气吸收光谱吸收气体吸收光谱对辐射的作用H2O水汽主要为水汽主要为红外区红外区：最强为：最强为6.3mm振转振转带和带和 12mm转动带；转动带；液态水吸收带与水汽对应，但向长波移液态水吸收带与水汽对应，但向长波移动动吸收了约吸收了约20%太阳能量，太阳能量，使太阳光谱改变。使太阳光谱改变。几乎覆盖地气长波辐射几乎覆盖地气长波辐射全波段。全波段。O2主要主要0.25m 2mm红外区红外区（2.7m2.7m、4.3m4.3m、15m15m）对太阳辐射的吸收不专对太阳辐射的吸收不专门讨论。门讨论。对长波辐射，以对长波辐射，以15m15m吸收带最为重要。吸收带最为
21、重要。太阳辐射太阳辐射：紫外：紫外14mm远红外辐射几乎全吸收，除远红外辐射几乎全吸收，除大气之窗。大气之窗。2、大气吸收光谱、大气吸收光谱紫外紫外可见可见红外红外远红外远红外 3、大气之窗：、大气之窗：除了除了9.6m附近臭氧有一个较强的附近臭氧有一个较强的吸收带外，在吸收带外，在812m波段，整层大气对长波辐射吸收波段，整层大气对长波辐射吸收很弱，称为大气之窗。很弱，称为大气之窗。大气科学概论3 太阳辐射及其在大气中的衰减3.1 太阳辐射及日地关系3.2 大气对辐射的衰减 3.2.1大气对辐射的吸收 3.2.2大气对太阳辐射的散射 对太阳辐射需考虑对太阳辐射需考虑散射散射，对长波辐射可忽略
22、。，对长波辐射可忽略。分子散射分子散射：散射能力与波长的四次方成反比，即散射具有：散射能力与波长的四次方成反比，即散射具有波长选择性波长选择性，散射能量分布呈，散射能量分布呈对称球形对称球形。1、分子散射与米散射、分子散射与米散射1、分子散射与米散射、分子散射与米散射分子散射分子散射：散射能力与波长的四次方成反比，即散射具有：散射能力与波长的四次方成反比，即散射具有波长选择性波长选择性，散射能量分布呈，散射能量分布呈对称球形对称球形。米散射米散射：散射对所有波长的辐射都同样地发生，：散射对所有波长的辐射都同样地发生，无波长选无波长选择性择性，散射能量在入射光方向伸长，散射质点越大，散射能量在入
23、射光方向伸长，散射质点越大，偏离偏离对称对称越多。越多。2、尺度数、尺度数 散射在整个电磁波谱内都会发生，但散射的强弱及散射能散射在整个电磁波谱内都会发生，但散射的强弱及散射能 量的空间分布与波长、散射质点的相对大小有关量的空间分布与波长、散射质点的相对大小有关。尺度数：尺度数：x：尺度数：尺度数 a：粒子半径：粒子半径：入射辐射波长：入射辐射波长 ax2 3、散射过程分类、散射过程分类 （1）瑞利散射）瑞利散射：1，r(气体分子对可见光的散气体分子对可见光的散射射)（2）米散射：）米散射：0.150，r（大雨滴对可见光产（大雨滴对可见光产生折射、反射现象生折射、反射现象散射类型是由散射类型是
24、由入射辐射波长入射辐射波长与质点半径的与质点半径的相对大小来确相对大小来确定。定。问题问题1：为何晴朗的天空呈蓝色？云是白色的？：为何晴朗的天空呈蓝色？云是白色的？问题问题2：为什么三伏天最热？为什么三伏天最热？大气科学概论3.2 复习题1、大气对太阳辐射的削弱作用有哪些？试列出吸、大气对太阳辐射的削弱作用有哪些？试列出吸收太阳辐射的主要气体和吸收光谱。收太阳辐射的主要气体和吸收光谱。2、大气对辐射的散射作用可分为哪几类？、大气对辐射的散射作用可分为哪几类？大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述2 辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射5
25、地气辐射6 地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡大气科学概论4 到达地面的太阳辐射 包括两部分：太阳直接辐射和天空散射辐射。包括两部分：太阳直接辐射和天空散射辐射。4.1 到达地面的太阳直接辐射到达地面的太阳直接辐射4.2 散射辐射散射辐射4.3 总辐射总辐射4.4 地面对太阳辐射的反射地面对太阳辐射的反射大气科学概论4.1 到达地面的太阳直接辐射 1、直接辐射：、直接辐射：太阳以平行光的形式，投射到地面上的那部分辐射能，称为直接辐射，通常以到达水平面上的太阳直接辐射的辐照度Sm来表示直接辐射的大小。2、直接辐射的影响因子：、直接辐射的影响因子：（1）太阳高度角）太阳高度角 （2）大气透
26、明度）大气透明度（1）太阳高度角）太阳高度角太阳高度角太阳高度角h：太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。：太阳光的入射方向和地平面之间的夹角。太阳天顶角太阳天顶角：太阳高度角的余角。：太阳高度角的余角。AB a、太阳高度角越大，等量的太阳辐射散布的面积就越小（图太阳高度角越大，等量的太阳辐射散布的面积就越小（图a），），地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越大。（图地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越大。（图b）水平面上的水平面上的太阳辐照度太阳辐照度与日光垂直平面与日光垂直平面上的太阳辐照度上的太阳辐照度AC面接收的辐射能与面接收的辐射能与AB面上所接收的辐射能相等面上所接收的辐射能相等 II
27、 SISI sinhADABADACSSIIII sinhII当当h=90时，时，当当90h0时，时，IIb、太阳高度角越小，太阳光透过的大气层就越厚，削弱就太阳高度角越小，太阳光透过的大气层就越厚，削弱就越强，到达地面的太阳辐射就越小。越强，到达地面的太阳辐射就越小。当当h=90h=90时，太阳光在大气中的射程为时，太阳光在大气中的射程为OAOA。当当9090h0h0时，太阳光在大气中的射程为时，太阳光在大气中的射程为OCOC。大气科学概论（2）大气透明度）大气透明度大气透明度大气透明度：大气对太阳辐射的透射程度：大气对太阳辐射的透射程度透明系数透明系数（p p）:指透过一个大气质量的辐射强
28、度与进入指透过一个大气质量的辐射强度与进入该大气的辐射强度之比。该大气的辐射强度之比。太阳位于天顶处，若在大气上界太阳辐射通量为太阳位于天顶处，若在大气上界太阳辐射通量为I0，而到达地面后为而到达地面后为I，则，则主要影响因素主要影响因素:水汽、凝结物、杂质等。水汽、凝结物、杂质等。pII0大气科学概论4.2 散射辐射 天空散射辐射天空散射辐射SD：水平地表面上的自天空各方向上大气散射来的太阳辐射通量密度，单位为Wm-2。大气科学概论影响因子：影响因子：太阳高度角、大气透明度、云、地表反射率等。散射变化：散射变化：一天中中午前后最大，一年中夏季最大。4.2 散射辐射大气科学概论4.3 总辐射1
29、、地面总辐射、地面总辐射：到达水平地表面的太阳直接辐射到达水平地表面的太阳直接辐射与天空散射之和与天空散射之和,单位为单位为Wm-2。SG=Sm+SD2、总辐射影响因子、总辐射影响因子：太阳高度角、太阳高度角、大气透明度、云量等大气透明度、云量等大气科学概论4.3 总辐射3、总辐射日变化、总辐射日变化日出以前，地面上总辐射的收入不多，其中只有散射辐射；日出以前，地面上总辐射的收入不多，其中只有散射辐射；日出以后，随着太阳高度的升高，太阳直接辐射和散射辐射日出以后，随着太阳高度的升高，太阳直接辐射和散射辐射逐渐增加，但前者增加得较快；逐渐增加，但前者增加得较快；当当h=8时，直接辐射时，直接辐射
30、=散射辐射；散射辐射；当当h=50时，散射辐射值仅相当总辐射的时，散射辐射值仅相当总辐射的1020；中午时，太阳直接辐射与散射辐射强度均达到最大值；中午时，太阳直接辐射与散射辐射强度均达到最大值；中午以后，二者又按相反的次序变化。中午以后，二者又按相反的次序变化。大气科学概论4.3 总辐射4、总辐射分布特点：、总辐射分布特点：日总量随纬度的增大而减小，最大的在日总量随纬度的增大而减小，最大的在20N。我国最大总辐射：西藏、青海、新疆；我国最大总辐射：西藏、青海、新疆；次之辐射：黄河流域；次之辐射：黄河流域；最小辐射：长江流域、华南地区。最小辐射：长江流域、华南地区。大气科学概论4.4 地面反射
31、辐射 地表反射率：与下垫面性质和状态有关。反射率与地面状况、颜色、粗糙度、植被、土壤性质有关。新雪：8095%裸地：7%20%大气科学概论不同性质地面的反射率（不同性质地面的反射率（%）大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述2 辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的太阳辐射5 地气辐射地气辐射6 地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡大气科学概论5.1地面辐射地面辐射 1 1、概念：地面吸收太阳辐射能后不停地向外放射辐射，称、概念：地面吸收太阳辐射能后不停地向外放射辐射，称为为地面辐射地面辐射。2 2、最大放射能量所对应的波长为、最大放射能量所对应的波长为10-
32、15m10-15m。大气科学概论5.2大气辐射大气辐射1 1、概念：、概念：大气吸收地面辐射后向外放射辐射，称为大气辐射。大气吸收地面辐射后向外放射辐射，称为大气辐射。属于长波辐射（属于长波辐射（3-120 m 3-120 m）。）。2 2、大气的主要吸收体：水（水汽和液态水）、二氧化、大气的主要吸收体：水（水汽和液态水）、二氧化碳、臭氧。碳、臭氧。3 3、地面长波辐射极少能透过大气进入宇宙空间，除大地面长波辐射极少能透过大气进入宇宙空间，除大气之窗。气之窗。透射率（透射率（%）O3CO2CO2H2OH2O（1）太阳辐射太阳辐射中的直接辐射是作为定向的中的直接辐射是作为定向的平行辐射平行辐射进
33、入大进入大气的，而气的，而地面和大气辐射地面和大气辐射是是漫射辐射漫射辐射。5.3大气中长波辐射的特点大气中长波辐射的特点漫射辐射漫射辐射平行辐射平行辐射5.3 大气中长波辐射的特点大气中长波辐射的特点大气大气散射散射大气科学概论（1）太阳辐射太阳辐射中的直接辐射是作为定向的中的直接辐射是作为定向的平行辐射平行辐射进入大进入大气的，而气的，而地面和大气辐射地面和大气辐射是是漫射辐射漫射辐射。（2）长波辐射长波辐射在大气中在大气中传播传播时，可以时，可以不考虑散射不考虑散射作用。作用。（3）太阳辐射在大气中传播时，仅考虑大气对太阳辐射的）太阳辐射在大气中传播时，仅考虑大气对太阳辐射的削弱作用，而
34、未考虑大气本身辐射的影响。但考虑削弱作用，而未考虑大气本身辐射的影响。但考虑长波长波辐射在大气中的传播辐射在大气中的传播时，时，不仅要考虑大气对长波辐射的不仅要考虑大气对长波辐射的吸收吸收，而且，而且还要考虑大气本身放射的长波辐射还要考虑大气本身放射的长波辐射。大气本。大气本身放射的辐射一部分向上进入太空，一部分向下到达地身放射的辐射一部分向上进入太空，一部分向下到达地面，我们把向下到达地面的那部分大气辐射称为大气逆面，我们把向下到达地面的那部分大气辐射称为大气逆辐射。辐射。5.3大气中长波辐射的特点大气中长波辐射的特点大气科学概论5.4大气逆辐射和保温效应大气逆辐射和保温效应 大气逆辐射的作
35、用：大气逆辐射的作用：其值的大小，决定了地表得到热能补其值的大小，决定了地表得到热能补偿的多少，因此其对地面有偿的多少，因此其对地面有保温作用保温作用。地球地球无大气：无大气：T=-23T=-23 有大气：有大气：T=15T=15 月球月球白天：白天：T=127T=127 夜晚：夜晚：T=-183T=-183大气科学概论5.5地面的有效辐射地面的有效辐射1 1、概念：、概念：地面有效辐射地面有效辐射F F0 0:地面放射的辐射地面放射的辐射E Eg g与地面吸收的大气逆与地面吸收的大气逆辐射辐射EEa a之差。之差。F F0 0表示地表损失热量的多少。表示地表损失热量的多少。一般地面失去热量（
36、逆温和一般地面失去热量（逆温和湿度很大时例外）湿度很大时例外）agEEF0大气科学概论4、5 习题1、概念：太阳直接辐射、天空散射辐射、地面总辐射、大、概念：太阳直接辐射、天空散射辐射、地面总辐射、大气之窗气之窗、大气逆辐射、有效辐射、大气逆辐射、有效辐射2、太阳直接辐射、天空散射辐射、地面总辐射影响因子、太阳直接辐射、天空散射辐射、地面总辐射影响因子3、大气中长波辐射的特点、大气中长波辐射的特点大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述2 辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的太阳辐射5 地气辐射6 地面辐射差额和气温变化地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡大气
37、科学概论6 地面辐射差额和能量平衡6.1 地面辐射差额地面辐射差额6.2 地面能量平衡地面能量平衡6.3 气温日变化气温日变化6.4 气温年变化气温年变化大气科学概论6.1 地面辐射差额(1)辐射差额（净辐射）辐射差额（净辐射）=收入辐射能收入辐射能-支出辐射能支出辐射能物体降温温度不变物体升温辐射差额0006.1 地面辐射差额(2)地地 面面 辐辐 射射 差差 额额=吸收的太阳总辐射吸收的太阳总辐射 +吸收的大气逆辐射吸收的大气逆辐射-向外放射的长波辐射向外放射的长波辐射 6.1 地面辐射差额(2)热量亏损热量积累地面辐射差额00地地 面面 辐辐 射射 差差 额额=吸收的太阳总辐射吸收的太阳
38、总辐射 +吸收的大气逆辐射吸收的大气逆辐射-向外放射的长波辐射向外放射的长波辐射 -(地表有效辐射地表有效辐射)地面辐射差额：单位面积地表面所吸收的总辐射与它的有效辐地面辐射差额：单位面积地表面所吸收的总辐射与它的有效辐射之差。射之差。6.1 地面辐射差额(3)地面辐射差额特点：一般夜间为负，白天为正；负到正：地面辐射差额特点：一般夜间为负，白天为正；负到正：日出后日出后1h；正到负：日落前；正到负：日落前l1.5h。大气科学概论6.2 地面能量平衡地表净能量通量地表净能量通量=地表净短波辐射通量地表净短波辐射通量-净长波辐射通量净长波辐射通量 -地表感热通量地表感热通量-地表潜热通量地表潜热
39、通量-流进土壤深层的热量流进土壤深层的热量地表温度下降地表温度上升地表净能量通量006.3 气温日变化 气温日变化最高值出现在午后14点左右，最低值出现在清晨日出左右。原因:对流层热量来源于地面,气温具滞后效应.正午:太阳辐射最强.13时:地面热量收=支,地温达最高.而气温由于滞后效应至14时达最大.日出前后地面热量收支由负转正.6.3 气温日变化日较差变化:纬度(高纬冬季)下垫面(海洋陆地)地形(凸地凹地)6.4 气温年变化 气温年变化：中纬大陆气温以7月最高，1月最低；海洋气温以8月最高，2月最低。年较差：高纬大于低纬，陆地大于海洋大气科学概论6 复习题1、为什么气温最高值出现在下午14点
40、左右，最低值出现在凌晨？2、气温日变化、年变化特点。大气科学概论第二章 大气辐射学1 辐射概述2 辐射平衡的基本规律3 太阳辐射及其在大气中的衰减4 到达地面的太阳辐射5 地气辐射6 地面辐射差额和气温变化7 地气系统能量平衡地气系统能量平衡7 地气系统能量平衡（1）太阳短波辐射平衡太阳短波辐射平衡地气长波辐射平衡地气长波辐射平衡大气科学概论7 地气系统能量平衡（2）若将入射到大气层顶的太阳辐射归一化为若将入射到大气层顶的太阳辐射归一化为100个单位，其个单位，其中被大气吸收的太阳辐射有中被大气吸收的太阳辐射有19个单位（水汽、臭氧、尘个单位（水汽、臭氧、尘埃吸收为埃吸收为16，云吸收为，云吸
41、收为3），被地表吸收的有），被地表吸收的有51个单位，个单位，被反射的太阳辐射有被反射的太阳辐射有30个单位（空气分子散射为个单位（空气分子散射为6，云反，云反射为射为20，地面反射为，地面反射为4），太阳辐射达到平衡；），太阳辐射达到平衡；被地表吸收的被地表吸收的51个单位太阳短波辐射中，个单位太阳短波辐射中，21个单位以长个单位以长波（即红外）辐射的形式进入大气（波（即红外）辐射的形式进入大气（15个被大气中的水个被大气中的水汽和二氧化碳吸收，汽和二氧化碳吸收，6个直接透过大气进入太空），个直接透过大气进入太空），7个个以感热的形式进入大气，以感热的形式进入大气，23个以潜热的形式进入大气
42、；个以潜热的形式进入大气；大气科学概论7 地气系统能量平衡（3）对大气而言，它吸收了对大气而言，它吸收了19个单位太阳辐射，个单位太阳辐射，15个单位长个单位长波辐射，波辐射，30个单位感热潜热，能量收入为个单位感热潜热，能量收入为64个单位，而个单位，而大气中的水汽和二氧化碳向外空间发射的净辐射为大气中的水汽和二氧化碳向外空间发射的净辐射为38，云放射的辐射为云放射的辐射为26，总计以长波形式向太空发射了，总计以长波形式向太空发射了64个个单位，即能量支出为单位，即能量支出为64个单位，能量收入等于支出，达个单位，能量收入等于支出，达到平衡。到平衡。大气科学概论7 复习题1、以投射到大气顶的太阳辐射有、以投射到大气顶的太阳辐射有100个单位为例个单位为例,说明地气系统能量如何达到平衡？说明地气系统能量如何达到平衡？大气科学概论谢谢
