邱静怡 大气物理 全套课件 第五章-1节-辐射的度量.pptVIP

第 五章 第一节 引入每个物理量的意义 1、辐射通量 Φ 辐射功率 说明2： 与距源的远近无关，只与方向有关，衡量 辐射源的辐射特性 可以衡量面辐射源的各向异性，通常面辐 射强度是角度的函数 L=L(θ,Φ) 假设辐射面元 dA 的辐亮度为 L(θ,Φ)，与接收面元 dA 相距足够远，从辐射面元dA 到接收面元 dA 的辐射通量： * * 面辐射强度 角辐射强度 辐射通量密度 W 辐射通量 J U 辐射能量 单位 符号及定义 辐射度量 二、辐射的度量 大气层 太阳、地球 （radiant flux, radiant power） 定义：单位时间通过某一表面的辐射能 （单位：瓦，W） 表面可以是各种形状 辐射能可以来自（或射向）各个方向 整个地球单位时间接收到的太阳辐射能？ (整个地球收到的太阳辐射通量是多少?) 太阳的辐射功率是3.9×1026W ? （太阳表面单位时间放出的辐射能） 2、辐射通量密度 F 辐照度，出射度  （radiant flux density，irradiance） 定义：单位时间通过单位面积的辐射能。 （单位：瓦/平方米， ） 为了描述单位时间在某一点上收到（或发出的）的来自半球内任何方向的辐射能 辐照度 出射度 立体角(solid angle) ： 球面上的给定面积对球心所张的球面角，它的大小用该面积除以球面半径的平方来计算。单位用符号sr（球面度）表示。 立体角与 r 无关 ：天顶角，余纬 ：方位角，经度 与平面角做类比： 圆心角=弧长/半径 这样可以把某点周围的三维空间中任一方向上任意面积对该点所张的角度都有了一个衡量 面积元对球心所张的立体角的大小等于把面积元投影到单位球面上时的面积 球面 半球 数值上等于半径为 1 的球体的表面积。 整个球面所张的立体角： 半球面所张的立体角： 例1、一颗气象卫星在地表上 h 高度处饶地球运行。令地球半径为 a，卫星上的传感器看到的地球所张的立体角为多少？如果h=2000km，该张角有多大？ h a a 地球 卫星 R 星下点 R 卫星 球冠的表面积= H H h a a 地球 R x 已知点辐射源的辐射通量 Ф，与辐射源 距离为 R 的球面上的辐照度（例2） 与距离的平方成反比 说明1: 点源辐射通量密度 和距离的关系 例2、如果已知太阳的辐射功率是 ，那么地球表面与日光垂直的单位面积上(以太阳为球心、日地距离为半径的球面上单位面积)单位时间接收到的太阳辐射能是 D 日地距离 如果已知太阳的辐射功率，那么以太阳为球心、日地距离为半径的球面上的太阳辐照度是多少？ 例3、通过太阳的可见圆面最外缘(太阳半径约 7×108m)的电磁辐射通量密度为 出射度概念 平行光束辐射：在离点辐射源距离相当大且讨论相对小范围内的问题时,可以把点源发出的辐射当平行辐射处理 到达地球的太阳辐射当作平行光束辐射(例5) 3、面辐射强度(I,L) 辐射率，辐亮度 （radiance） 定义：垂直于给定方向（ ）上单位投影面积、在单位立体角中放出的辐射通量 （单位：瓦/平方米/球面度， ） 小面元（源）的法向 在球面坐标系中定方向 廖国男《大气辐射导论》 光度计示意图 接收面元 dA 接收面元 dA, 垂直于 入射光 立体角 入射光 dA’ dA 辐射率：垂直于给定方向上单位投影面积、在单位立体角中放出的辐射通量 法向为 的面元上单位面积收到的辐射能 法向为 的面元上单位面积收到的辐射能 应用: r a. 朗白源：面辐射强度 L 为常数的辐射源。 又称余弦发射体 (?) b. 单面辐射通量密度：向半球空间的(或从半球空间来的)辐射通量密度, 即前面所说的辐射通量密度。 几个概念： 朗白源的单面辐射通量密度: dσ面源在半球面的辐射通量,记为 dσ面源在 方向 立体角内发射的辐射通量 对朗白源，半球的辐射通量密 度等于面辐射强度的π倍. 也即:朗白源的辐射通量密度等于面辐射强度的π 倍. 例4、如果认为太阳是朗伯源，且已知太阳辐射功率, 太阳表面的辐亮度约为：