辐射概念规律 课件.pptVIP

第五章地面和大气中的辐射过程 5.1 辐射的基本知识 自然界一切物体都时刻不停地以电磁波的形式向四周传递能量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种能量传递的方式称为辐射。 以这种方式传递的能量，称为辐射能。 以横波形式在空间传播，速度即光速。 5.1.1 电磁波谱 例1：波长10 ?m对应的频率和波数？ 5.1.1 电磁波谱 紫外线： uv-A： 0.315-0.400 微米 uv-B： 0.280-0.315微米 uv-C： 0.150-0.280微米 可见光 红外线： 近红外： 0.7-2.5微米 远红外： 2.5-1000微米 微波 无线电波 长波、短波：4微米 5.1.2 描述辐射场的物理量－立体角 5.1.2 描述辐射场的物理量 辐射能Q 能量:焦耳、热力学卡（1k=4.1840J） 辐射通量φ（radiant flux 辐射功率W） 单位时间内通过任意表面的辐射能量，单位为J/s，即W 5.1.2 描述辐射场的物理量 辐射通量密度E (radiant flux density) 单位时间通过单位面积的辐射能量，单位为W/m2。 设面元为dA： 表示面元接受的F时，又称辐照度（irradiance） 表示从物体表面发射出的E，又称辐出度、辐射度、辐射能力（emittance）。 5.1.2 描述辐射场的物理量 辐射强度L (radiance 辐亮度、辐射率) 单位立体角、单位时间、单位面积所通过的辐射能量，单位为 W m-2 sr-1 . 5.1.2 描述辐射场的物理量 单色与谱段积分辐射量 5.1.2 描述辐射场的物理量 各向同性 辐亮度L与观测方向（q , φ ） 无关（L是立体角的函数，即与方向有关－各向异性） 均匀辐射 L与观测位置（x, y, z） 无关（ L是观测位置的函数－非均匀辐射） 定常辐射 L与时间t无关（ L与时间t的函数－非定常辐射） 5.1.2 描述辐射场的物理量 净辐射通量密度或净辐照度 计算水平面上的辐射通量密度，分别对从上半球 和下半球入射辐射的垂直分量进行积分 净辐照度 5.1.2 描述辐射场的物理量 净辐射通量密度或净辐照度 辐射能收支为正：气层温度升高；反之降温。 5.1.2 描述辐射场的物理量 净辐射通量密度或净辐照度 5.1.2 描述辐射场的物理量 点辐射源 　　假设点源向四周发射是均匀的，发射辐射的功率为φ0 ，以点源为中心画一个半径为r的球面，则通过球表面的辐照度为 　点源的辐照度（或辐射通量密度）将随r 2减小。 5.1.2 描述辐射场的物理量 平行辐射 当光源的距离足够远时，所有来自该光源的 辐射传输方向可以认为是相互平行的，这种辐射常被称为平行辐射(或平行光) 特点：在不考虑吸收散射等因素时，平行光的辐射通量密度应当是常数，即在任何位置上设置一个和辐射传输方向相垂直的平面，通过这平面的辐射通量密度都应当是一个常数。 5.1.2 描述辐射场的物理量 平行辐射 对于平行辐射，由于辐射能是在同一个方向传播，射线所张的立体角为零，此时辐射强度的概念不再适用。 这种情况下，只需要知道平行辐射的方向和辐射通量密度即可。 地面接收的太阳辐射通量密度 5.1.2 描述辐射场的物理量 余弦辐射体或Lambert光源 辐射强度不随方向变化的面辐射源 如黑体、太阳、陆地表面… 平静水面？ 例5.1(朗伯定律) Planck Law Wien位移定律 黑体辐射最大,单色通量密度与它的温度成反比 例如对6000 K黑体，l max = 0.42 ?m（蓝色光） 由辐射最强的波长也可以确定绝对黑体的温度，—光谱方法测定物体温度的基础。 由维恩位移定律求出的温度称为色温。 5.2.2 平衡辐射的基本规律 辐射平衡状态 吸收和发射辐射能量相等：1）物质热状况保持不变，可用一确定温度表示；2）各向同性。 局地辐射平衡状态 如果辐射热交换的过程相当缓慢，物体中内能的分布来得及变化均匀，这时物体的温度虽然在变化，但每一给定瞬间，物体的状态可以看作是平衡的，仍可用一定的温度来描述。 地球大气中的辐射过程，一般认为地面至60公里以下的大气处于局地辐射平衡状态，因此可以应用平衡辐射的规律来解诀平流层以下的大气辐射学的问题。 5.2.3 太阳辐射和地球辐射 5.2.3 太阳辐射和地球辐射 相对能量大小: 在所有的波长，太阳表面的辐射通量都远大于地球表面辐射通量。 但辐射通量在传输过程中随距离的平方减小。在地球表面或离地面几百公里的范围内，在长波波段，地球的辐射通量远大于太阳的辐射通量，故常常可以忽略太阳的作用。 例如，在大气上界，入射的太阳长波辐射通量约 10 Wm-2，而地球出射的长波辐射通量约270 W m-2。 对于全波段辐射通量密度，太阳、地球