[农学]气象学课件2.ppt

第二章 辐 射 辐射的基本知识 辐射与辐射能 辐射光谱 辐射的基本定律 一.辐射与辐射能 2.辐射能(radiation energy) 辐射能的量度单位 3.物体对辐射的吸收、反射和透射 黑体和灰体 二、辐射光谱(radiation spectrum) 三.辐射的基本定律 1.普朗克（plank）定律 绝对黑体辐射的特点 2.斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律 3.基尔霍夫（Kirchhoff）定律 4.维恩（Wein）位移定律 不同温度的黑体发射辐射光谱 太阳辐射光谱和太阳常数 太阳辐射在大气中的衰减 日地关系 到达地面的太阳辐射 地面对太阳辐射的反射 一. 太阳辐射光谱和太阳常数 1. 太阳辐射光谱 在大气上界测得的太阳辐射与根据Plank公式计算的6000K的绝对黑体辐射的光谱能量分布非常相似。 太阳辐射光谱的能量分布 大气上界太阳辐射能99%集中在 0.15~ 4μm 其中： 紫外线区：λ 0.4μm 占7% 可见光区：0.4≤λ≤0.76μm，占50% 红外线区： λ0.76μm, 占43% 可见光部分能量所占比例最大，辐射能量最 大值对应的波长为： 　　　λmax = 0.475μm 2. 太阳常数(Solar Constant, RSC) 日地平均距离时，在被照亮的半个地球的大气上界，垂直于太阳光线的平面上，单位时间单位面积接受的太阳辐射能量。 RSC =1367W·m-2 1.大气对太阳辐射的吸收 吸收太阳辐射的物质：主要是O2，O3，CO2，H2O等 O2 吸收? 0.2?m的紫外线，主要发生在高层大气 O3 吸收紫外线， 在0.2-0.3 ?m是强烈的吸收带，使?0.3?m的紫外线不能到达地面，能减少太阳总能量的4%，主要在平流层20—25km处 CO2 主要吸收红外线，但强度较弱 H2O 主要吸收红外线，减少太阳总能量的4%-15% 尘埃、水滴也可吸收部分太阳辐射 特点 1) 大气吸收太阳辐射占总量的24%； 2) 平流层及以上气层主要是O2，O3吸收紫外线，吸收率接近于1； 平流层以下主要是水汽和CO2对红外线的吸收； 3)大气对太阳辐射的吸收具有选择性；整个大气层对可见光的吸收率约为0.1，而太阳辐射能量集中在可见光区； 2.大气对太阳辐射的散射 散射(Scattering)是质点受到投射来的电磁波冲击时，引起质点中的电子振动，而向四面八方放射电磁波。 特点：只改变原辐射的方向不能将太阳辐射变为内能 （1）分子散射--雷利(Rayleign)散射 当散射质点很小，其直径d远小于波长， 即 d ? 时，散射强度与波长的4次方成反比 ～雷利散射定律 即： 其中 为单位容积空气对某波长入射光的散射率，c 为常数 意义 发生分子散射时，辐射波长愈短，受到质点的散射作用愈强。 ∴分子散射具有选择性 即：分子散射主要是散射短波辐射 例：紫光 ? =0.44μm，红光 ? =0.7μm， 即：?Z≈0.63 ?H 紫光的散射率为： 紫光的散射率是红光的散射率的6.4倍。可见，蓝紫光 散射率比红橙光要大得多。这就是晴朗天空呈蓝色、 而太阳接近地平线时光盘呈红色的原因。 （2）粗粒散射（米散射,Mie scattering） 质点直径与波长 ? 接近或比波长 ?大的散射为粗粒散射. 特点： 粗粒散射与波长无关，对各波长的散射能力相同 。 ∴大气较混浊时，大气中悬浮较多的尘粒与水滴时，天空呈灰白色 3.大气云层及微粒对太阳辐射的反射 云层与大颗粒尘埃能将太阳辐射反射回太空。 反射对波长没有选择性。云的反射率与云厚、云状及云量等因素有关，一般来说云的平均反射率约为0.50 ─ 0.55。 被云层反射的太阳辐射占总量的25% 三、日地关系 1. 地球的公转 2. 地球的自转 地球自转的两个特点 3. 太阳直射点及其变化规律 冬夏至的太阳直射点 太阳直射点的位移 太阳赤纬（δ ）的变化规律 4. 太阳高度角 　　 太阳在天空中任一点的位置可以用两个座标来表示，这两个座标就是太阳高度角和太阳方位角。 时角ω 示意图 1. 直接辐射 (Rsb) 是太阳总辐射中的主要部分，地面获得太阳辐射最主要来源; 它主要受太阳高度角、大气质量数、大气透明度等因素的影响。 (1)大气质量数m(atmospheric optical mass) 大气质量数表达式 大