气候学2.ppt

气候形成的辐射和热力因素 (一)什么是辐射 　　　　　　　 自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停地向外传送能量，这种传递能量的方式称为辐射。以辐射的方式向四周输送的能量称辐射能，有时简称为辐射。 (二)物体对辐射的吸收、反射和透射 不论何种物体，在它向外放出辐射的同时，必然会接受到周围物体向它投射过来的辐射，但是，投射到物体上的辐射并不能全部为它所吸收，因为一部分被它反射，还有一部分可能透过物体。 太阳辐射 地球大气中的一切物理过程都伴随着能量的转换，而辐射能，尤其是太阳辐射能是地球大气最重要的能量来源。 地球和大气的其它能量来源同来自太阳的辐射能相比是极其微小的。比如来自宇宙中其它星体的辐射能仅是来自太阳辐射能的亿分之一。从地球内部传递到地面上的能量也仅是来自太阳辐射能的万分之一。 气候的冷暖变化，是大气热力状况的表现，是空气中热量收支和多少的反应。 太阳以电磁波的形式向外传递能量，称太阳辐射。太阳辐射所传递的能量，称太阳辐射能。 太阳是一个炽热的气体球，它的表面温度约为6000K，内部温度更高。太阳辐射最强的波长为0.475微米。这个波长是在可见光范围内相当于青光部分，因此，太阳辐射主要是可见光线(0.4—0.76微米)，也有不可见的红外线(＞0.7611微米)和紫外线(＜0.411微米)，但在数量上不如可见光多。在全部辐射能之中，波长在0.15—4微米之间占99％以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的50％，后者占43％，紫外区的，太阳辐射能很少，只占总能量的7％。 因此，太阳辐射为短波辐射。 太阳辐射在大气中的减弱 太阳辐射先通过大气圈，然后到达地表，由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大气上界的太阳辐射不能完全到达地面。 产生这些变化的原因有以下几方面： 1.大气对太阳辐射的吸收：太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射能的特性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质等。太阳辐射被大气吸收后变成了热能，因而使太阳辐射减弱。 1.1 水汽虽然在可见光区和红外区都有不少吸收带，但吸收最强的是在红外区，太阳辐射因水汽的吸收可以减弱4—15％。所以大气因直接吸收太阳辐射而引起的增温并不显著。 1.2 臭氧在大气中含量虽少，但是对太阳辐射能量的吸收很强。在0.2-0.3微米为强吸收带，使得小于0.29微米的辐射由于臭氧的吸收而不能到达地面。在0.6微米附近又有一宽的吸收带，吸收能力虽然不强，但因位于太阳辐射最强烈的辐射带里，所以吸收的太阳辐射量是相当多的。 1.3 二氧化碳对太阳辐射的吸收总的说来是比较弱的，仅对红外区4.3微米附近的辐射吸收较强，但这一区域的太阳辐射很微弱，被吸收后对整个太阳辐射的影响不大。 此外，悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质，也能吸收一部分太阳辐射，但其量甚微。只有当大气中尘埃等杂质很多时，吸收才比较显著。 由以上分析可知： 大气对太阳辐射的吸收具有选择性，因而使穿过大气后的太阳辐射光谱变得极不规则。 由于大气中主要吸收物质(臭氧和水汽)对太阳辐射的吸收带都位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域，因而吸收对太阳辐射的减弱作用不大。也就是说，大气直接吸收的太阳辐射并不多，特别是对于对流层大气来说，太阳辐射不是主要的直接热源。 大气对太阳辐射的散射： 太阳辐射通过大气遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。但散射并不像吸收那样把辐射转变为热能，，而只是改变辐射的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。因而经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。 当空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色。 大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射： 　　　大气中云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中一部分能量反射到宇宙空间去。其中云的反射作用最为显著，太阳辐射遇到云时能反射太阳辐射的一部分或大部分。反射光呈白色。云的反射能力随云状和云的厚度而有很大的不同，高云反射率约为25％，中云为50％，低云为65％，稀薄的云层也可反射10—20％。随着云层增厚反射增强，厚云层反射可达90％，一般情况下云的平均反射率为50—55％， 在上述三种方式中，以反射作用最为重要，散射作用次之，吸收作用最小。以全球平均状况而言，太阳辐射约有31％因反射和散射回宇宙空间，24％被大气直接吸收，45％到达地面。 到达地面的太阳辐射 到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的，称为太阳直接辐射；一是经过散射后自天空投射到地面的，称为散射辐射，两者之和称为总辐射。 1.直接辐射：太阳直