2009气象学与气候学-chp2-03太阳辐射.pptVIP

第二章 地－气辐射收支与大气温度 2.1 辐射基本理论 2.2 太阳辐射 2.3 地-气系统辐射平衡 2.4 大气的增温与冷却 总结 2.1 辐射基本理论 2.1.1 基本概念 2.1.2 辐射定律 2.1.1 基本概念 1. 辐射定义 2. 描述辐射的变量 辐射通量(J/s, W) 辐射通量密度(W/m2)：E 辐射强度 (W/m2)：I I=E/cos? ?：天顶角；h：太阳高度角 ?+h=90° 2.1.1 基本概念 单位换算 1 卡 = 4.187焦耳 1焦耳 = 1牛顿米 =2.78*10-7千瓦时=0.239卡 1兰勒=1卡/厘米2 1卡/厘米2 分=697.8 瓦/米2 1卡/秒=4.178 瓦 2.1.1 基本概念 3. 辐射光谱: 物体向外辐射的波长范围: 10-6-103 ?m 分光辐射出射度：F? = dF/d? 总辐射能：F=∫ F? d? 2.1.1 基本概念 4. 关系 吸收: 吸收率 (a) 反射: 反射率 (r) 透射: 透射率 (t) 关系: a + r + t = 1 黑体辐射: a=1 2.1.2 辐射定律 斯蒂芬-波耳兹曼定律 意义：反映物体的 辐射能力 E = ?T4 ?:斯蒂芬-波耳兹曼常数，5.67*10-8 W/m2 K4 2.1.2 辐射定律 维恩定律 意义：反映物体温度与辐射波长的关系 ?mT = C (2896?m K) 太阳温度：6000K，短波辐射 地球温度：288K，长波辐射 2.1.2 辐射定律 基尔荷夫定律: I? = K?TI?Tb K?: 比辐射率（放射率、发射率） 意义： 将一般物体的辐射与黑体辐射联系起来 同一物体同温度下吸收率与放射率相等 2.2 太阳辐射 2.2.1 日地关系 2.2.2 到达大气顶界的太阳辐射 2.2.3 大气对太阳辐射的削弱 2.2.4 到达地面的太阳辐射 小结 2.2.1 日地的关系（自学） （1）地球的公转 公转轨道 黄赤交角 太阳高度角与赤纬 四季 2.2.1 日地的关系（自学） （2）地球的自转 昼夜变化 2.2.2 达到大气顶界的太阳辐射 太阳辐射光谱： 紫外 7% 可见光 50% 红外` 43% 太阳常数（辐射强度）：1367 (+-7) w/m2 2.2.2 达到大气顶界的太阳辐射 到达大气顶界太阳辐射通量： 天文辐射Q(W/m2 day) =(24/?)(Io/?2)(?o·sin? · sin? + cos?· cos?· sin?o) ?=b/a 2.2.3 大气对太阳辐射的削弱 吸收（24%）: H2O, O3, CO2, O2, N2O/NOx, 气溶胶 大气对太阳辐射透明 散射＋反射（返回太空 28%）： 散射:分子散射—d?, ??-4;选择性, 方向性 粗粒散射—d ?;无选择性 反射: 云, 气溶胶 2.2.3 大气对太阳辐射的削弱 气溶胶: 直径 为10-4-10 ?m的颗粒 太阳辐射被大气削弱的总量: 24%(吸收)+28%(散射+反射)=52% 2.2.4 到达地面的太阳辐射 到达地表的太阳辐射（48%）： 直接辐射 (D，28%) 散射辐射 (S，20%) 总辐射 (Q)：Q = D + S 地表对太阳辐射的反射（3%）: 与地表性质有关 2.2.3 到达地面的太阳辐射 直接辐射 (D) I’ = I sin(h) I = I0 pm 透明系数(p): I/I0=p I’: 地表单位面积接收的太阳辐射能 I: 到达地表的太阳辐射强度 h: 太阳高度角 Io: 大气上界太阳辐射强度，太阳常数 m: 大气质量数 小结 达到大气顶界太阳辐射：100% 强度：太阳辐射常数；通量：天文辐射 大气对太阳辐射的削弱：52％ 吸收：24%； 散射＋反射：28% 到达地表的太阳总辐射 ：48％ Q = 100%-24%-28%=48% 地表吸收的太阳总辐射：45% Qa = 100%-24%-28%-3%（反射）=45% *Meteorology and Climatology Chapter 2 I E θ 地表 h m 辐射光谱与太阳辐射光谱 Back-1 Back-2 太阳光谱廓线 back 日地关系 back 太阳高度角与辐射 back