《大气辐射学》期末复习试题及答案.pdf

大气辐射复习思考题 （王普才） 1. 大气辐射的基本定律有哪些？ Planck 定律、Stefan-Boltzmann 定律、Kirchhoff 定律、Wien 位移定律。 2. 辐射理论和电磁场理论有什么联系？ 辐射能量是以电磁波的形式在空间中进行传输的，因此电磁场理论是辐射理论的基石 (Maxwell 方程组) ，对于UV 到MW 波段的电磁波，在波长较短的范围内辐射理论更广 泛使用(Planck 定律)而在长波长范围内电磁场理论更加广泛使用(Maxwell 方程组) ，这 是因为在短波长范围内，所关心的更多的是其诸如发射率、辐射出射度等辐射特性，而 在长波长范围更多地是研究其诸如偏振等电磁特性。这是由于电磁波的波粒二象性所决 定的。但总而言之，辐射理论是由电磁场理论得出的，各种辐射特性和理论的物理本质 要归结于电磁场与电磁波的各种理论之中。 3. 列举测量辐射强度（辐亮度）和辐射通量密度（辐照度）的仪器。 辐亮度：太阳光度计，如AERONET 联网的标准CE318 或手持式CE312 辐照度：总辐射表 4. 米（Mie ）散射有什么特点？分子散射有什么特点？ Mie 散射发生的条件是波长与粒子尺寸相当时发生的散射，散射强度与波长的平方成反 比，且前向散射强度大于后向散射。在地球大气中，太阳光发生 Mie 散射的粒子主要 是气溶胶。 Rayleigh 散射（分子散射）发生的条件是波长远大于粒子尺寸，散射强度与波长的四次 方成反比，前向散射与后向散射强度相当。在地球大气中，太阳光发生 Rayleigh 散射 的粒子主要是气体分子。 5. 分子能级包含哪些能级？各有什么特点？ 根据分子内部原子核或核外电子运动的方式不同可以分为：转动能级、振动能级和电子 能级，分别对应发生能级跃迁时转动能、振动能和电子能 （一般能级跃迁时不涉及平动 能变化）。 转动能级变化所对应吸收或发射的光谱波段位于微波或远红外波段；振动能级则位于中 红外波段 （很少独立产生，常伴随转动跃迁）；能量最大的电子能级位于可见光和紫外 波段。 6. 描述分子光谱线的特征参数有哪些？ 大气分子的吸收线是具有一定宽度并遵循形状规则的谱线，其特征参数包括：谱线强度、 线型及半宽度。 线强：吸收系数对波数在整个定义域上的积分S=  ，对于任意一条吸收谱线其带 k d v  v  强的定义域为其带宽。线强与玻尔兹曼因子（热力学平衡态）、振子强度以及温度有关。 线型：强度为 S 的不与其他谱线重叠的单条谱线，吸收系数 = Sf v  ，其中 kv  0  f v v 就是线型因子，表示以频率为单位，在谱线中心 距离为 处的相对吸  0  v0 v v0  收系数，且 f v v0 d =1  半宽度（ ）：从谱线中心 起谱线半功率点的频率，即最大吸收系数一半处的谱线宽  v 0 度的一半。 7. 分子光谱线有哪些展宽机制？各有什么特点？ （1） 自然加宽：谱线跃迁时位于高能级的分子寿命有限，导致分子能级不确定，从 1