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1、气象学与气候学第二章 大气的热能和温度,第一节 太阳辐射,2006-09-13,2,辐射的基本概念,自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称为辐射。辐射是能量传播方式之一，也是太阳能传输到地球的唯一途径。辐射能是通过电磁波的方式传输的。气象学中，通常以焦耳（J）作为辐射能的单位。这种辐射能量的现象又叫热辐射。热辐射是传递热量的一种方式，以光速传播，既不靠介质，也不靠对流。,2006-09-13,3,单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐射通量密度（E），单位是W/m2。单位时间内，通过垂直于选定方向上的单位面积（对球面坐标
2、系，即单位立体角）的辐射能，称为辐射强度（I）。其单位是W/m2 或W/sr。它们之间的关系：I=E/cos,2006-09-13,4,温度升高，辐射的总功率就会增大，并且辐射的电磁波的波长将移向短波。例：铁棒的加热,2006-09-13,5,为了进一步描述辐射能的性质，引入了一个能确定辐射能按波长分布的函数单色辐射通量密度。它是波长与温度的函数。,2006-09-13,6,物体对辐射的吸收、反射和透射：1=a+r+d。物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。绝对黑体有关辐射的三个基本定律：基尔荷夫定律（Kirchhoff）斯蒂芬玻尔兹曼定律（Stefan-Boltz
3、man）维恩位移定律（Wein）有此三个辐射定律，绝对黑体的辐射规律就容易确定，因为它们把黑体的温度与其辐射光谱联系起来了。即使对非黑体，只要知道它们的温度和吸收率，利用基尔荷夫定律，它们的辐射能力也可以确定。,2006-09-13,7,太阳辐射光谱和太阳常数,图2.5太阳辐射光谱是如何绘出的？所以：太阳表面温度6000K，太阳辐射最强的波长为0.457微米，称短波辐射，太阳中心为2万多度。大气约250K，大气辐射称长波辐射 地面约300K，地面辐射称长波辐射,2006-09-13,8,太阳常数：必须在日地平均距离条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积上，1min内接受的太阳辐射
4、能量称为太阳常数。注意：日地平均距离 大气上界 到达大气上界的太阳辐射,2006-09-13,9,太阳辐射在大气中的减弱,主要是大气中的水汽、CO2、微尘、氧、O3、及云滴、雾、冰晶、空气分子的吸收、散射、反射。为什么雨后天晴时，天空多呈现青蓝色？当天空中存在较多尘埃或雾粒时，天空为什么会呈现灰白色？,2006-09-13,10,到达地面的太阳辐射,一般来讲，全球平均而言：太阳辐射30%被散射和漫射称行星反射率 20%被大气、云层吸收 50%到达地面被吸收（称总辐射，它包括两个部分：直接辐射和散射辐射。）,2006-09-13,11,地面对太阳辐射的反射,地表对太阳辐射的反射率，决定于地表面的
5、性质和状态。陆地表面对太阳辐射的反射率约为1030。其中深色土比浅色土反射能力小，粗糙土比平滑土反射能力小，潮湿土比干燥土反射能力小。雪面的反射率很大，约为60，洁白的雪面甚至可达90。水面的反射率随水的平静程度和太阳高度角的大小而变。当太阳高度角超过60时，平静水面的反射率为2，高度角30时为6，10时为35，5时为58，2时为79.8，1时为89.2。对于波浪起伏的水面来说，其平均反射率为10。因此，总的说来水面比陆面反射率稍小一些。,2006-09-13,12,特别要注意的是：即使总辐射的强度一样，不同性质的地表真正得到的太阳辐射，仍有很大差异，这也是导致地表温度分布不均匀的重要原因之一。,
