第二章大气的热能和温度(2011级用).ppt

第二章 大气的热能和温度 第二章 大气的热能和温度 本章主要内容： 地球表层系统的能量来源及其传输、转换 空气的增温和冷却 气温的时间变化和空间分布 基础知识 热力学的知识 第二章 大气的热能和温度 第一节 有关辐射的基本知识 第二节 太阳辐射 第三节 地面和大气辐射 第四节 空气的增温和冷却 第五节 气温的时间变化和空间分布 §2.1 有关辐射的基本知识 一、基本概念 1、辐射、辐射能 自然界中的一切物体,都以电磁波的形式时刻不停地向四周放射能量,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，简称辐射。 有关辐射的基本概念 电磁波是由不同波长的波组成的合成波。它的波长范围从10E-10微米(1微米=10E-4厘米)的宇宙线到波长达几公里的无线电波。γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线，超短波和长波无线电波都属于电磁波的范围。 有关辐射的基本概念 2、辐射通量 单位时间内通过某一表面积的辐射能。 单位：焦耳/秒（J/s），瓦特（W） 太阳表面的辐射通量为：3.86×1026W 3、辐射通量密度 单位时间内通过单位面积的辐射能。放射/入射辐射通量密度 单位：W/m2 太阳表面的辐射通量密度为：6.34×107W/m2 辐射能力（或放射能力） 物体放射的辐射通量密度 4、辐射强度 定义 与辐射通量密度的关系 5、物体对辐射的吸收、反射和透射 §2.1 有关辐射的基本知识 二、基本定律 所有物体不论其温度如何，都向外放射辐射能。 温度较高的物体单位面积放射的总能量，要比温度低的物体放射多。 物体温度愈高，其放射的最大辐射的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其放射的最大辐射波长愈长。 辐射能力强的物体，其吸收辐射的能力也强；反之，辐射能力弱的物体，吸收能力也弱。黑体吸收能力最强，放射能力也最强。 1、斯蒂芬-玻尔兹曼定律 黑体放射能力与温度的关系 斯蒂芬-玻尔兹曼定律 例： 已知太阳的放射能力（ 6.34×107W/m2 ），求太阳表面的有效温度。 已知太阳的放射能力，求地球的有效温度。 地球的有效温度——地球的放射能力 地球的放射能力——？ 2、维恩位移定律 黑体的放射波长与温度的关系（图） 3、基尔荷夫定律 1）内容 一定温度（T）、任何物体、一定波长、放射能力、吸收率 2）证明 3、基尔荷夫定律 3）推论 对于某一物体而言，如果在温度T时，能放射某一波长的辐射，那么，在同温度下也必定能吸收同一波长的辐射。 对于不同性质的物体而言，放射能力较强的物体，其吸收能力也较强，放射能力较弱的物体，其吸收能力也较弱。 同一系统内的不同性质的物体达到平衡后，各物体的放射能力与吸收率的比值相等，与物体的性质无关。 比辐射率；比辐射率=同温、同波长的吸收率 4）意义 适合于处于辐射平衡的任何物体 §2.2 太阳辐射 一、太阳辐射光谱与太阳常数 二、到达大气上界的太阳辐射（影响因素，时空分布规律） 三、太阳辐射在大气中的减弱（吸收、散射和反射） 四、到达地面的太阳辐射（影响因素、规律） 五、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 一、太阳辐射光谱和太阳常数 2、太阳常数 定义： 日地平均距离 大气上界 太阳辐射强度 1370瓦/平方米 导出数据：太阳的放射能力；太阳的有效温度等。 二、到达大气上界的太阳辐射 1、影响因素 1）日地距离 2）太阳高度 3）白昼长短 ——太阳辐射在大气上界的时空变化与分布是由太阳与地球间的天文位置决定的，又称天文辐射。 2、天文辐射的时空分布 分析各因子的影响结果 太阳高度角 ——纬度和季节变化 白昼长短 ——纬度和季节变化 日地距离 ——季节变化 变化和分布规律 天文辐射的时空分布规律 就全年来看，赤道地区所接受到的天文辐射最多，向两极逐渐减少； 夏半年，天文辐射最大值出现在回归线附近，由此向两极减少； 冬半年，天文辐射最大值出现在赤道地区； 天文辐射的南北差异冬半年大于夏半年； 天文辐射的夏半年与冬半年的差值随纬度的增加而增加； 天文辐射随纬度增加而减少的速度在45°～55°间最大； 极圈内有极昼和极夜现象。 三、太阳辐射在大气中的减弱 1、大气对太阳辐射的吸收作用 大气吸收太阳辐射的主要成分有臭氧、氧、水汽、二氧化碳，尘埃等。 大气吸收太阳辐射后，转变为热能，使太阳辐射减弱。 大气直