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大气物理学提高 电磁辐射的性质与特点： 辐射：任何物体，只要温度大于绝对零度，都以电磁波的形式向四周放射能量，同时也接收来自周围的电磁波，这是物质的本性决定的，是由物质本身的电子，原子，分子运动产生的。一般把这种电磁波能量本身称为辐射能，而把这种能量传播方式称为辐射。辐射按伦琴/小时计算。 辐射能： 通常把以电磁波形式传播的能量称为辐射能，用Q表示，单位为焦耳。（电磁波中电场能量和磁场能量的总和叫做电磁波的能量，也称为辐射能） 辐射通量（辐射功率）： 指单位时间内通过某一平面（或虚拟平面）的辐射能，也称辐射功率。单位：J·s-1或W，也可指单位时间内某个表面发射或接收的辐射能。( =dQ/dt ，单位：W 辐照度E（辐射通量密度）： 单位时间、离开（或照射到）单位面积上的能量通量。包括：辐(射)出(射)度、辐(射)照度，是描述受照物体的量，它表示入射到单位面积上的辐射通量的大小。E=d(/dA=d2Q/(dA dt)单位：瓦/米 [W/m2] 辐射率（辐射亮度radiance）: 与能量传播垂直的单位面积上、单位时间、单位立体角、单位波长间隔所通过的能量。L= d3Q/(cos( dA dt d()，单位：(W(sr-1(m-2 (μm-1)，其中( : 天顶角 。φ : 方位 。观测方向（ (, φ ）。观测位置（ x , y , z ）。L=（x,y,z, (,φ,λ,t）。辐亮度是一个复杂的空间场，辐亮度也称为辐射率。 辐射通量密度(Ｅ) 与辐亮度(L)之间的关系 辐射通量密度是在辐射场内任意一点处通过单位面积的辐射功率，也称为辐照度（irradiance）。 设有一空间平面，通过该平面的辐射通量密度可认为是从各个方向射来的辐亮度在法线方向分量的累加，即: θ为辐亮度方向与平面法线之间的交角 dΩ为立体角 E=d(/dA=d2Q/(dA dt)，L= d3Q/(cos( dA dt d() 余弦发射体（或余弦反射体）理想漫反射源单位表面积向空间指定方向单位立体角内发射的辐射功率和该指定方向与这就是朗伯余弦定律。具有这种特性的发射体（或反射体）称为余弦发射体（或余弦反射体）。 比辐射率：通常定义物体的发射能力F(,T和黑体的辐射能力FB((,T)之比为比辐射率。（更多见后边“基尔霍夫定理”相关部分） 大气吸收光谱：又名吸收曲线。光波在大气中传播时，某些波长的波被大气中各种气体成分吸收而产生的暗线或暗带组成的谱。吸收作用比较显著的气体成分是水汽、二氧化碳和臭氧等，它们将所吸收的光波能量转变成热能和电离能等。吸收对于大气的物理和化学状态的变化，起着重要的作用。 0.29微米以下，A=0，大气把太阳辐射中波长小于0.2微米的紫外辐射全部吸收了。主要吸收气体为氧气和臭氧。 在可见光区，大气的吸收很少，只有不强的吸收带。 在近红外波段，开始有些吸收带，主要是水气的吸收，波长再长一些，约2.7微米附近。水、二氧化碳有一较强烈的吸收带，再往后甲烷（CH4）也加进来，红外波段，大气的吸收比较强，主要是水和二氧化碳。 在8-12微米这段，大气吸收很弱，被称为大气透明窗，只有9.6微米附近有较大吸收带。 大气的吸收有显著的选择性，吸收太阳短波辐射的主要气体是水汽，其次是氧气和臭氧，二氧化碳吸收的不多，吸收长波的主要是水汽，其次是二氧化碳和臭氧。 至11公里高空，则由于水汽等大量减少，大气吸收也大为减少。 大气分子吸收光谱的形成： 单个分子内含的能量， E =Ee+Ev+Er Ee ：电子围绕原子核运动的能量； Ev ：原子在其分子平均位置周围的振动； Er ：分子绕其质量中心转动的能量。 辐射频率f及波数v与能量改变的关系是 式中普朗克常数h=6.626×10-34 J.s ,c是光速。 辐射频率f 或波数v 即为分子吸收谱线或辐射谱线的位置。 分子光谱包括电子光谱、振动光谱、和转动光谱三个部分。 在仅有X射线、紫外线和可见光部分； 在仅有 在仅有 使谱线增宽的因素有： 由于发射中能量损耗而造成的振子振动的阻尼（自然增宽）； 由于分子之间相互碰撞产生的扰动； 由于各种分子和原子之间的热运动速度的差异而造成的多普勒效应。 相对大气质量：日光自θ角倾斜入射时与自天顶入射时的光学厚度比。 平面平行大气的模型：在平面平行大气中，由于水平方向的辐射分量都相等，主要要虑垂直方向的辐射分量，即考虑通过某一高度的水平面的辐射通量密度。 计算水平面上的辐射通量密度时，分别对从上半球和下半球入射辐射的垂直分量进行积分。 球坐标中的立体角为dΩ = sinθdθdφ，向上辐射的θ为0~ π/2，向下辐射的θ为π/2~ π。 辐出度F：用来反映物体辐射能力的物理量。定义为辐射体单位面积向半空间发射的辐射通量，单位是W/m2 。F=d(/d