大气科学概论课件(第九：辐射1).ppt

第六章　地面和大气中的辐射过程  大气辐射学主要研究大气中辐射传输的 基本规律和物理过程，以及地球大气系统 的辐射能量收支问题。 地球大气系统的能量来源主要是太阳辐射能， 它从根本上决定了地球、大气热状态，从而制 约大气运动和其它大气过程的能量，是产生各 种大气物理、大气化学过程和天气现象的根本 原因，也是气候形成的重要因子。 　 太阳是一个巨大灼热的气体球，它不断地 进行着氢核聚变，因而以巨大的能量向外辐射。 　 一年中整个地球可以从太阳获得5.67×1024J 的辐射能量。 虽然地球大气也接收其他天体发送的粒子流， 但从能量角度来讲微不足道。 而来自宇宙中其它星体的辐射能仅是来自太阳辐射 能的亿分之一。从地球内部传递到地面上的能量也仅是 来自太阳辐射能的万分之一。  　　 地球围绕太阳运行，太阳辐射是地球 最重要的能源。地球作为飘浮在宇宙空间 的一个物体， 它只能通过辐射过程才能与 周围环境交换能量，并最终达到某种平衡。 由此可见，太阳辐射是地球最重要的能源。 本章研究太阳、地球、大气中的辐射能 交换，以及辐射能量在大气中传输的规律。  任何物体，只要温度大于绝对零度(-273oC)， 都以电磁波的方式向四周放射能量，同时也接 受来自周围的电磁波。 这是物质的本性决定的，是由物质本身的电子、质子、 分子运动产生的。 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， 简称为辐射。 　 辐射是能量传播方式之一，也是太阳能量能传输 到地球的唯一途径。  6.1.1 电磁辐射 一、描述电磁波的物理量 电磁波可以用频率f、波长λ、波数γ、 和波速c来描述。 单位：f→Hz；λ→μm,nm；γ→cm-1；c→m/s 各物理量的关系是：  二、电磁波谱 　 不同波长和频率的电磁波有不同的物理特性， 可以用波长和频率来区别电磁辐射，并给以不同 的名称，称之为电磁波谱。 　 波长由小到大分别为宇宙射线、γ射线、χ射线、 紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波 。   太阳、地面、大气辐射的波长范围 基本上在0.1—120μm，即紫外波段、 可见光、红外波段。 其中，太阳短波辐射0.1—4μm， 地面和大气辐射长波3—120μm， 是大气科学研究的重要波段。 　　  可见光集中了太阳辐射的主要能量，不但对地 球大气辐射收支有着重要的影响，而且不同的波 长的辐射还供给人眼不同的色彩感觉。   6.1.2 描述辐射场的物理量 如同温度、气压、风等许多参量都以场的形式出 现，它们都是空间和时间的函数（x，y，z，t)， 辐射场是更复杂的场。以下是辐射场的参量： 一、辐射能φ φ指以辐射方式传递的能量。单位：J 二、辐射通量P P指单位时间内通过某一平面的辐射能量， 也称辐射功率。 单位：w；J/s　  三、辐射通量密度F F是指辐射场内任一点处通过单位平面的 辐射功率（辐照度）。单位：w/m2 其中包括: ◇辐照率Ｆ:辐射场内任一点处射入单位面积的辐射功率 ◇辐射率I：辐射场内任一点处射出单位面积的辐射功率 四、辐射源 　　 辐射源是指向外发射辐射的物体称为辐射源, 分为点源和面源。