用大气的辐射基本知识.PDF

1 用?大气的辐射基本知识 本教材用于学生学习和 r 解大气辐射，并用于对大气辐射进L 定量分析。 在大气辐射领域中，太阳和地球辐射与行星大气中的分子、气洛胶和云位 子发生相互作用，也与地表面发生相互作用，我们通过辐射传输理论以及 在地基、天基和空基进行的辐射观测来研究这些相互作用。大气辐射的学 科领域，可气候系统中由外部辐射扰动造成的大气温室效应的1前究密切相 关，也与用遥感手段推求大气和地表参数的各种方法的研究进展密切相 关。 下面我们将从讨论有关大气辐射的各种概念、定义和单位开始。 1. 1 概念、定义和单位 ,1.1. 1 电磁波频谱 在大气中担负能量传输的最重要的过程是电磁辐射。电磁辐忖以波的形 式传播，所高的电磁波均以|司一速度，即光速，进行传播。真空护的光速为 2.99793( 士 0.00001) X lÒ 8 m.s 1 大气中的光速也非常接近这一速度值3 可见光加上 y 射线、X 射线、紫外线、红外辐射、微波、电视信号以及兀线电 设，共同构成了电磁波频谱(electromagnetic spectrum) 勺 1 人眼视网膜所敏感的电磁波频率(freq uency )在 4 . 3 x 10 Hz (赫兹， 即每秒振动 l 周，亦可写为周/秒HIJ 7. 5 x 10 14 Hz 之间。因此.这一频带 称为电磁波频谱的可见光区 (visible region) 。然而，眼睛并不II~ 反应高于 7.5X 1014 Hz的电磁波频率。位于频谱中紫光边缘之外的这种政称为紫外 线(ultraviolet light) 。 另一方面，如果技的频率低于 4 . 3 x 10 14 Hz ，眼睛同 样不能反应。这种波动的频率比频谱红端的最低口I 见光频率还要低，但又 高于 3 X 10 12 Hz 左右，这种波称为红外线(infrared light) 或红外辐射(in- frared rad四ion) 。紧接频i昔红外部分的是微波(microwave) ，它的频率范围 在 3 x 101 0~ 3 x 1012 Hz。与行星大气中辐射能量传输有关的最重要谱区 位于紫外线与微波之间。 电磁波频谱的 X 射线(X-ray) 区由频率约为 3x 1016 ~ 3 x 10 18 Hz 之间 的波动构成，并且紧接频谱中的紫外线区。所有频谱中频率最骂的是 y 射 ~，数 波长 频率 (μm) (GHz) (c n 1) 10 5 3 X 10 10 10 10 2 3 X 10J 106 3X 10 - 1 106 0.33 X 105 104 3 X 102 飞 红外线 10] 10 4 1 微波