第二章大气辐射学.pptVIP

第2章辐射与热量平衡2.1辐射的基本知识2.2太阳辐射2.3地面和大气辐射2.4地面及地气系统的辐射差额2.5地面热量平衡及地气系统的热量收支2.6地面温度和气温的周期变化思考题大气科学概论

（一）辐射的基本概念第2章大气辐射学2.1辐射的基础知识（1）辐射(Radiation)：能量以电磁波形式的传播。任何物体不断地吸收来自周围的辐射，同时又向周围发出辐射。（2）辐射热交换：物体间通过辐射进行的能量交换。发出辐射吸收辐射时，物体升温；发出辐射吸收辐射时，物体降温；发出辐射=吸收辐射时，物体恒温，辐射平衡。（3）电磁波传播：真空中以光速传播的一组波，具有波长、周期、频率等波动特征。（4）电磁波波谱：10-6m~103m，包括γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、超短波和无线电波。

X-raysl10nmUltraviolet(UV)10l400nmVisible0.4l0.76μmNear-Infrared(Near-IR)0.7l4.0μmMiddle-IR4.0l30μmFar-IR30l100μmMicrowave1mml1m2.1辐射的基础知识短波辐射长波辐射第2章大气辐射学

一、辐射的基本概念2.1辐射的基础知识（4）吸收率、反射率及透射率Q0QrQaQd入射辐射反射吸收透射Q0=Qr+Qa+Qd??反收率吸射率透射率??r+a+d=1显然，；不透明物体，r+a=1黑体：a=1；灰体：a1。第2章大气辐射学

2.1辐射的基础知识dωI二、辐射的度量(1)单色辐射强度（MonochromaticRadiantIntensity）：沿一定方向在单位时间(dt)里通过单位立体角(dω)及垂直于该方向的单位面积(ds)的辐射能dΦ，称为该方向的辐射强度，用Iλ表示，单位为Wm-2sr-1μm-1；dsdΦ第2章大气辐射学?θxyzo天顶角方位角辐射强度表示辐射场内任一空间点任一时刻任一方向上的辐射强弱，即若I与x,y,z无关，则I是均匀；若I与θ,φ无关，则I是各向同性；若I与t无关，则I是定常。

二、辐射的度量例如，太阳辐射通量约为3.9×1026W，太阳半径约为7×108m，则太阳表面辐射通量密度为2.1辐射的基础知识(2)单色辐射通量密度(MonochromaticRadiantFluxDensity)：单位时间(dt)里从各个方向通过单位面积(ds)辐射能，用Fλ表示，的位Wm-2μm-1。FλFλdsds辐射度辐照度II第2章大气辐射学

设沿一定方向（?，θ）的辐射强度为I，则该方向垂直通过单位面积水平面的辐射能dF为：于是该水平面上的辐射通量密度F为所以，对于各向同性的辐射，辐射通量密度等于辐射强度的π倍。2.1辐射的基础知识dFI二、辐射的度量(3)辐射通量密度（Fλ）与辐射强度（Iλ）关系：第2章大气辐射学

附：立体角定义沿整个球面积分，得整个球面立体角o立体角单位为立体弧度（steradians,sr）r球坐标系中，立体角定义为球面面积元与半径平方之比。若立体角元为，球面面积元ds，则rdldαdα=dl/r立体角与平面角的比较第2章大气辐射学

黑体单色辐射强度Iλ*与其温度(T)和辐射的波长(λ)之间具有如下的关系：其中，h、k及c依次为普朗克常数、Boltzmann常数及光速:2.2辐射的基本定律第2章大气辐射学一、普朗克函数（ThePlanckFunction）：

将黑体单色辐射强度Iλ*对波长(λ)积分，得黑体辐射强度（I*），即二、Stefan-Boltzmann定律：上式称为Stefan-Boltzmann定律。表明物体温度越高，其放射能力越强。因黑体辐射为各向同性，根据辐射通量密度和辐射强度的关系，得黑体（单色）辐射通量密度E*，为。推论：根据Stefan-Boltzmann定律计算的温度称为等效黑体温度或亮度温度（Brightnesstemperature）TB。2.2辐射的基本定律第2章大气辐射学其中，σ=5.67×10-8Jm-2K-4s-1，Stefan-Boltzmann常数。

三、Wien定律：黑体辐射的光谱强度（单色辐射能力）最大值对应的波长（λm）与其热力学温度(T)成反比，其中，常数C=2897μmK太阳辐射(短波辐射):T=6000K,则λm=480nm;地