《大气辐射学》课件.pptVIP

**********************大气辐射学探索大气辐射的奥秘,了解太阳辐射、地球辐射及其相互作用,学习反射、吸收和散射等基本概念,掌握大气辐射的测量与分析方法。重点解析大气辐射在气候变化、天气预报等领域的应用。概述大气辐射学概述大气辐射学是研究大气中辐射过程及其与气候环境变化关系的一门学科。它涉及太阳辐射、地球辐射以及它们在大气中的传播和相互作用。研究内容大气辐射学主要包括辐射的基本定律、黑体辐射、温室效应、大气辐射传输过程,以及遥感、气候模式等应用领域。学科意义大气辐射学为气候变化研究、气象预报、环境监测等提供了理论基础和技术支撑,在环境保护和可持续发展中发挥着重要作用。学习目标掌握大气辐射的基本理论和规律,了解其在气候、气象、环境等领域的应用,为后续进一步学习和研究奠定基础。辐射的定义辐射的基本概念辐射是物质以电磁波的形式从一个点向四周传播的过程。它可以是电磁波也可以是粒子。辐射的种类主要包括热辐射、电磁辐射、粒子辐射等。每种辐射都有不同的特性和应用领域。辐射的传播方式辐射可以通过传导、对流和辐射的方式在物质和空间中传播。它遵循一定的物理规律。辐射的基本规律1能量守恒定律能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只会转换形式。2平方反比定律辐射能量随距离的平方成反比递减,即距离越远能量越小。3波长依赖性不同波长的辐射可能会有不同的传播、吸收和散射规律。4偏振性质部分辐射具有偏振特性,这会影响其与物质的相互作用。黑体辐射黑体是一种理想的辐射体,它能完全吸收所有入射的辐射,并以其自身的温度发出最大可能的辐射。黑体辐射遵循普朗克辐射定律,描述了辐射体的辐射特性。这个定律对于理解大气中的辐射过程非常重要,为各种辐射分析奠定了基础。普朗克辐射公式普朗克辐射公式是描述黑体辐射特性的重要公式。它表示了物体表面的辐射功率与温度和波长的关系。该公式为研究星体、气体和其他热源的辐射特性提供了理论基础。参数含义单位B(λ,T)波长λ时物体表面的辐射功率密度W/m2·μmC?第一辐射常数W·m2C?第二辐射常数m·KT物体的绝对温度Kλ辐射波长μm太阳辐射太阳辐射是地球上所有生命得以存在的基础。它为地球提供光能和热能,是地球大气环境和气候变化的重要驱动力。理解太阳辐射的特性和过程对于认识气候系统、发展可再生能源等都具有重要意义。辐射通量辐射功率从太阳到地球表面,太阳辐射经历了复杂的传输和转换过程。表格显示了太阳辐射在不同层面的通量和功率数据,这些数据反映了太阳辐射在进入大气层后的衰减规律。地球表面辐射地球表面辐射是太阳辐射经大气层吸收和反射后到达地球表面的剩余能量。这部分辐射能量决定了地表的温度分布和热力平衡。492W/m2太阳常数代表太阳每平方米表面发出的辐射功率。342W/m2入射地表辐射到达地表的太阳辐射能量。390W/m2地表发射辐射地表根据温度而发射的长波辐射。50W/m2大气窗辐射从地表直接通过大气射向外层空间的辐射。大气吸收和散射气体吸收大气中的气体分子会吸收特定波长的辐射,如水蒸气吸收红外辐射,臭氧吸收紫外线。这会影响地表和大气的辐射平衡。粒子散射气溶胶、云滴和冰晶会散射太阳辐射和地面辐射,改变大气的能量传输过程。这包括拉利散射和米氏散射等机制。温室效应温室气体如二氧化碳和甲烷会吸收地面辐射,减少向外界辐射能量的逸出,造成温室效应升温。这是导致气候变化的重要原因。温室效应温室效应的基本原理温室效应是由一些温室气体吸收和散射地表辐射热而导致大气温度升高的过程。这些气体主要包括二氧化碳、甲烷和一些氟化物等。温室气体排放现状工业革命以来,人类活动大量释放温室气体,使得大气中温室气体浓度不断升高,加剧了温室效应。这是造成全球气候变化的主要原因之一。温室效应的负面影响温室效应引起的全球气温升高导致冰川融化、海平面上升、极端天气事件频发等一系列严重的气候变化,对生态环境和人类社会都造成了巨大的危害。大气辐射传输方程1微分形式描述辐射能量在大气中传播的微分方程2积分形式采用积分形式求解辐射传输过程3分析解通过分析求解得到辐射传输的解析解4数值解利用数值方法求解辐射传输方程大气辐射传输方程是描述大气中辐射能量传播的基本方程。该方程可以采用微分形式或积分形式进行表达和求解。通过分析解或数值解的方法,可以得到辐射传输过程的详细描述,为大气遥感、气候模拟等应用提供基础。辐射传输数值解1有限差分方法通过对辐射传输方程的离散化来求解2MonteCarlo方法通过模拟大量光子的传输来统计性