第二章之二 太阳辐射及大气对辐射的影响-1
大气对太阳辐射的影响有哪些
大气对太阳辐射的影响有哪些
大气就是包围地球的空气。
而天气，从现象上来讲，绝大部分是大气中水分变化的结果。
在太阳辐射、下垫面强迫作用和大气环流的共同作用下，形成的天气的长期综合情况称为气候。
那么大气对太阳辐射的影响有哪些呢？
大气对太阳辐射有哪些影响
我们都知道，大气对太阳辐射的削弱作用有三种形式：反射、散射和吸收。
其中反射和散射分别对应影响太阳辐射的因素中天气和地形两大因素。
反射的主体是云层，云层越多说明阴雨天多，光照通常较差，什么样的天气多阴雨天呢？最典型的是热带雨林和温带海洋性气候，说以这两类气候控制区的光照条件较差。
以中国为例，南方以亚热带季风气候为主，雨季持续时间长，所以光照较差，四川盆都最为典型；西北内陆地区身居内陆，距海遥远，水汽难以到达，晴天多，所以光照强。
因此，云层的反射可以对应天气状况。
散射的主体是空气尘埃分子，分子越多，散射越严重，削弱就越严重。
海拔低，空气稠密，所以分子数量多，散射严重。
而青藏高原海拔高，空气稀薄，加之工业企业数量少，尘埃少，所以对太阳辐射的散射不严重，因此照到地面的太阳辐射多，拉萨因此成为“日光城”。
所以，尘埃分子的散射可以对应因地形变化而变化的空气密度。
当然影响太阳辐射的不只是大气，还包括其他一些因素，比如纬度位置等等，所以我们考虑影响太阳辐射有哪些要综合考虑哦！如果您想了解更多的太阳辐射对人体有害吗的相关辐射污染小知识，可以到来查询搜索呦！。
太阳辐射及大气对辐射的影响
4、大气透射的定量分析 自学，不要求。改正课本P33
22Biblioteka 谢谢观看Thank you for watching
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.2、大气吸收
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2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 2.2.3、大气散射
高考地理复习第二章第二节 大气的受热过程和大气运动知识点总结
第二节大气的受热过程和大气运动一、大气的受热过程：1、能量来源：太阳辐射是地球大气最重要的能量来源，也是大气受热的根本来源。
（1）太阳辐射波长：太阳辐射包括红外线、紫外线和可见光三部分。
太阳辐射能主要集中在波长较短的可见光部分，因此太阳辐射又称为短波辐射。
（2）太阳辐射强度：太阳高度角是影响太阳辐射强度的最主要因素。
2、大气的受热过程如图：（1）大气的削弱作用：①吸收（有选择性）：臭氧：吸收波长较短的太阳紫外线；水汽、二氧化碳：吸收波长较长的太阳红外线。
②反射（无选择性）：云层和较大尘埃：对太阳辐射进行反射。
如：夏季多云的白天，气温不太高。
③散射：空气分子和较小尘埃（有选择性）：散射可见光中的蓝紫光。
如：晴朗的天空呈蔚蓝色；较大的尘埃：散射各种波长的太阳辐射，如：阴天的天空呈灰白色。
（2）地面吸收及地面辐射：①温度越低波长越长，地面吸收太阳辐射主要以长波的形式向上辐射给大气，所以地面辐射又叫长波辐射。
②注意不是地面反射太阳辐射，而是地面辐射。
（3）大气升温及大气逆辐射：①大气吸收太阳短波辐射能力很差，使大部分太阳辐射能透过大气射到地面，但对流层中水汽、二氧化碳长波辐射的能力很强，从而能把地面放出的热量保存在大气中，因此地面辐射是近地面大气的直接热源。
3、大气受热过程在实际中的应用：（1）夜晚多云时气温比晴天高：夜晚多云时，大气逆辐射强，地面散失热量少。
（2）晚秋或寒冬霜冻多出现在晴朗夜晚：晴朗夜晚，大气逆辐射弱，热量散失多，地面气温低，易出现霜冻现象。
（3）青藏高原光照强但气温低：高原上空气稀薄，大气回削弱作用弱，保温作用弱。
（4）利用烟雾防霜冻：烟雾能增强回大气逆辐射，减少地面热量的散失。
（5）果园中铺沙或鹅卵石：防止土壤水分蒸发的同时也能增加昼夜温差，有利于水果糖分积累等（6）一天中：太阳辐射在正午时最强，温度在14点前后最高，日出前温度最低。
（7）阴天与晴天对比：阴天的最高温较低，因为云层较厚，大气削弱作用强；阴天的最低温较高，因为云层较厚，大气逆辐射较强，晴天反之即可。
新教材高中地理第二章第二节大气受热过程和大气运动(第1课时)大气受热过程讲义新人教版必修第一册
第 1 课时大气受热过程课标内容中心修养目标1.具备必定的运用实验、观察等方式进行科学研究的意识和能力。
【地理实践力】2.能够解说不一样地域太阳辐射强弱不一样的原由。
【地区认运用表示图等，说明大气受热过知】程，并解说有关现象 3. 能够运用大气受热过程，说明有关的自然现象的变化过程。
【综合思想】4.经过温室效应原理的应用，增强为生产和生活服务的意识。
【人地协调观】知识清单调大气的受热过程1.大气的热源：太阳辐射是地球大气最重要的能量根源；地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
2.两个过程名称详细过程结果地面增温过程大多数 A 太阳短波辐射透过大气抵达地面使地面增温地面增温后以 B 地面长波辐射的形式向近地面大气传达热大气增温过程使大气增温量[微思虑 ]为何同一纬度的地方“高处不胜寒”？提示气温的高低取决于大气获取能量的多少，而近地面大气最主要、最直接的热源来自地面辐射。
所以，近地面大气温度随高度增添而降低。
知识清单二大气对地面的保温作用1.热量在地面与大气之间的传达过程2.大气对地面的保温作用图示名称详细过程热量根源Ⅰ太阳暖大地太阳辐射抵达地面，地面汲取后增温太阳辐射Ⅱ大地暖大气地面增温后形成地面辐射，大气汲取后增温地面辐射大气增温后形成大气辐射，此中向下的部分称为大气Ⅲ大气还大地大气辐射逆辐射，它将大多数热量还给地面[微思虑 ]为何阴时节的气温日较差小于晴日时的气温日较差？提示阴时节，白日多云，对太阳辐射的削弱作用强，所以抵达地面的太阳辐射较少，气温较低。
夜晚多云，大气逆辐射作用强，对地面的保温作用强，夜晚气温较高。
所以阴天气温日较差较小。
大气削弱作用弱则保温作用也弱如青藏高原上空的大气对太阳辐射削弱作用弱，太阳辐射强度大，但保温作用也弱，所以青藏高原上气温不高。
白日，大气对太阳辐射起到削弱作用的同时也对地面起着保温作用，而夜晚因没有太阳辐射，所以大气不再有削弱作用，只对地面有保温作用。
遥感导论第二章
M
(,
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•
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0
精品PPT
比辐射率（发射率）
波谱特性曲线的形态
特征反映(fǎnyìng)：
地面物体本身的特性，
包括物体本身的组成、
温度、表面粗糙度等
物理特性。
精品PPT
曲线的形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体，
尤其在夜间，太阳辐射消失(xiāoshī)后，地面发出的
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱 ；二、电磁辐射的度量（自学为主)
1、电磁波谱按频率由高到低排列主要
由 、 、 、 、 、 、
等组成。
2、遥感(yáogǎn)应用的电磁波波谱段有哪些？有什么特点？
3、名次解释：辐射能量（W）、辐射通量(Φ)、辐射通量密度。
三、黑体(hēitǐ)辐射（问题讨论）
的相互作用
太阳辐射主要
(zhǔyào)集中在0.32.5μm，在紫外、可见
光、到近红外区段
地球(dìqiú)自身辐射
主要集中在6μm以上的
热红外区段
2.5-6μm，即中红外
波段两种辐射共同起
作用（避免太阳辐射）
精品PPT
太阳辐射近似温度为6000K的黑体辐射，而地球
辐射接近于温度为300K的黑体辐射。最大辐射的对
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
(yǐngxiǎng)
2.3 地球的辐射与地物波谱
精品PPT
2.1 电磁波谱与电磁辐射
(diàn cí fú shè)
(1) 电磁波谱
◆电磁波：
◆电磁波性质
第二章 大气辐射学
第2章大气辐射学
2.1 辐射的基础知识
短波辐射 长波辐射
X-rays Ultraviolet (UV) Visible Near-Infrared (Near-IR) Middle-IR Far-IR Microwave
l < 10nm 10 < l < 400nm 0.4 < l < 0.76µm 0.7 < l < 4.0µm 4.0< l < 30µm 30 < l < 100µm 1mm<l<1m
Q
t r r 2 0
1
t2
S l0
sin sin
cos cos cos Pl dt
m
春分
夏至
秋分
冬至
春分
夏至
秋分
冬至
第2章 辐射与热量平衡
2.4 到达地面的太阳辐射
二、到达地面的太阳散射辐射
由于大气的 存在,到达地表的辐射除太阳直接辐射外，还有从天 空各个方向射的太阳散射辐射，又称为天空辐射。 • 太阳散射辐射取决于太阳高度角、大气透明度系数、云量、海拔高 度、及地面反射率。
E * I * T 4
上式称为Stefan-Boltzmann定律。表明物体温度越高，其放射能 力越强。
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（Brightness temperature）TB。
第2章大气辐射学
2.2 辐射的基本定律
三、Wien定律：
附：立体角定义
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 d ，球面 面积元ds，则
ds r sin d rd
新课标高一地理必修一第二章 第二节 课时1大气的受热过程
第二节冷热不均引起大气运动课时1大气的受热过程1．两个来源(1)地球大气最重要的能量来源：太阳辐射能。
(2)近地面大气主要、直接的热源：地面。
2．两个过程3.两大作用(1)削弱作用：大气层中水汽、云层、尘埃等对太阳辐射的吸收、反射和散射作用。
(2)保温作用：C大气逆辐射对近地面大气热量的补偿作用。
4．主要影响影响着大气的热状况、温度分布和变化，制约着大气的运动状态。
判断1．地面是近地面大气主要、直接的热源。
( √ )2．大气对太阳辐射的吸收具有选择性。
( √ )3．白天没有大气逆辐射。
( × )4．太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射。
( √ )探究点大气的受热过程和保温作用“嫦娥五号”探测器是由中国空间技术研究院研制的中国首个实施无人月面取样返回的航天器。
其计划在探月工程三期中完成月面取样返回任务，是中国探月工程的收官之作。
月球表面昼夜温差很大，白天阳光垂直照射的地方温度高达127℃，夜晚温度可降到－183℃。
1．请在下图中合适的位置标注太阳辐射、吸收(大气对太阳辐射)、反射(大气对太阳辐射)、地面辐射、大气逆辐射。
答案2．大气对太阳辐射有什么作用？答案削弱作用。
3．大气对近地面有什么作用？ 答案 保温作用。
4．近地面大气的主要、直接的热源是________。
答案 地面5．据此简要分析月球表面昼夜温差大的原因。
答案 月球表面无大气。
白天，没有大气对太阳辐射的削弱作用，太阳辐射全部到达月面，使其温度很高；夜晚无大气逆辐射，大气的保温作用弱，月球表面散失热量多，使其温度很低。
1．大气对太阳辐射的削弱作用2.大气对地面的保温作用大气通过对太阳短波辐射和地面长波辐射的吸收，实现了受热过程，而大气对地面的保温作用是大气受热过程的延续。
具体图解如下：燃煤污染对雾霾天气的形成产生巨大的影响，为了改善空气质量，2017年北京煤改电新增18.9万户。
下图为“大气的保温作用示意图”。
读图回答1～2题。
新教材高中地理第二章地球上的大气第二节大气受热过程和大气运动第1课时大气受热过程教案含解析
第1课时大气受热过程【课程标准原文】运用示意图等，说明大气受热过程并解释相关现象。
核心素养定位1.运用示意图说明大气的受热过程和保温作用的基本原理。
(区域认知、综合思维)2.学会运用示意图理解大气热力环流的过程，并能运用其原理解释海陆风、城市热岛效应等地理现象。
(综合思维、地理实践力)知识体系导引知识点一大气的受热过程1．地球大气最重要的能量来源：太阳辐射。
2.近地面大气的直接热源太阳辐射穿过厚厚的大气到达地球表面，太阳辐射在传播过程中，图中的A太阳短波辐射小部分被大气吸收或反射，大部分能够射到地面；近地面大气对图中的B地面长波辐射吸收较多，绝大部分地面长波辐被截留。
所以，地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
【指点迷津】由实验得知，物体的温度越高，辐射中最强部分的波长越短；反之则波长越长。
由于地球表面的温度比太阳低，地面辐射的波长也就比太阳辐射的要长。
相对而言，太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射。
知识点二大气对地面的保温作用1．地面长波辐射使大气增温对流层中的水汽、二氧化碳等，吸收长波辐射的能力很强。
因此，地面辐射的长波辐射除极少部分穿过大气，到达宇宙空间外，绝大部分(75%～95%)被对流层中的水汽、二氧化碳等吸收。
大气在吸收地面长波辐射后会增温。
2．大气逆辐射使地面增温大气辐射除一小部分向上射向宇宙空间外，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射方向相反，故称大气逆辐射。
大气逆辐射把热量传给地面，这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。
天空有云，特别是浓密的低云时，大气逆辐射更强。
判断(1)地面是近地面大气主要、直接的热源。
(√)(2)大气对太阳辐射的吸收具有选择性。
(√)(3)白天没有大气逆辐射。
(×)(4)太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射。
(√)[知识链接]1．太阳辐射强度大气上界单位面积上所获得的太阳辐射能量的多少，主要受太阳高度的影响。
太阳辐射
LOGO
大气吸收
水的吸收带：2.5~3.0μm，5~7μm， 0.94μm，1.13μm，1.38μm， 1.86μm，3.24μm，24μm以上 二氧化碳吸收峰：2.8μm和4.3μm 臭氧：0.2~0.32μm，0.6μm，
9.6μm 氧气：小于0.2μm，0.6和0.76μm
目录
CONTENTS
影响：
（1）大气散射改变了部分辐射方向，干扰了传感器的接收，降低了遥感数据的 质量，造成影像的模糊，影响遥感资料的判读。
（2）大气散射集中于太阳辐射能量较强的可见光区。
（3）大气的散射是太阳辐射衰减的主要原因。
目录
CONTENTS
1
太阳辐射
2
大气吸收
3
大气散射
4
大气窗口及透射分析
大气窗口
大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或 散射的,透过率较高的波段称为大气窗口。
LOG太O阳光谱
太阳辐射度近似温度为 600K的黑体辐射。 太阳辐射主要集中在 0.3~3.0μm。 太阳辐射能量的46%集中在 0.4~0.76μm的可见光波段。
目录
CONTENTS
1
太阳辐射
2
大气吸收
3
大气散射
4
大气窗口及透射分析
大气吸收
太阳辐射穿过大气层时，大气分子对电磁波的某些波段 有吸收作用，吸收作用使辐射能量转变为分子内能，从 而引起这些波段太阳辐射强度的减弱，甚至某些波段不 能完全通过大气，因此在太阳辐射到达地面时，形成了 某些缺失带。 大气吸收太阳辐射的主要物质是： H2O 、CO2和O3。
太阳辐射及大气对辐 射的影响
目录
CONTENTS
1
地物辐射、太阳辐射及大气辐射影响
水蒸气对太阳光谱的吸收
二氧化碳对太阳光谱的吸收
大气中其它气体对太阳光谱的吸收
（3）大气对电磁波的作用
散射
❖ 散射：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来 的传播方向的一种现象。
❖ 不同于吸收作用，只改变传播方向，不能转变为 内能。
瑞利散射的强度I 与波长的四次方成反 比(-4).
空气纯净时天空是什么颜色？
站在月球上看天时，天是什么 颜色？
米氏(Mie)散射
❖ 米氏散射：大气中的气溶胶颗粒，云滴，雨云滴等的 直径与入射光的波长相似或大于入射光的波长时发生 的散射。
❖ 米氏散射的特征： （1）电磁波可以穿透介质表面而深入到散射颗粒的 内部。 （2）由于颗粒尺度与波长可以相似，所以颗粒的不 同部位往往处在不同的电场强度下，导致诱发电流的 产生，一方面这高度电流会产生高变的磁场，另一方 面电流的存在意味着焦耳热损耗的出现——电磁波的 吸收。
（2）大气成分与大气层
大气层
大气厚度约为1000km,从地面到大气上界，可垂直分为4层： ➢ 对流层：高度在7～12 km,温度随高度而降低，空气明
显垂直对流，天气变化频繁，航空遥感主要在该层内。 上界随纬度和季节而变化。 ➢ 平流层：高度在12～50 km，没有对流和天气现象。底 部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上为暖层， 温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。 ➢ 电线照离射层而：电高离度，在对50遥～感1 波00段0 是km透，明大的气，中是的陆O2地、卫N2受星紫活动外 空间。 ➢ 大气外层：800～35 000 km ,空气极稀薄，对卫星基本 上没有影响。
第二节 太阳辐射
第二节太阳辐射（solar radiation）气象上所讨论的太阳辐射、地面辐射和大气辐射，其波长范围约在0.15－120μm之间。
太阳辐射的主要波长范围在0.15－4μm；地面和大气辐射的主要波长范围是3－120μm。
因此，将太阳辐射称为短波辐射，而把地面辐射和大气辐射称为长波辐射。
一、太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
太阳辐射光谱分三个光谱区，紫外区（λ<0.39μm ）、可见光区（λ为0.39－0.76μm）和红外区（λ>0.76μm）。
其中可见光区占能量的50％，红外区占43％，紫外区占7％。
可见光区又分为红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七色光波段。
红光（0.76－0.622μm）、橙光（0.622－0.597μm）、黄光（0.597－0.577μm）、绿光（0.577－0.492μm）、青光（0.492－0.480μm、蓝光（0.480－0.455μm）和紫光（0.455－0.390μm）。
太阳辐射中可见光部分不仅辐射能量大，而且是辐射最强的部分，所以太阳光是可见的。
二、太阳常数（solar constant）在日地平均距离的条件下，地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受到的太阳辐射通量密度，称为太阳常数。
用S0表示。
世界气象组织（WMO）测得S0为1367.7w/m2。
由于日地距离的变化，S0有7%的变化。
1cal·cm2·min-1＝697.8w/m2，所以，S0＝1367.7/697.8＝1.96cal·cm2·min-1。
三、太阳辐射在大气中的减弱太阳常数是到达大气上界的太阳辐射通量密度。
当它通过大气层时，被大气中的各种气体分子和云层选择性地吸收，一部分被气体分子和悬浮的微粒散射，一部分被它们反射，所以，到达地面的太阳辐射显著地减少了。
（一）吸收作用大气中的臭氧、氧、水汽和二氧化碳都能直接吸收一部分太阳辐射。
臭氧主要吸收波长小于0.3μm的紫外辐射。
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
均匀层，对 太阳辐射的 相互作用是 太阳能衰减 的主要原因
1、大气组成：
➢ 两类：分子和其他微粒； ➢ 分子: 氮和氧占99%，臭氧、二氧化碳、水分子
及其它（N2O, CH4, NH3等）约占1%；
➢ 颗粒：烟、尘埃、雾、小水滴和气溶胶。气溶胶
是一种固体、液体的悬浮物，直径0.01-30m。
一个天文单位=日地距离d=1.496×108 m. 是在地球大气顶端接受的太阳能量，没有大气影响。 已知日地距离d（天文单位），计算太阳辐射通
量… 已知太阳线半径r，计算太阳辐射出射度…
➢太阳光谱：光球所产生的光谱。 太阳辐射能量集中于可见光波段（近紫外到中红
外）该波段区间不但能量集中，而且辐射强度最稳 定
这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星 传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat 卫 星的TM的1-4波段，SPOT卫星的HRV波段等。
➢ 1.5-1.8μm, 2.0-3.5μm，即近、短波、中
n3 O pt ic a lly less dense at m osphe re
2
Path of energy in ho mogeneo us at mosphere
3
Path of radiant energy af fected
四、大气对辐射的吸收作用
➢ 大气分子对电磁波的某些波段吸收缺失带
第二章 电磁辐射与地物 光谱特征
➢电磁波谱与电磁辐射 ➢太阳辐射及大气对辐射的影响 ➢地球的辐射与地物波谱
电磁波谱原理 第一节 电磁辐射度量参数
特殊电磁波——黑体辐射
➢ 任何地物都能辐射电磁波。 ➢ 地球表面最重要的电磁波能量来源是太阳。 ➢ 遥感： 对电磁波能量的测定。
气象学 第二章 辐射
辐射能的量度单位
(1)量子数单位
用每mol（阿伏加德罗常数6.02×1023)光量子为 单位，1mol光量子称为１Ei.
(2)辐射通量
单位时间通过某一面积的辐射能量，单位是J/s或 Ｗ。
(3)辐射通量密度
单位时间、单位面积上通过的辐射能量，单位是 J/s·m2或Ｗ/m2 。
产生辐射的原因有多种。在气象学中最重 要的是热辐射。
热辐射(heat radiation)：辐射的能量和波 长分布都与温度有关的辐射。
2.辐射能(radiation energy)
根据辐射的粒子学说，电磁辐射由具有一定质 量、能量和动量的粒子组成。每个粒子称为一个量 子或光量子(quantum)，每个粒子所带的能量与其频 率成正比，或与波长成反比：
h正=90°－｜φ－δ｜ 4)太阳高度角随季节的变化
随太阳直射点的移近，h增大 随太阳直射点的远离，h减小 5)太阳高度角随纬度的变化 在太阳直射点以北的地区，h随纬度而减小 在太阳直射点以南的地区，h随纬度而增大
5.太阳方位角
太阳方位角就是太阳光线在地面 上的投影与当地子午线的夹角。
所谓子午线，就是指通过当地的 经线，即正南方和正北方的连线。
辐射能量按波长的分布就是辐射光谱（辐射波 谱）。
从理论上来说，辐射的波长可以从0到∞，但 是能够测出的辐射的波长范围约为10-10 到1010μm， 见下表。
波谱名称 X射线 γ射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
波长范围 10-8～10-2 10-7～10-4 10-4～0.4 0.4～0.76 0.76～103 103～1010
由上式可看出,物体温度越高，发射的辐射峰 值λmax越短。
第二节太阳辐射
第二节-太阳辐射第二节太阳辐射（solar radiation）气象上所讨论的太阳辐射、地面辐射和大气辐射，其波长范围约在0.15－120μm之间。
太阳辐射的主要波长范围在0.15－4μm；地面和大气辐射的主要波长范围是3－120μm。
因此，将太阳辐射称为短波辐射，而把地面辐射和大气辐射称为长波辐射。
一、太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
太阳辐射光谱分三个光谱区，紫外区（λ<0.39μm ）、可见光区（λ为0.39－0.76μm）和红外区（λ>0.76μm）。
其中可见光区占能量的50％，红外区占43％，紫外区占7％。
可见光区又分为红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七色光波段。
红光（0.76－0.622μm）、橙光（0.622－0.597μm）、黄光（0.597－0.577μm）、绿光（0.577－0.492μm）、青光（0.492－0.480μm、蓝光（0.480－0.455μm）和紫光（0.455－0.390μm）。
太阳辐射中可见光部分不仅辐射能量大，而且是辐射最强的部分，所以太阳光是可见的。
二、太阳常数（solar constant）在日地平均距离的条件下，地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受到的太阳辐射通量密度，称为太阳常数。
用S0表示。
世界气象组织（WMO）测得S0为1367.7w/m2。
由于日地距离的变化，S0有7%的变化。
1cal·cm2·min-1＝697.8w/m2，所以，S0＝1367.7/697.8＝1.96cal·cm2·min-1。
三、太阳辐射在大气中的减弱太阳常数是到达大气上界的太阳辐射通量密度。
当它通过大气层时，被大气中的各种气体分子和云层选择性地吸收，一部分被气体分子和悬浮的微粒散射，一部分被它们反射，所以，到达地面的太阳辐射显著地减少了。
（一）吸收作用大气中的臭氧、氧、水汽和二氧化碳都能直接吸收一部分太阳辐射。
第二章 辐射
第一节 辐射的基本知识
一、辐射的基础知识 （一）辐射的概念 物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方 式称为辐射。传递交换的能量称为辐射能。 任何物体在绝对零度以上都具有辐射的本领。
绝对零度：理论上所能达到的最低温度，在此温度下物 体没有内能。把-273.15℃定作热力学温标的零度，即绝 对零度。
0.76微米～3.0微米
3.0微米～6.0微米 6.0微米～15微米 15微米～1000微米 1～10毫米
蓝 青 绿
黄
橙
0.56～0.59微米
0.59～0.62微米
1～10厘米 10厘米～1米
红
0.62～0.76微米
（三）辐射粒子性
辐射粒子学说认为，电磁辐射是由具有一定质量、能量和动量 的微粒子流组成，每个光量子的能量（EL）与频率或波长的关 系式为： EL= hf = hv / λ
∵日出日没时太阳高度角 hθ = 0° 日出日没方位角公式:
sinδ cosA cos
用本公式能算出一正一负两个值，分别是日出、 日没的方位角。
北半球A的季节变化 除北极外，一年中只有春分日和秋 分日，日出正东日没正西。 夏半年内， 日出东偏北方向，日没西偏北方向；且 愈近夏至日，日出日没方位愈偏北。冬 半年内，日出东偏南方向，日没西偏南 方向；且愈近冬至日，日出日没方位愈 偏南。 南半球相反
（三）昼长
1、昼夜、四季的形成 昼长（可照时数）由纬度和季节决定，相同纬度不同季节 的昼长不同，相同季节不同纬度的昼长也不同。
地球昼夜不停的进行两个基本运动：（1）绕自身轴的运动， 称为自转，自转一周的时间为23h 56’ 04’’，产生了昼夜交 替；（2）绕太阳的运动，称为公转，公转一周的时间为 365d 5h 48’ 46’’，产生了四季轮换。
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射的电磁波信息。
北京及周边地区卫星遥感城市热岛特征
三、 大气窗口
(二 ) 大气窗口的主要波段
5、0.05 ~ 300cm 的微波波段
属于发射光谱范围； 窗口不受大气干扰，完全透明，透射率可达100%， 是全天候的遥感波段,而且是主动遥感方式； 常用的波段为0.8cm，3cm, 5cm, 10cm。
3、大气对太阳辐射的散射作用
(2)大气散射的主要形式
② 米氏散射
当微粒的直径d与辐射光的波长接近时（λ/3 < d≤
λ）所发生的散射称为米氏散射。散射系数与波长的负
二次方成正比,即：
λ γ (λ) ∝
1
2
米氏散射的特点
z 主要由大气中的微粒,如烟、尘土、小水滴及气 溶胶等引起；
z 大气中云、雾等悬浮粒子的大小与0.76-15 μ m的红外线的波长差不多，因此，云、雾对红 外线的米氏散射是不可忽视的。
大气成分
二、 大气层对太阳辐射的影响
1、大气层的结构 2、大气对太阳辐射的吸收作用 3、大气对太阳辐射的散射作用 4、大气对太阳辐射的反射作用
大气层结构
反射短波 反射中长波
主要作用是反射地面发射的无线电 波，对遥感所用波段（比无线电波 短得多）的辐射不受影响
无明显对流、存 在臭氧层吸收紫 外线而升温
3、大气对太阳辐射的散射作用
(1)大气散射的基本概念
定义:太阳光遇到大气中小微粒而使传播方向发生改变的 现象； 实质:波的衍射; 条件:当大气中分子或其它微粒的直径小于或相当于辐射 波长才发生; 结果:太阳原传播方向的辐射强度减弱,二次反射,增加了噪 声, 遥感图象质量下降.
3、大气对太阳辐射的散射作用 (2)大气散射的主要形式
(二 ) 大气窗口的主要波段 3、3.5 ~ 5.5μm 地物反射或发射波谱段 中红外波段； 地物反射光谱和发射光谱的混合光谱范围； 目前应用很少，只能用扫描方式。
三、 大气窗口
(二 ) 大气窗口的主要波段 4、8 ~ 14μm 热辐射光谱段
远红外波段，热辐射光谱； 窗口的透射率约为60—70%； 地物在常温下热辐射能量最集中的波段，对遥感地质
2、大气对太阳辐射的吸收作用
(2)大气吸收作用的特点 大气分子吸收光谱越强,对应波段到达地面的 太阳辐射越弱. 大气中不同分子对太阳光谱的吸收率不同 .
吸收带主要位于紫外和红外区，对可见光区基 本上是透明的.
吸收
太阳
辐射
紫外 可 红外
的主
见 光
要物 质
大气吸收谱
紫外 可 红外 见 光
吸收紫外线
反射 30%
吸收 17%
大气大层气层
吸收 17%
313% 1%
地球
散射 22%
散射 22%
太阳辐射经大气层衰减图
大气窗口
可见光 红外光
大气对不同电磁波的吸收与大气窗口
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
一、 太阳辐射源 二、 大气层对太阳辐射的影响 三、 大气窗口
三、 大气窗口
(一 )、 大气窗口的基本概念 (二 )、把太大阳气辐窗射口通的过主大要气波层段未被反射、吸收和散射 的那些透射率高的波段范围，称为大气窗口。
太阳发射的电磁辐射在地球大气顶层随波长的 分布称为太阳光谱。
5800k 的黑体辐射
极大值位于0.5μm左右。
太阳光谱辐射特点及其能量分布
1）近似于5800K的黑体辐射； 2）以短波辐射为主（太阳辐射总能量约40％集中于0.4－ 0.76um的可见光范围内）。
大气层外与海平面上所测太阳辐照度曲线不 一样？
散射系数
λ γ (λ ) ∝
1
4
即: 瑞利散射的散射系数与波长的负四次方成正比。
瑞利散射与波长的关系
λ γ (λ ) ∝
1
4
渐强 瑞利散射 渐弱
瑞利散射的特点:
波长越短，大气的散射能力越强； 主要由大气分子引起，所以又称为分子散射; 由于大气散射，天空呈现蓝色（why?)； 不同地区上空大气的瑞利散射能力是变化的(why?)； 紫外区不适于进行遥感(why?)。
3、大气对太阳辐射的散射作用
(2)大气散射的主要形式 ③ 非选择性散射
当质点d直径大于电磁波波长时（d >λ）, 散射率与波 长没有关系, 即：
γ (λ) = 1
例：云雾为白色, 城市地区由于污染物、尘埃增多，故天空呈灰白色。;
3、大气对太阳辐射的散射作用
总结
z大气的散射强度与波长密切相关,不同波段散射类型 不一样; z太阳的电磁波谱包括电磁辐射的各波段，因此在同 一天气状况下会出现各种类型的散射; z波 长 越 长 ， 散 射 强 度 越 小 ， 所 以 微 波 有 最 小 的 散 射，最大透射，而被称为具有穿云透雾的能力。
例:已知日地平均距离为一个天文单位,一个天文单位约为1.496 x 1011m, 太阳的线半径约为6.96 x 105km
1. 根据太阳常数I0计算太阳的总辐射通量E; 2. 根据总辐射通量E计算太阳的辐射出射度.
解: (1) 已知太阳常数I0 = 1360 W/m2 故 E= 4πr2 x I0, 式中r为日地平均距离,把上述参数 代入此式,可求得E=3.82 x 1026 w
大气窗口
大气窗口与遥感波段设计
本节重点
z太阳光谱的概念 z大气中吸收电磁波的主要物质及其吸收特点 z大气散射的不同类型及其特点,如何运用大气散 射的性质来解释一些日常现象 z大气窗口的概念及其意义
上节回顾
电磁波谱 辐射通量密度– 辐照度、辐射出射度 黑体 斯谛芬-玻尔兹曼定律—黑体总辐射出射度与温度的关系 维恩位移定律—黑体辐射光谱中最强辐射的波长与温度的 关系 基尔霍夫定律– 对于一般物体，如何根据其吸收率计算其总 的辐射出射度
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
大气层
一、 太阳辐射源 二、 大气层对太阳辐射的影响 三、 大气窗口
太阳常数与到达水平面上的太阳辐射强度之间的关系：
Ф =I·S=I0·S’=I0.sinｈ·S
I=I0.sinｈ= I0.cosθ
h-太阳高度角（太阳入射光与地平面
的夹角）
θ-天项距或天顶角（太阳入射光与地
平面垂线的夹角）
θ C I0
h S‘
A S IB
为什么用到太阳常数？
z太阳常数在一定程度上代表了垂直到达大 气上界的太阳辐射强度； z利用太阳常数可求大气窗口
(二 ) 大气窗口的主要波段
2、1.3 ~ 2.5μm 地物反射波谱段
窗口位于近红外波段的中段，属于地物反射光谱； 透射率近80%； 不能用胶片摄影，只能用光谱仪和扫描仪来记录地物的电磁波 信息。 在某些波段对区分岩石蚀变有较好的效果。因此在遥感地质应 用方面很有潜力。
三、 大气窗口
二、 大气层对太阳辐射的影响
1、大气层的结构 2、大气对太阳辐射的吸收作用 3、大气对太阳辐射的散射作用 4、大气对太阳辐射的反射作用
二、 大气层对太阳辐射的影响
4、大气对太阳辐射的反射作用
z电磁波的反射现象发生在两种介质的交界面 .
云
z反射现象主要发生在云层顶部，云量越多、云层 越厚， 反射越强。 z大气反射削弱了电磁波到达地面的强度。因此应尽 量选择无云的天气接收遥感信号。
5800k 的黑体辐射
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响 一、 太阳辐射源 二、 大气层对太阳辐射的影响 三、 大气窗口
二、 大气层对太阳辐射的影响
1、大气层的结构 2、大气对太阳辐射的 吸收 作用 3、大气对太阳辐射的 散射 作用 4、大气对太阳辐射的 反射 作用
二、 大气层对太阳辐射的影响
1、大气层的结构
臭氧: 吸收紫外线
近似太阳的辐射
大气吸收带
可见 光区
大大气气吸吸收收带带
整层大气吸收光谱略图
二、 大气层对太阳辐射的影响
1、大气层的结构 2、大气对太阳辐射的吸收作用 3、大气对太阳辐射的散收作用
二、 大气层对太阳辐射的影响
3、大气对太阳辐射的散射作用
(1)大气散射的基本概念 (2)大气散射的主要形式
① 瑞利（Rayleigh） 散射 ② 米氏散射 (Mie
scattering)
③ 非选择性散射
(nonselective scattering)
3、大气对太阳辐射的散射作用
(2)大气散射的主要形式
① 瑞利（Rayleigh） 散射
散射粒子的直径d大小比光波波长要小得多时
（d<λ/10) 所引起的散射称为瑞利散射。
一、 太阳辐射源
1.太阳常数
在日地平均距离（D）处（平均日地距离为 1.495985× 108km, 称为一个天文单位）通过与太 阳光束垂直的单位面积上单位时间的太阳 辐射能量称
为太阳常数。
可近似取:
θ
I0 = 1360 W/m2
I0 = 1353(±21) W/m2 (1976, NASA)
一、 太阳辐射源 1.太阳常数
(2) 太阳辐射出射度—单位面积单位时间射出的能量, 故应该是太阳总辐射通量与太阳表面积之比,即
M=E/ 4πr02 , 式中 r0为太阳的线半径, 代入已知参数可求 得M=6.28 x 107 w/m2
一、 太阳辐射源 2.太阳光谱
太阳发射的电磁辐射能量（太阳光谱的 辐照度）在地球大气顶层随波长的分布称 为太阳光谱。
吸收红外线
吸收可见光、 红外直至微波
大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。
二、 大气层对太阳辐射的影响
2、大气对太阳辐射的吸收作用 (3) 大气中不同物质对辐射的吸收作用
水：分为气态水和液态水 水汽: 吸收可见光、红外直至微波 液态水: 对太阳辐射的吸收相当强，主要在长波方向。