大气科学基础第二章 113页PPT文档
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《大气科学基础》课件第2章 大气动力学基础
✓ 一个名叫古斯塔·加斯佩德·科里奥利的法国人在 1835年最先用数学方法描述了这种效应，所以科学界 用他的姓氏来命名此种力。我们通常也称它为地转偏 向力。在北半球，科里奥利力使风向右偏离其原始的 路线；在南半球，这种力使风向左偏离。风速越大， 产生的偏离越大。于是，在北半球，当空气向低压中 心辐合时会向右弯曲，形成了一个逆时针方向的旋转 气流。从高压中心辐散出来的空气，则因为向右弯曲 而形成了顺时针方向的旋风。我们把逆时针旋转的叫 做气旋，把顺时针旋转的叫做反气旋。在南半球，上 述的情形正好相反。
✓ The green guy will have to run faster than the orange guy to keep up.
• 产生的原因
✓ 物体为保持水平惯性运动， 经纬网因随地球自转而产生相 对加速度。 地转偏向力向右是 在北半球，在南半球则都向左；
✓ 由于除南北两极外，各纬度 的角速度都一样，从北向南飞 的时候，南边的圈大，即越向 南纬线越长，所以线速度大， 所以在北边的时候具有的一个 小的线速度与南边的线速度相 比就显的慢了。，
like this;
Dv F Dt
“The rate of change of velocity with time is equal to the sum of the forces acting on the parcel”
Frame of Reference
• For a non-rotating Earth, these forces are:
the earth; ✓ Not a real force in the sense that it cannot cause
a motion; ✓ As an earth-bound observer, we are not aware
大气科学基础(全套课件104P)
四、发展概况
17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是 直觉的、经验性的。
17～18世纪，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入
了可以定量分析的阶段。 1820年，H.W.布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开 创了近代天气分析和天气预报法。 1835年科里奥利力的概念和1857年风和气压的关系，成
6亿年前，氧的浓度达到现在的百分之一，即第一关
键浓度。高空臭氧浓度明显增加，使生命能到达水面。 4亿年前，达到十分之一，高空大气形成的臭氧层 。 大量植物缓慢由海洋向陆地推进。
愈来愈少的 紫外辐射
接受愈来愈多 的可见光
最终光合作用和
愈来愈多氧 愈来愈丰富 植物生命 光合作用
动植物的呼吸及 死亡达到平衡
大气科学概论
§1.2 地球大气的演变
问题：传统的太阳系“九大行星”概念为何如今要 被
太阳系家谱
行星：围绕太阳运转，自身引力足以克服其刚体力而使天体
呈圆球状，并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。成员
包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王
星。 矮行星：与行星同样具有足够的质量，呈圆球状，但不能清 除其轨道附近其他物体的天体。 成员包括冥王星和谷神星等。 太阳系小天体：围绕太阳运转但不符合行星和矮行星条件的 物体。
§1 .1 地球系统
§1 .1 地球系统
1、岩石圈：地壳和上地幔顶部 2、水圈：海洋、河流、湖泊、沼
泽、冰川、积雪、地下水和大
气圈中的水
3、生物圈：植物、动物、人类及
有生物存在的部分 4、大气圈：包围地球表面，厚度 为1000公里的大气层
大气与地表及其与宇宙空
间的能量交换形成多姿多
彩的天气和气候的变化
天气学基础(基础班)大气科学基础相关培训班课件
天气学基础(基础班)大气 科学基础相关培训班课件
• 引言 • 大气的基本组成 • 大气的结构与分层 • 大气中的物理过程 • 大气中的化学过程
• 天气系统与天气现象 • 天气预报方法与技术 • 大气污染与防治 • 结语
01
引言
天气学与大气科学的重要性
01
天气学与大气科学是研究地球大 气圈中各种天气现象和气象过程 的学科，对于人类生产生活和自 然环境有着重要的影响。
大气污染防治技术与实践
大气污染防治技术
工业减排、能源清洁、交通优化等。
实践案例
空气质量改善计划、污染物排放标准制定与执行、 绿色交通推广等。
技术发展趋势
智能化、精细化、综合化等。
09
结语
天气学与大气科学的发展前景
天气学与大气科学在气象预测、气候 变化研究、环境保护等领域具有重要 地位，随着科技的不断进步，其发展 前景广阔。
全球气候变化和环境问题日益严重， 需要加强国际合作，共同应对挑战， 推动天气学与大气科学的进步。
未来天气学与大气科学研究将更加注 重数值模拟、卫星遥感、人工智能等 技术的应用，提高预报准确率和精细 化程度。
提高公众对天气和大气环境的认识与保护意识
通过宣传教育、科普活动等方 式，提高公众对天气和大气环 境重要性的认识，增强保护意 识。
• 水分循环的环节：水分循环主要包括蒸发、凝结、降水、河流径流等环节。这 些环节相互作用，形成了地球上水分的循环过程。例如，在海洋中，太阳辐射 使得海水蒸发形成水汽，水汽在陆地上凝结形成降水，降落到地面的水形成河 流径流，最终归入海洋。
• 影响因素：影响水分循环的主要因素包括温度、湿度、风速和地形等。这些因 素通过影响水分的蒸发和凝结过程，进而影响水分循环过程。
• 引言 • 大气的基本组成 • 大气的结构与分层 • 大气中的物理过程 • 大气中的化学过程
• 天气系统与天气现象 • 天气预报方法与技术 • 大气污染与防治 • 结语
01
引言
天气学与大气科学的重要性
01
天气学与大气科学是研究地球大 气圈中各种天气现象和气象过程 的学科，对于人类生产生活和自 然环境有着重要的影响。
大气污染防治技术与实践
大气污染防治技术
工业减排、能源清洁、交通优化等。
实践案例
空气质量改善计划、污染物排放标准制定与执行、 绿色交通推广等。
技术发展趋势
智能化、精细化、综合化等。
09
结语
天气学与大气科学的发展前景
天气学与大气科学在气象预测、气候 变化研究、环境保护等领域具有重要 地位，随着科技的不断进步，其发展 前景广阔。
全球气候变化和环境问题日益严重， 需要加强国际合作，共同应对挑战， 推动天气学与大气科学的进步。
未来天气学与大气科学研究将更加注 重数值模拟、卫星遥感、人工智能等 技术的应用，提高预报准确率和精细 化程度。
提高公众对天气和大气环境的认识与保护意识
通过宣传教育、科普活动等方 式，提高公众对天气和大气环 境重要性的认识，增强保护意 识。
• 水分循环的环节：水分循环主要包括蒸发、凝结、降水、河流径流等环节。这 些环节相互作用，形成了地球上水分的循环过程。例如，在海洋中，太阳辐射 使得海水蒸发形成水汽，水汽在陆地上凝结形成降水，降落到地面的水形成河 流径流，最终归入海洋。
• 影响因素：影响水分循环的主要因素包括温度、湿度、风速和地形等。这些因 素通过影响水分的蒸发和凝结过程，进而影响水分循环过程。
大气的ppt课件
大气的ppt课件
目录
• 大气的组成与结构 • 大气与气候 • 大气污染与环境保护 • 大气科学的应用 • 大气科学研究方法
01
大气的组成与结构
大气层的结构
01
地球大气层由多个层次 组成，包括对流层、平 流层、中间层和热层等 。
02
对流层是大气层中最低 的层次，包含人类生活 的大部分天气现象。
03
气候变化研究与预测
气候变化研究
探究全球气候变化的规律、原因和影响，为应对气候变化提供科学依据。
气候预测
预测未来气候变化趋势，为决策者提供决策支持，帮助社会适应气候变化。
农业与生态系统的气象服务
农业气象服务
提供农业种植区划、作物生长监测、 病虫害防治等方面的气象服务，提高 农业生产效益。
生态系统气象服务
实现经济发展、社会进步和环境保护的良 性循环，为子孙后代创造一个更好的生存 和发展环境。
04
大气科学的应用
气象预报与灾害预警
天气预报
利用气象卫星、雷达和地面观测数据 ，对未来天气进行预测，为公众提供 出行建议和农业生产指导。
灾害预警
通过监测极端天气事件，如暴雨、台 风、暴风雪等，及时发布预警信息， 减少灾害损失。
03
大气污染与环境保护
大气污染的来源与影响
来源
工业排放、交通尾气、农业活动 、生活污染
影响
空气质量恶化、人类健康问题、 生物多样性受损、气候变化
大气污染的防治措施
01
02
03
04
政策法规
制定严格的排放标准，加强执 法力度
技术革新
推广清洁能源，改进生产工艺
公众参与
提高环保意识，减少污染行为
目录
• 大气的组成与结构 • 大气与气候 • 大气污染与环境保护 • 大气科学的应用 • 大气科学研究方法
01
大气的组成与结构
大气层的结构
01
地球大气层由多个层次 组成，包括对流层、平 流层、中间层和热层等 。
02
对流层是大气层中最低 的层次，包含人类生活 的大部分天气现象。
03
气候变化研究与预测
气候变化研究
探究全球气候变化的规律、原因和影响，为应对气候变化提供科学依据。
气候预测
预测未来气候变化趋势，为决策者提供决策支持，帮助社会适应气候变化。
农业与生态系统的气象服务
农业气象服务
提供农业种植区划、作物生长监测、 病虫害防治等方面的气象服务，提高 农业生产效益。
生态系统气象服务
实现经济发展、社会进步和环境保护的良 性循环，为子孙后代创造一个更好的生存 和发展环境。
04
大气科学的应用
气象预报与灾害预警
天气预报
利用气象卫星、雷达和地面观测数据 ，对未来天气进行预测，为公众提供 出行建议和农业生产指导。
灾害预警
通过监测极端天气事件，如暴雨、台 风、暴风雪等，及时发布预警信息， 减少灾害损失。
03
大气污染与环境保护
大气污染的来源与影响
来源
工业排放、交通尾气、农业活动 、生活污染
影响
空气质量恶化、人类健康问题、 生物多样性受损、气候变化
大气污染的防治措施
01
02
03
04
政策法规
制定严格的排放标准，加强执 法力度
技术革新
推广清洁能源，改进生产工艺
公众参与
提高环保意识，减少污染行为
大气科学概论课件第二章大气辐射学
6~40%
二.辐射能的量度
• 辐射能 ：以辐射方式传递的能量，单
位为焦耳(J)
• 辐射通量P：它表示单位时间传递的辐射 能单位为焦耳/秒（J s1 ）或瓦(w)。
d
P dt
• 辐射通量密度F：是指单位时间内通过单位 面积的辐射能。
F d
dtds 自放射面射出的辐射通量密度称为辐射度。 到达接收面的辐射通量密度称为辐照度
• 辐射率I ：单位时间内，通过垂直于给定方 向上单位面积的单位立体角内的辐射能。
立体角的概念
• 定义：
dA cos
r2
• 整个球形所张立体角为4π[sr]。 n
辐射率和辐射通量密度的关系
对上式沿半球积分
d ' I cosd
ds dt
F I cosd 半球
dA rd r sind
d r2
I I I a Tb — (1— T ) Tb — T =0
典型
波长 0.43 0.47 0.49 0.54 0.58 0.60 0.64
[μm] 0
0
5
0
0
0
0
物体对辐射的吸收，透射和反射
媒介对辐射的三种作用：
• 吸收: Qa • 反射: Qr • 透射: Qd
Q0 = Qr + Qa + Qd
Q0
Qr
Qa Qd
定义三个无量纲比率：
•
吸收率：
a=
Qa Q0
• 1859年由基尔霍夫根据实验得到：物体 的发射能力与吸收能力之间关系密切， 在同一温度下，吸收能力大的物体其发 射能力也大；反之亦然。且发射能力是 温度和波长的函数。
设有一真空恒温器(温度为T)，放出黑体 辐射 。 代表在温度T，波长λ时的黑体 辐射率，在其中用绝热线悬挂一个非黑 体物体，它们温度与容器温度一样亦为 T，它的辐射率为 IT ，吸收率为aT 。这 样，非黑体和器壁之间将要达到辐射平 衡。器壁放射的辐射能、非黑体放射的 辐射能和未被吸收的非黑体反射辐射能， 三者达到平衡，则
二.辐射能的量度
• 辐射能 ：以辐射方式传递的能量，单
位为焦耳(J)
• 辐射通量P：它表示单位时间传递的辐射 能单位为焦耳/秒（J s1 ）或瓦(w)。
d
P dt
• 辐射通量密度F：是指单位时间内通过单位 面积的辐射能。
F d
dtds 自放射面射出的辐射通量密度称为辐射度。 到达接收面的辐射通量密度称为辐照度
• 辐射率I ：单位时间内，通过垂直于给定方 向上单位面积的单位立体角内的辐射能。
立体角的概念
• 定义：
dA cos
r2
• 整个球形所张立体角为4π[sr]。 n
辐射率和辐射通量密度的关系
对上式沿半球积分
d ' I cosd
ds dt
F I cosd 半球
dA rd r sind
d r2
I I I a Tb — (1— T ) Tb — T =0
典型
波长 0.43 0.47 0.49 0.54 0.58 0.60 0.64
[μm] 0
0
5
0
0
0
0
物体对辐射的吸收，透射和反射
媒介对辐射的三种作用：
• 吸收: Qa • 反射: Qr • 透射: Qd
Q0 = Qr + Qa + Qd
Q0
Qr
Qa Qd
定义三个无量纲比率：
•
吸收率：
a=
Qa Q0
• 1859年由基尔霍夫根据实验得到：物体 的发射能力与吸收能力之间关系密切， 在同一温度下，吸收能力大的物体其发 射能力也大；反之亦然。且发射能力是 温度和波长的函数。
设有一真空恒温器(温度为T)，放出黑体 辐射 。 代表在温度T，波长λ时的黑体 辐射率，在其中用绝热线悬挂一个非黑 体物体，它们温度与容器温度一样亦为 T，它的辐射率为 IT ，吸收率为aT 。这 样，非黑体和器壁之间将要达到辐射平 衡。器壁放射的辐射能、非黑体放射的 辐射能和未被吸收的非黑体反射辐射能， 三者达到平衡，则
大气科学基础第二章
2、大气吸收光谱
2、大气吸收光谱
O3 强吸收在的紫外区：
哈特来（Hartley）带—最强 哈金斯（Huggins）带—较弱 可见光区：查普尤（Chappuis）带—较弱 O3层吸收太阳辐射的2%—平流层温度高的原因（图） 红外区： 4.7m、9.6m 、14.1m较强吸收带
2、大气吸收光谱
波）＜无线电波
(微米)
不同电磁波的具体波长范围
名称
紫外线
可见光
近红外
红
中红外
外
线
远红外
超远红外
毫米波
微
波
厘米波
分米波
波长范围 100埃～0.4微米 0.4微米～0.76微米 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 1～10厘米 10厘米～1米
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
大气科学概论
大气科学概论
§3 太阳辐射及其在大气中的衰减
§3.1 太阳辐射及日地关系 §3.2 大气对辐射的衰减
虚线是温度在6,000K时的 黑体辐射光谱。
§3.1 太阳辐射及日地关系(4)
4、太阳常数：当地球位于日地平均距离处，与日光垂直平面 上的太阳辐照度。
s013 67W 7m 2
Average Solar Radiation on a Sphere
§3.1 习题（1）
大气科学概论
1、概念:太阳常数 2、试从日地关系解释地球上季节变化的原因。 3 * 、已知太阳常数为 1367 Wm2 ，请计算（1）
大气科学基础
大气科学基础大气科学是研究地球大气的物理、化学和动力学过程的一门学科。
它探讨了地球的气候和天气系统，以及大气层的构成和运动规律。
本文将从大气的组成、大气的层次结构、大气的物理性质和大气的运动等方面介绍大气科学的基础知识。
1. 大气的组成大气主要由氮气、氧气、水蒸气、微量稀有气体和气溶胶组成。
其中，氮气占大气的78%，氧气占21%，水蒸气的含量则相对较小。
稀有气体如氩、氦、氪等含量非常稀少，但对大气的物理和化学过程具有重要影响。
2. 大气的层次结构地球大气根据温度和密度等特性可分为若干层次。
最底层是对流层，其上面是平流层和跳转层，最上面则是中间层和热层。
不同层次的大气区域具有不同的特征和运动规律，这些层次结构对于气候的形成和变化起着重要作用。
3. 大气的物理性质大气具有质量、压强、温度、湿度和密度等物理性质。
其中，大气质量是指单位体积大气所包含的质量，压强则是单位面积上受到的气压力。
大气的温度和湿度直接关系到天气现象的产生，而密度则决定了空气的流动性和承载力。
4. 大气的运动大气的运动包括垂直运动和水平运动。
垂直运动主要指上升运动和下沉运动，这种运动会导致气象现象的发生，如对流云、降水等。
水平运动则包括风和气旋等，它们通过地球自转、地形和气压差异等因素相互作用而形成。
综上所述，大气科学是一门研究地球大气的学科，它深入探讨了大气的组成、层次结构、物理性质和运动规律。
通过对大气科学的研究，我们能更好地理解和预测天气现象，促进气候变化和环境保护等方面的科研工作。
大气科学作为一个重要的学科领域，对于人类社会的发展和人们的生活具有重要意义。
大气科学概论PPT概要
面的太阳辐射； 缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而 失去的热量； 降低大气透明度，影响大气能见度； 充当水汽凝结核，对云、雾及降水形成有重要意义。
第二节
大气的铅直结构
第二节
对流层： 特点：
大气的铅直结构
主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m， 气温下降0.65℃。） 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。
大气成分与结构
大气的组成
大气的铅直结构 大气的物理性质
第一节
大气的组成
地球大气由三个部分组成: 干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下） 气体成分 氮 氧 氩 二氧化碳 臭氧 干洁大气 所占体积（%） 78.08 20.95 0.93 0.032 0.00006 100 临界温度（℃） -147.2 -118.9 -122.0 31.0 -5.0 -140.7 临界压强（大气压） 33.5 40.7 48.0 73.0 92.3 37.2
大气成分
二、水汽
作用：
在天气气候变化中扮演了重要角色。
能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
三、大气中的杂质
大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和
大气污染物质两大部分）。
气溶胶粒子： 作用：
吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
赤道地区一年中春分和 秋分时太阳高度角最大， 冬至和夏至时，太阳高 度角最小。
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 h的计算公式
第二节
大气的铅直结构
第二节
对流层： 特点：
大气的铅直结构
主要天气现象均发生在此层。 温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m， 气温下降0.65℃。） 空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。
大气成分与结构
大气的组成
大气的铅直结构 大气的物理性质
第一节
大气的组成
地球大气由三个部分组成: 干洁大气（即干空气） 水汽 悬浮在大气中的固液态杂质
表2-1 干洁大气的成分（高度25km以下） 气体成分 氮 氧 氩 二氧化碳 臭氧 干洁大气 所占体积（%） 78.08 20.95 0.93 0.032 0.00006 100 临界温度（℃） -147.2 -118.9 -122.0 31.0 -5.0 -140.7 临界压强（大气压） 33.5 40.7 48.0 73.0 92.3 37.2
大气成分
二、水汽
作用：
在天气气候变化中扮演了重要角色。
能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放 出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
三、大气中的杂质
大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和
大气污染物质两大部分）。
气溶胶粒子： 作用：
吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地
二、太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角 （h） 定义 太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
赤道地区一年中春分和 秋分时太阳高度角最大， 冬至和夏至时，太阳高 度角最小。
水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。 h的计算公式
大气科学概论第二讲大气的基本知识详解演示文稿
显减少,其中氧分子和氮分子开始离解 。
第六页，共60页。
各种成分介绍： l 氮气（N2)：
存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中 。 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的 基本原料。
l 氧气（O2）： ü 是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；
ü 积极参加大气中的许多化学过程；
ü 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
风向是指风的来向。 地面风向用16 方位表风示标；和在风速16计方：位左边中是，杯每型相风邻
速计，右边是螺旋桨风向风速
方位间的角差为22.5计。，可同时测量风向和风速。
第四十一页，共60页。
地面风向表示方法
第四十二页，共60页。
五、风
高空风向常用方位度数表示； 即以0(或360)表示正北，90表示正东，180表示正 南，270表示正西。 风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节” ）和km/h 表示，其换算关系如下: 1m/s=3.6km/h；1knot=1.852km/h 1km/h=0.28m/s；1knot=1/2m/s。
意义：相对湿度（f）直接反映了空气距离饱和的程度。 f 越大，越接近饱和，当达到f=100%时，空气就达饱和 状态，此时水汽就要开始凝结。
第三十三页，共60页。
相对湿度（f）relative humidity
定义：空气的实际水汽压与同温度下的饱
和水汽压的百分比值。 f e 100%
E 含义：反映空气的潮湿程度
温度不变，E不变：水汽含量 ，e， f 水汽含量不变，e不变：温度， E， f
第三十四页，共60页。
比湿和水汽混合比
比湿（q）：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气 总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值，称比湿。
第六页，共60页。
各种成分介绍： l 氮气（N2)：
存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中 。 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的 基本原料。
l 氧气（O2）： ü 是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；
ü 积极参加大气中的许多化学过程；
ü 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
风向是指风的来向。 地面风向用16 方位表风示标；和在风速16计方：位左边中是，杯每型相风邻
速计，右边是螺旋桨风向风速
方位间的角差为22.5计。，可同时测量风向和风速。
第四十一页，共60页。
地面风向表示方法
第四十二页，共60页。
五、风
高空风向常用方位度数表示； 即以0(或360)表示正北，90表示正东，180表示正 南，270表示正西。 风速单位常用m/s、knot（海里/小时，又称“节” ）和km/h 表示，其换算关系如下: 1m/s=3.6km/h；1knot=1.852km/h 1km/h=0.28m/s；1knot=1/2m/s。
意义：相对湿度（f）直接反映了空气距离饱和的程度。 f 越大，越接近饱和，当达到f=100%时，空气就达饱和 状态，此时水汽就要开始凝结。
第三十三页，共60页。
相对湿度（f）relative humidity
定义：空气的实际水汽压与同温度下的饱
和水汽压的百分比值。 f e 100%
E 含义：反映空气的潮湿程度
温度不变，E不变：水汽含量 ，e， f 水汽含量不变，e不变：温度， E， f
第三十四页，共60页。
比湿和水汽混合比
比湿（q）：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气 总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值，称比湿。
大气PPT课件
1.2 大气圈的物理结构
❖ 大气的垂直分布
1. 对流层：紧贴地面的一层，在中纬度平均厚度12公里，集中约75%的大气和 90%以上的水汽质量。对流层下部热、上部冷（每上升100米约下降0.6℃）， 空气对流运动而产生的云、雨、雪等天气现象都发生在对流层中。
2. 平流层：处在对流层顶至离地面约50公里的范围。平流层的最下部是等温层， 30公里以上随高度增加气温上升很快。因为臭氧层就位于平流层中，吸收太 阳紫外线而升温。 平流层大气非常平稳，以水平运动为主，无对流运动，有利于飞机的飞行。
2.3 悬浮颗粒物污染
❖ 总悬浮颗粒物是指悬浮在大气中不易沉降的所有的颗粒物，包括各种固 体微粒，液体微粒等，直径通常在０.１－１００微米之间．它主要来源 于燃料燃烧时产生的烟尘、生产加工过程中产生的粉尘、建筑和交通扬 尘、风沙扬尘以及气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的相 应的盐类颗粒。在我国甘肃、新疆、陕西、山西的大部分地区，河南、 吉林、青海、宁夏、内蒙古、山东、四川、河北、辽宁的部分地区，总 悬浮颗粒物污染较为严重。
❖ 2. 大气污染物的分类
❖ 大气污染物主要可以分为两类，即天然污染物和人为污染物,引起公害的往往 是人为污染物，它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。 颗粒物： 指大气中液体、固体状物质，又称尘。 硫氧化物： 是硫的氧化物的总称，包括二氧化硫，三氧化硫，三氧化二硫，一 氧化硫等。 碳的氧化物： 主要包括二氧化碳和一氧化碳。 氮氧化物： 是氮的氧化物的总称，包括氧化亚氮，一氧化氮，二氧化氮，三氧 化二氮等。 碳氢化合物： 是以碳元素和氢元素形成的化合物，如甲烷、乙烷等烃类气体。 其它有害物质： 如重金属类，含氟气体，含氯气体等等。
❖ 南极臭氧空洞
国际保护臭氧层日
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F,T E(,T)
A,T
E(λ,T)：绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出 度。
§2.2 基尔霍夫定律
大气科学概论
基尔霍夫定律的意义： 它将物体的放射与吸收联系起来了，只要知道某物体的
吸收率就可以知道其放射率，反之亦然。 它把各种物质的吸收、放射与黑体的辐射能力联系起来。
§2.4 玻尔兹曼定律
大气科学概论
黑体的积分辐出度ET与温度T的四次方成正比。
ET T4
（σ=5.6696×10-8 W·m-2·K-4）
ET
0 E,T
d
有效温度Te：将物体视作绝对黑体时计算出的温度。
5、维恩定律
黑体辐射光谱极大值对应的波长(λmax) 与其本身温度(T) 的乘积为一常数。
大气科学概论
§1.1 辐射的定义
地球和太阳的辐射
§1.1 辐射的定义
大气科学概论
辐射能是能量的一种形式，物质以电磁波的形式放射的 能量，称为辐射能，而这种能量传播方式称为辐射。
§1.2 辐射的传播—电磁波
1、传播速度：3×108m/s 2、波长范围：10-16m—103m λ： 宇宙射线＜ γ射线＜X射线＜紫外线＜可见光＜红外线（＜微
§1.3 黑体与灰体(2)
大气科学概论
黑体：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部 吸收的物体称为绝对黑体。故有：
A=1,R=Т =0 若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为相对黑体。
灰体：A小于1且不随波长而变化的物体。 若物体不透明,则透射率Т=０ ，吸收率A=1-R。
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
大气科学概论
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
RQ0
大气科学概论
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
R2Q0
RQ0
大气科学概论
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
R2Q0
大气科学概论
RnQ0 Q0
RQ0 吸收率1-Rn
§1.3 黑体与灰体(4)
分光辐出度、积分辐出度的概念。
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
大气科学概论
§2 辐射平衡的基本规律
§2.1 辐射平衡 §2.2 基尔霍夫定律 §2.3 普朗克定律 §2.4 玻尔兹曼定律 §2.5 维恩定律
2、大气吸收光谱
CO2 大于2m的红外区：
较强中心： 2.7m、4.3m 、15m（图） 对长波辐射，以15m最重要
吸收 气体 H2O
O2
O3
CO2
吸收光谱
对辐射的作用
使我们有可以通过研究黑体的辐射来了解一般物体的辐 射。而对于黑体的研究，无论从理论上还是实验上都比 较简单。
§2.3 普朗克定律
绝对黑体辐射率仅是波长和温度的函数，单位为W·m-2·μm-1。
E(,T)c1
c2
(eT
1)1
5
第一辐射常数C1=3.7427×108W·μm4·m-2
第二辐射常数C2= 14388μm·K
虚线是温度在6,000K时的 黑体辐射光谱。
§3.1 太阳辐射及日地关系(4)
4、太阳常数：当地球位于日地平均距离处，与日光垂直平面 上的太阳辐照度。
s013 67W 7m 2
Average Solar Radiation on a Sphere
§3.1 习题（1）
大气科学概论
1、概念:太阳常数 2、试从日地关系解释地球上季节变化的原因。 3 * 、已知太阳常数为 1367 Wm2 ，请计算（1）
§3.2.1大气对辐射的吸收 §3.2.2大气对太阳辐射的散射
§3.2.1大气对辐射的吸收
大气科学概论
1、选择性吸收 短波辐射：主要是水汽，其次是氧、臭氧，而 CO2吸收 不多； 长波辐射：主要是水汽，其次是CO2和臭氧。
2、大气吸收光谱：
2、大气吸收光谱
H2O 吸收约20%的太阳能量 几乎覆盖长波辐射整个波段 6.3m振动带
F：积分辐出度，表示
Fλ
单位时间通过单位面积
全部波长的总辐射能。
λ dλ
大气科学概论
已知F可计算空间某一面积A上的辐射通量Φ。
dFdA FdA
A
若 FC ，则辐射通量 FA
§1 复习题
大气科学概论
1、什么是黑体和灰体？黑体与黑色物体有何区别？ 2、辐射通量、辐射通量密度、辐出度、辐照度、
§1.3 黑体与灰体(1)
Q0QaQrQ t
Q0
Qr
Qa
1Qa Qr Qt Q0 Q0 Q0
Qt
吸收率 反射率 透射率
AR1
大气科学概论
水分含量对玉米叶子反射率的影响
不同土壤的反射波谱曲线
大气科学概论
大气科学概论
各种地表对太阳辐射的反射率（%）
地表 森林 田地（绿色） 田地（已开垦的干地） 草地 裸地
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
大气科学概论
大气科学概论
§3 太阳辐射及其在大气中的衰减
§3.1 太阳辐射及日地关系 §3.2 大气对辐射的衰减
太阳表面的辐射出射度；（2）全太阳表面的辐 射通量；（3）整个地球得到的太阳辐射通量占 太阳发射辐射通量的份数。
§3.1 习题（2）
大气科学概论
4 * 、设大气上界太阳直接辐射在近日点时为S1，
在远日点时为S2，求其相对变化值
s1
s1
s2。
5 * 、设太阳表面为5800K的黑体，地球大气上界
表面为300K的黑体，在日地平均距离时，求大气
可见光波长范围
色彩名称 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
波长范围 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米
§1.2 辐射的传播—电磁波
大气科学概论
3、大气科学研究对象：太阳短波辐射、地球和大气长波辐射
§3.1 太阳辐射及日地关系(3)
大气科学概论
大气科学概论
§3.1 太阳辐射及日地关系(4)
3、太阳辐射光谱： 太阳辐射光谱～6000K的黑体光谱，其中可见光50%，红外 43%，紫外7%，绝大部分能量集中于0.15～4μm，故太阳辐 射也称为短波辐射。
图中：实线是大气上界 的太阳辐射光谱；
沙地
反射率 3～10 3～15 20～25 15～30 7～20
15～25
地表 雪地（新雪） 雪地（陈雪）
冰 水面hθ＞40° 水面hθ=5～30°
反射率
80 50～70 50～70
2～4 6～40
以上图表可以说明什么？
大气科学概论
物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长 和物体的性质而改变。
=6.96×105Km， d0 =1.496×108Km) 2 * 、一不透明物体的辐射通量密度为1396.5W·m-2 ，
反射率为0.3，试求其温度为多少摄氏度?
§2 习题
大气科学概论
3*、一个物体的温度为300℃ ，其最大辐射能量所 对应的波长为多少？
4、试列出平衡辐射四大定律，并简述其含义。
max
b T
（ b=2897.8μm·K） 颜色温度Tc：由光谱测定物体温度。
卫星在火灾监测中的应用
小 结：普朗克定律给出绝对黑体的分光辐出度与波长、温
度的关系，从而绘出黑体辐射光谱曲线，而Wien位移定律描 述了曲线中辐射能力最强对应的波长与温度的关系，StefanBoltzmann Law则描述了黑体积分辐射能力与温度的四次方 成正比，基尔霍夫定律把任何物体和绝对黑体联系起来。
dQ dt
2、辐射通量密度F：单位面积的辐射通量，或是单位面积 单位时间内通过的辐射能，单位为W·m-2
Fd dQ dA dAdt
Fd dQ dA dAdt
辐照度
辐出度
辐射光谱
大气科学概论
Fλ：分光辐射出射度或者叫单色辐射通量密度，指物体温 度为 T 时，单位时间内从单位表面发出的波长在dλ附 近单位波长间隔内的电磁波能量，它表示热辐射能量按 波长的分布。
2、大气吸收光谱
2、大气吸收光谱
O3 强吸收在的紫外区：
哈特来（Hartley）带—最强 哈金斯（Huggins）带—较弱 可见光区：查普尤（Chappuis）带—较弱 O3层吸收太阳辐射的2%—平流层温度高的原因（图） 红外区： 4.7m、9.6m 、14.1m较强吸收带
2、大气吸收光谱
Planck function
Wien’s Law Stefan-Boltzman law
§2 习题
大气科学概论
1
*
、已知太阳辐射的辐出度
s
s0
(
d
2 0
rs2
)
，其中
s0
为太阳常数，d0为日地平均距离，rs为太阳半径，
太阳光谱中最强波长为0.48 μm，试求太阳的有效
温度Te和颜色温度Tc。 (σ=5.6696×10-8 W·m-2·K-4， s 0=1367W·m-2 ， rs
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
A,T
E(λ,T)：绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出 度。
§2.2 基尔霍夫定律
大气科学概论
基尔霍夫定律的意义： 它将物体的放射与吸收联系起来了，只要知道某物体的
吸收率就可以知道其放射率，反之亦然。 它把各种物质的吸收、放射与黑体的辐射能力联系起来。
§2.4 玻尔兹曼定律
大气科学概论
黑体的积分辐出度ET与温度T的四次方成正比。
ET T4
（σ=5.6696×10-8 W·m-2·K-4）
ET
0 E,T
d
有效温度Te：将物体视作绝对黑体时计算出的温度。
5、维恩定律
黑体辐射光谱极大值对应的波长(λmax) 与其本身温度(T) 的乘积为一常数。
大气科学概论
§1.1 辐射的定义
地球和太阳的辐射
§1.1 辐射的定义
大气科学概论
辐射能是能量的一种形式，物质以电磁波的形式放射的 能量，称为辐射能，而这种能量传播方式称为辐射。
§1.2 辐射的传播—电磁波
1、传播速度：3×108m/s 2、波长范围：10-16m—103m λ： 宇宙射线＜ γ射线＜X射线＜紫外线＜可见光＜红外线（＜微
§1.3 黑体与灰体(2)
大气科学概论
黑体：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部 吸收的物体称为绝对黑体。故有：
A=1,R=Т =0 若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为相对黑体。
灰体：A小于1且不随波长而变化的物体。 若物体不透明,则透射率Т=０ ，吸收率A=1-R。
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
大气科学概论
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
RQ0
大气科学概论
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
R2Q0
RQ0
大气科学概论
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
实验室黑体:
R2Q0
大气科学概论
RnQ0 Q0
RQ0 吸收率1-Rn
§1.3 黑体与灰体(4)
分光辐出度、积分辐出度的概念。
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
大气科学概论
§2 辐射平衡的基本规律
§2.1 辐射平衡 §2.2 基尔霍夫定律 §2.3 普朗克定律 §2.4 玻尔兹曼定律 §2.5 维恩定律
2、大气吸收光谱
CO2 大于2m的红外区：
较强中心： 2.7m、4.3m 、15m（图） 对长波辐射，以15m最重要
吸收 气体 H2O
O2
O3
CO2
吸收光谱
对辐射的作用
使我们有可以通过研究黑体的辐射来了解一般物体的辐 射。而对于黑体的研究，无论从理论上还是实验上都比 较简单。
§2.3 普朗克定律
绝对黑体辐射率仅是波长和温度的函数，单位为W·m-2·μm-1。
E(,T)c1
c2
(eT
1)1
5
第一辐射常数C1=3.7427×108W·μm4·m-2
第二辐射常数C2= 14388μm·K
虚线是温度在6,000K时的 黑体辐射光谱。
§3.1 太阳辐射及日地关系(4)
4、太阳常数：当地球位于日地平均距离处，与日光垂直平面 上的太阳辐照度。
s013 67W 7m 2
Average Solar Radiation on a Sphere
§3.1 习题（1）
大气科学概论
1、概念:太阳常数 2、试从日地关系解释地球上季节变化的原因。 3 * 、已知太阳常数为 1367 Wm2 ，请计算（1）
§3.2.1大气对辐射的吸收 §3.2.2大气对太阳辐射的散射
§3.2.1大气对辐射的吸收
大气科学概论
1、选择性吸收 短波辐射：主要是水汽，其次是氧、臭氧，而 CO2吸收 不多； 长波辐射：主要是水汽，其次是CO2和臭氧。
2、大气吸收光谱：
2、大气吸收光谱
H2O 吸收约20%的太阳能量 几乎覆盖长波辐射整个波段 6.3m振动带
F：积分辐出度，表示
Fλ
单位时间通过单位面积
全部波长的总辐射能。
λ dλ
大气科学概论
已知F可计算空间某一面积A上的辐射通量Φ。
dFdA FdA
A
若 FC ，则辐射通量 FA
§1 复习题
大气科学概论
1、什么是黑体和灰体？黑体与黑色物体有何区别？ 2、辐射通量、辐射通量密度、辐出度、辐照度、
§1.3 黑体与灰体(1)
Q0QaQrQ t
Q0
Qr
Qa
1Qa Qr Qt Q0 Q0 Q0
Qt
吸收率 反射率 透射率
AR1
大气科学概论
水分含量对玉米叶子反射率的影响
不同土壤的反射波谱曲线
大气科学概论
大气科学概论
各种地表对太阳辐射的反射率（%）
地表 森林 田地（绿色） 田地（已开垦的干地） 草地 裸地
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
大气科学概论
大气科学概论
§3 太阳辐射及其在大气中的衰减
§3.1 太阳辐射及日地关系 §3.2 大气对辐射的衰减
太阳表面的辐射出射度；（2）全太阳表面的辐 射通量；（3）整个地球得到的太阳辐射通量占 太阳发射辐射通量的份数。
§3.1 习题（2）
大气科学概论
4 * 、设大气上界太阳直接辐射在近日点时为S1，
在远日点时为S2，求其相对变化值
s1
s1
s2。
5 * 、设太阳表面为5800K的黑体，地球大气上界
表面为300K的黑体，在日地平均距离时，求大气
可见光波长范围
色彩名称 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
波长范围 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米
§1.2 辐射的传播—电磁波
大气科学概论
3、大气科学研究对象：太阳短波辐射、地球和大气长波辐射
§3.1 太阳辐射及日地关系(3)
大气科学概论
大气科学概论
§3.1 太阳辐射及日地关系(4)
3、太阳辐射光谱： 太阳辐射光谱～6000K的黑体光谱，其中可见光50%，红外 43%，紫外7%，绝大部分能量集中于0.15～4μm，故太阳辐 射也称为短波辐射。
图中：实线是大气上界 的太阳辐射光谱；
沙地
反射率 3～10 3～15 20～25 15～30 7～20
15～25
地表 雪地（新雪） 雪地（陈雪）
冰 水面hθ＞40° 水面hθ=5～30°
反射率
80 50～70 50～70
2～4 6～40
以上图表可以说明什么？
大气科学概论
物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长 和物体的性质而改变。
=6.96×105Km， d0 =1.496×108Km) 2 * 、一不透明物体的辐射通量密度为1396.5W·m-2 ，
反射率为0.3，试求其温度为多少摄氏度?
§2 习题
大气科学概论
3*、一个物体的温度为300℃ ，其最大辐射能量所 对应的波长为多少？
4、试列出平衡辐射四大定律，并简述其含义。
max
b T
（ b=2897.8μm·K） 颜色温度Tc：由光谱测定物体温度。
卫星在火灾监测中的应用
小 结：普朗克定律给出绝对黑体的分光辐出度与波长、温
度的关系，从而绘出黑体辐射光谱曲线，而Wien位移定律描 述了曲线中辐射能力最强对应的波长与温度的关系，StefanBoltzmann Law则描述了黑体积分辐射能力与温度的四次方 成正比，基尔霍夫定律把任何物体和绝对黑体联系起来。
dQ dt
2、辐射通量密度F：单位面积的辐射通量，或是单位面积 单位时间内通过的辐射能，单位为W·m-2
Fd dQ dA dAdt
Fd dQ dA dAdt
辐照度
辐出度
辐射光谱
大气科学概论
Fλ：分光辐射出射度或者叫单色辐射通量密度，指物体温 度为 T 时，单位时间内从单位表面发出的波长在dλ附 近单位波长间隔内的电磁波能量，它表示热辐射能量按 波长的分布。
2、大气吸收光谱
2、大气吸收光谱
O3 强吸收在的紫外区：
哈特来（Hartley）带—最强 哈金斯（Huggins）带—较弱 可见光区：查普尤（Chappuis）带—较弱 O3层吸收太阳辐射的2%—平流层温度高的原因（图） 红外区： 4.7m、9.6m 、14.1m较强吸收带
2、大气吸收光谱
Planck function
Wien’s Law Stefan-Boltzman law
§2 习题
大气科学概论
1
*
、已知太阳辐射的辐出度
s
s0
(
d
2 0
rs2
)
，其中
s0
为太阳常数，d0为日地平均距离，rs为太阳半径，
太阳光谱中最强波长为0.48 μm，试求太阳的有效
温度Te和颜色温度Tc。 (σ=5.6696×10-8 W·m-2·K-4， s 0=1367W·m-2 ， rs
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡