大气对太阳辐射吸收与散射
地球大气上界太阳辐射的分布规律及原因
地球大气上界太阳辐射的分布规律及原因地球大气上界太阳辐射的分布规律及原因地球大气上界太阳辐射是太阳辐射通过大气层穿过到达地表的辐射。
它是一种重要的热量输送方式，可以改变气候状况，并影响地表物质的结构及流动。
本文将对其分布规律及原因作出详细说明。
太阳辐射是由太阳发出的光线和热辐射构成的，主要有可见光和紫外线两部分组成，而紫外线又可分为近紫外线、中紫外线、远紫外线三部分。
太阳辐射穿过大气层时，会受到大气层中的气体种类、大气层厚度及大气层温度等因素的影响，从而产生不同的穿透率，使太阳辐射的分布呈现出一定的规律性。
太阳辐射的分布规律如下：1.光谱分布：太阳辐射的光谱分布主要为可见光和紫外线，其中可见光占主要部分，紫外线则占次要部分。
2.穿透率分布：太阳辐射的穿透率随波长的增加而逐渐减小，穿透率最大的波长为0∙4μm,穿透率最小的波长为IOUnb大气中间波长处的穿透率最小。
3.大气层分布：太阳辐射的大气层分布随着大气层深度的增加而减小，大气层的下界处的太阳辐射穿透率最小，大气层的上界处的太阳辐射穿透率最大。
太阳辐射的分布规律主要是由于大气层的存在所导致的，主要有以下三个原因：1.气体吸收效应：由于大气中含有水汽、二氧化碳、硫化物等气体，它们会吸收入射光的能量，从而降低太阳辐射的穿透率，也就是造成太阳辐射的穿透率随着大气层深度的增加而减小。
2.散射效应：大气中气体会反射一些太阳辐射，使它们不能穿透到地表，从而降低太阳辐射的穿透率，也就是造成太阳辐射的穿透率随着大气层深度的增加而减小。
3.透过效应：大气中气体会吸收一些太阳辐射，使它们不能穿透到地表，从而降低太阳辐射的穿透率，也就是造成太阳辐射的穿透率随着大气层深度的增加而减小。
以上就是关于“地球大气上界太阳辐射的分布规律及原因”的详细说明，由此可见，太阳辐射的分布规律主要是由于大气层的存在所导致的，其中气体的吸收、散射以及透过等原因都可以影响太阳辐射的穿透率，从而影响其分布情况。
大气对太阳辐射吸收与散射
光学质量optical mass
• 辐射束沿传输路径在单位截面气柱内所吸收 或散射的气体质量u
• 一般光学厚度可以写成
P k k0, ( P0
T0 )n T
(P P0
T0 )n 订正因子 T
n与气体成分和波长有关，当
P0=1000hPa,T0=300K,可取n=1/2.
如果k0,不随L而变，则
L
•实际应用中,做一些合理假定,得出各种 光谱对应的吸收率公式.
a,太阳和地球的黑体辐射,b 整层大气的吸收谱,c,11km以上 大气吸收谱,d,整层大气中不同气体成分的吸收谱
紫外波段的主要吸收气体是：氧气、臭氧。
平流层臭氧能吸收掉30%太阳紫外辐射，全 部太阳辐射能的2%。氧气和臭氧几乎能吸收 掉0.3µm以下的全部太阳紫外辐射,地面基本 观测不到该波段辐射.
电磁波谱
转动光谱，波长较长， Q 较小；电子能级跃迁所对应 的光谱在可见光和紫外区，电子能级跃迁的 Q 大。
原子辐射 (发射紫外和可见光)
• 每个原子可具有许多运动状态，每个运 动态有确定的能量值，每个能量值称为 能级。
• 原子能量从一个状态变到另一个状态， 有能级跃迁。
• 能级间距的大小决定了发射或吸收谱线 的位置.
F,l
F,0e
F ek0,u ,0
当δ=1单位光学厚度时,辐射能削减 为原值的1/e.
指数削弱规律是研究太阳直接辐射 削弱的基础。
2 大气对太阳辐射的散射
• 散射:散射不发生能量交换. 散射是指每一个散射分子 或散射质点将入射辐射重 新向各方辐射出去的一种 现象.
• 大气向上射向太空的散射 就是大气对太阳辐射的反 射.天空任何角度射向地面 观测者的散射就是蓝色的 天空辐射.
大气吸收作用
大气吸收作用
大气吸收作用是指太阳辐射穿过大气时受到多种大气成分的吸收，从而导致辐射能量的衰减。
在紫外、红外及微波波段，大气吸收是引起电磁辐射能量衰减的主要原因。
臭氧、二氧化碳和水汽是三种最主要的吸收太阳辐射能量的大气成分。
瑞利散射的强度与波长的四次方成反比，波长越短散射越强。
当大气粒子的直径约等于入射波长时，出现米氏散射。
米氏散射是由大气中的尘埃、花粉、烟雾、水汽等气溶胶引起的，与瑞利散射相比，这种散射通常会影响比可见光更长的红外线波段。
当大气粒子的直径远大于入射波长时，出现无选择性散射。
大气中的水滴、大的尘埃粒子所引起的散射多属无选择性散射。
辐射指的是由场源发出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后不再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。
自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度（-273.15摄氏度）以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。
辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。
物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。
辐射按伦琴 /小时(R)计算。
辐射有一个重要特点，就是它是“对等的”。
不论物体（气体）温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同
时乙也可向甲辐射。
一般普遍将这个名词用在电离辐射。
辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。
大气对太阳辐射的削弱作用体现在哪些方面
大气对太阳辐射的削弱作用体现在以下几方面。
工具/原料
太阳
大气
方法/步骤
1. 1
总体上大气通过吸收反射和散射三种途径削弱太阳辐射。
2. 2
吸收作用：大气平流层中的臭氧（O3）吸收太阳辐射里的紫外线（uv），而对流层里面的大量水气和二氧化碳CO2吸收太阳辐射中红外线。
大气吸收占比约19%。
3. 3
反射作用：通过云层反射削弱，云层越厚则反射越强烈。
此外，在地面也会被地面、水面、叶面等反射损失。
4. 4
散射作用：空中弥散大量微小尘埃和空气分子选择性吸收可见光中的蓝紫光。
较大颗粒的尘埃通过无选择散射削弱太阳辐射。
上述反射和散射贡献占比约34%。
5. 5
地面吸收太阳辐射，占比大概47%。
END
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大气对太阳辐射的散射
大气对太阳辐射的散射
大气对太阳辐射有两种主要的散射方式：雷利散射和密歇散射。
1. 雷利散射：当太阳辐射通过大气层时，与气体分子的尺寸相比较小的波长的光会发生雷利散射。
这种散射是非选择性的，即不受波长的影响。
雷利散射使得太阳光中的一部分能量散射到周围的各个方向，包括散射到地球表面上。
2. 密歇散射：相较于雷利散射，密歇散射是指太阳辐射与大气层中的气溶胶或云滴等较大的悬浮物质相互作用后发生的散射。
这种散射与波长有关，在可见光范围内，蓝光的波长较短，因此相对于其他波长的光，蓝光更容易被散射。
这就是为什么天空呈现出蓝色的原因。
由于密歇散射会将太阳光中的一部分能量散射到各个方向，这也会导致太阳在公认的位置附近产生光晕和彩虹等现象。
总体来说，大气层中的散射会导致太阳辐射的一部分能量在任意方向上进行散射，这就是为什么我们能够感受到来自各个方向的太阳辐射。
同样地，散射也会使得地球表面接收到来自不同角度的太阳辐射，从而影响地球的能量平衡和气候。
影响太阳辐射强弱的因素分析
影响太阳辐射强弱的因素分析JGSLJZ【知识归纳】太阳辐射强度是指到达地面的太阳辐射的强弱。
大气对太阳辐射的吸收、反射、散射作用，大大削弱了到达地面的太阳辐射。
但尚有诸多因素影响太阳辐射的强弱，使到达不同地区的太阳辐射的多少不同。
影响太阳辐射强弱的因素主要有以下四个因素。
1．纬度位置纬度低则正午太阳高度角大，太阳辐射经过大气的路程短，被大气削弱得少，到达地面的太阳辐射就多；反之，则少。
这是太阳辐射从低纬向高纬递减的主要原因。
2．天气状况晴朗的天气，由于云层少且薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；阴雨的天气，由于云层厚且多，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射就弱。
如赤道地区被赤道低压带控制，多对流雨，而副热带地区被副高控制，多晴朗天气，所以赤道地区的太阳辐射要弱于副热带地区。
3．海拔高低海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。
如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。
如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。
4．日照长短日照时间长，获得太阳辐射强；日照时间短，获得太阳辐射弱。
如我国夏季南北普遍高温，温差不大，是因为纬度越高的地区，白昼时间长，弥补了因太阳高度角低损失的能量。
【典例精析】1.读“太阳辐射光谱示意图”，下列因素中与A区（大气上界太阳辐射与地球表面太阳辐射差值）多少无关的是（）A．云层的厚薄B．大气污染程度C．大气密度D．气温【解析】云层的厚薄、大气污染程度以及大气密度都会影响大气透明度进而影响到达地面的太阳辐射的多少。
【答案】D2.辐射差额是指在某一段时间内物体能量收支的差值。
读“不同纬度辐射差额的变化示意图”，若只考虑纬度因素，则a、b、c三地纬度由高到低的排列顺序为（）A．abc B．bca C．cba D．bac【解析】由于太阳辐射从低纬向两极递减，因此纬度越高辐射差额为正值的数值越小，时间越短。
影响地面辐射的因素
影响地面辐射的因素
影响地面辐射的因素有：
1. 太阳活动：太阳辐射是地球辐射的主要来源。
太阳活动的变化，如太阳黑子的数量、太阳耀斑、太阳风等，都会对地球辐射产生影响。
2. 大气层的透明性：大气层对太阳辐射的吸收和散射会影响到地面接收到的辐射量。
例如，在雾、云层和空气污染重的地区，太阳辐射会被阻挡或散射，从而减少地面辐射。
3. 地面的反射和吸收能力：地表的不同材料具有不同的反射和吸收特性，会影响地面辐射的分布。
例如，水体和草地对太阳辐射的吸收较高，而沙漠和冰雪覆盖的地区则对太阳辐射的反射较高。
4. 地理位置和季节：地理位置和季节也会影响地面辐射的强度和分布。
赤道地区接收到的太阳辐射相对较大，而极地地区则相对较小。
同时，夏季地面辐射多于冬季，因为夏季太阳高度较大，太阳直射地面的角度更大。
5. 大气温度和湿度：大气温度和湿度对地面辐射的分布也起着重要影响。
较高的大气温度会增加大气中的水蒸气含量，从而增加大气对短波辐射的吸收。
此外，大气中水蒸气的含量也会影响到地面辐射的长波辐射损失。
6. 云量和云类型：云层的存在会对地面辐射产生显著影响。
云
层可以阻挡太阳辐射，并增加大气对地面辐射的散射。
不同类型的云层会对辐射的散射和吸收产生不同影响，如白云对太阳辐射的反射较高，而层云则对长波辐射的吸收较高。
总的来说，地面辐射受到太阳活动、大气透明性、地表特性、地理位置和季节、大气温度和湿度、以及云量和云类型等多个因素的综合影响。
大气颗粒物对全球辐射平衡的影响分析
大气颗粒物对全球辐射平衡的影响分析大气颗粒物，也被称为气溶胶，是指在大气中悬浮的微小颗粒状物质，包括尘埃、烟雾、水蒸气和化学气体等。
这些颗粒物对全球辐射平衡产生了深远的影响，对气候变化和生态系统健康起到举足轻重的作用。
首先，大气颗粒物通过散射和吸收太阳辐射，直接影响着地球表面的能量分布。
当太阳辐射进入大气层时，颗粒物会发生散射，一部分光线会被散射到不同的方向，使得地球表面接收到的太阳辐射减少。
此外，大气颗粒物还能吸收一部分太阳辐射，将其转化为热能。
这些过程导致地球表面接收到的太阳辐射减少，进而影响气温分布和能量循环。
其次，大气颗粒物通过影响云的形成和特性，进一步改变了全球辐射平衡。
云是大气中的水蒸气凝结所形成的液态或固态水微滴，是大气中的重要辐射调节器。
大气颗粒物可以作为云凝结核，促进云的形成。
云中的水滴和冰晶可以散射和吸收太阳辐射，同时也能散射和吸收地球辐射。
因此，大气颗粒物对云的种类、云滴大小以及云的变化都有着重要的影响。
这进一步改变了云对辐射的反射和吸收作用，对全球辐射平衡产生了重要的影响。
此外，大气颗粒物还会影响地球辐射平衡的时空分布。
大气颗粒物不仅存在于地表附近，还存在于高层大气中，甚至分布在全球范围内。
不同颗粒物的分布和浓度会导致地球各个地区的辐射平衡存在差异。
例如，工业化地区的大气颗粒物浓度较高，会导致太阳辐射的散射和吸收增强，进而降低地表的辐射接收。
这会影响温室效应和地球能量平衡，进而对地球气候产生深远的影响。
最后，大气颗粒物对全球辐射平衡的影响还涉及气溶胶的光学性质。
不同化学成分和粒径的颗粒物对光的散射和吸收具有不同的特性。
例如，硫酸盐气溶胶主要表现为吸收性，而有机碳气溶胶则更容易发生散射。
这些气溶胶的光学特性会影响辐射的传输和反射，进而改变全球辐射平衡。
了解这些特性不仅对预测和模拟气候变化具有重要意义，还有助于制定适当的环境保护政策。
综上所述，大气颗粒物对全球辐射平衡有着重要的影响。
大气对太阳的削弱作用
大气对太阳的削弱作用
太阳是地球上最重要的能源来源，它的能量支撑着地球上的生命活动。
然而，太阳的能量并不是完全到达地球表面的，大气层对太阳的辐射有着很大的削弱作用。
大气层是由气体、水汽和微粒组成的，它们对太阳辐射的吸收、散射和反射都会影响太阳能量的到达地球表面。
其中，大气层对太阳辐射的吸收是最主要的因素。
大气层中的气体和水汽能够吸收太阳辐射中的一部分能量，这些能量被吸收后会被转化为热能，从而使大气层温度升高。
这种吸收作用对太阳辐射的削弱作用非常显著，约有30%的太阳辐射被大气层吸收。
除了吸收作用，大气层还会对太阳辐射进行散射和反射。
大气层中的微粒和气体会将太阳辐射散射到各个方向，这种散射作用会使太阳辐射的强度变弱。
此外，大气层中的云层也会反射太阳辐射，这种反射作用同样会使太阳辐射的强度变弱。
大气层对太阳辐射的削弱作用对地球上的生命活动有着重要的影响。
太阳辐射的强度和分布对地球上的气候、水循环、植被生长等都有着重要的影响。
大气层的存在使得太阳辐射的强度和分布变得更加复杂，这也使得地球上的生态系统变得更加复杂和多样化。
大气层对太阳的削弱作用是不可避免的，它使得太阳辐射的强度和分布变得更加复杂，同时也对地球上的生态系统产生了重要的影响。
我们需要更加深入地研究大气层对太阳辐射的影响，以便更好地理解地球上的生态系统和气候变化。
太阳辐射、地面辐射、大气辐射影响因素和变化规律
太阳辐射、地面辐射、大气辐射影响因素和变化规律1.引言1.1 概述太阳辐射、地面辐射和大气辐射是地球上能量交换的重要组成部分，在地球气候系统中起着至关重要的作用。
太阳辐射是地球接收的主要能量来源，地面辐射是地表向大气传播的能量，而大气辐射是大气中各层之间相互传递能量的过程。
这三种辐射的影响因素和变化规律对于了解气候变化以及预测未来气候变化具有重要意义。
通过研究太阳辐射的影响因素和变化规律，可以揭示太阳活动对地球气候的影响，从而更好地理解和预测气候变化的趋势。
地面辐射的影响因素和变化规律则与地表特性、地形等因素密切相关，对于研究地表能量交换、气候变异和生态系统影响具有重要意义。
大气辐射在大气层间的传递和吸收过程中发挥着重要的作用，影响着大气的能量分布和温度分布，研究其影响因素和变化规律有助于深入理解大气运动和气候系统的相互作用。
本文将重点探讨太阳辐射、地面辐射和大气辐射的影响因素和变化规律。
首先，我们将介绍太阳辐射的影响因素，包括太阳能量的辐射强度、太阳辐射的入射角度和大气层对太阳辐射的吸收和散射等因素。
其次，我们将研究地面辐射的影响因素，包括地表特性、地形、云量和大气成分等因素。
最后，我们将探讨大气辐射的影响因素，包括大气温度、湿度、云量和气体浓度等因素。
通过对这些影响因素的深入研究，我们可以更好地理解太阳辐射、地面辐射和大气辐射之间的相互作用以及它们对气候变化的贡献。
这将为我们提供更准确的气候预测和更有效的气候变化适应措施提供重要参考。
在文章的后续部分，我们将详细讨论这些影响因素的变化规律，并对其对气候变化的潜在影响进行分析。
最后，我们将总结研究结果并展望未来的研究方向，以进一步提升对辐射影响因素和变化规律的认知。
1.2 文章结构文章结构本文将从三个方面介绍太阳辐射、地面辐射和大气辐射的影响因素和变化规律。
首先，在引言部分概述了本文的主题，并给出了文章结构和目的。
接着，正文部分将分为三个小节，分别详细讨论太阳辐射、地面辐射和大气辐射的影响因素和变化规律。
大气对太阳的削弱作用
大气对太阳的削弱作用
大气对太阳的削弱作用
一、大气的主要成分
大气是由水蒸气、二氧化碳、氮气、氧气和其他气态物质组成的，它的作用是通过对太阳的辐射进行削弱，从而保护地球免受太阳的损害。
二、大气的削弱作用
1、吸收辐射
这可以由大气中的水蒸气、二氧化碳和氮气进行，这些物质可以吸收太阳的热量，使地球受到的温度低于太阳本身的温度，从而使地球的表面不受到严重的热量损害。
2、散射辐射
由于大气中的水蒸气、二氧化碳等物质的存在，太阳的辐射可以被散射，大气内的空气湿度也增加，使太阳的辐射变得更加柔和，这种作用可以有效减少太阳辐射对地球表面的热量损害。
三、大气的作用
大气对人类来说具有重要的意义，它不仅可以作为一种保护环境的屏障，而且可以把太阳的热量转换为地球的能量，增强地球气候系统的稳定性。
因此，大气对于地球的生活和气候系统都至关重要，人类应该努力保护大气，以确保地球的稳定和和谐。
- 1 -。
大气对太阳辐射的作用
大气对太阳辐射的作用
大气对太阳辐射的作用主要体现在以下几个方面：
1. 散射：大气中的气体和颗粒物质会散射太阳辐射。
散射作用会使一部分太阳辐射改变方向，从而使地面上的辐射分布更加均匀。
2. 吸收：大气中的一些分子和组分对太阳辐射中的一部分能量有吸收作用。
尤其是水蒸气、二氧化碳（CO2）和臭氧（O3）等温室气体对辐射吸收具有重要作用，形成地球的温室效应，使地球的表面温暖。
3. 透过：大气对太阳辐射中的一部分能量是透过的，直接照射到地面上。
这部分透过的辐射对地面上的生物和环境有直接影响，如提供光能供植物光合作用。
总体来说，大气对太阳辐射的作用使得地球上不同地区的辐射量和分布具有差异，对地球的气候和气象现象有重要影响。
太阳辐射变化
太阳辐射变化
太阳辐射是太阳能释放到太空中的能量，它可以通过不同的因素而发生变化。
以下是太阳辐射可能发生变化的几个因素：
1. 太阳活动周期：太阳活动具有大约11年的周期，其中太阳黑子的数量和大小会发生变化。
在太阳活动高峰期，太阳黑子的数量较多，太阳辐射也较强。
而在太阳活动低谷期，太阳黑子的数量较少，太阳辐射也较弱。
2. 大气层吸收：大气层对太阳辐射具有不同的吸收能力，不同波长的太阳辐射在大气层中会被吸收或散射。
例如，紫外线辐射容易被臭氧层吸收，而可见光和红外线辐射则较少被吸收。
3. 气候变化：气候变化可能会对太阳辐射产生影响。
例如，大规模的云层覆盖会阻碍太阳辐射到达地球表面，导致辐射量减少。
此外，气候变化还可能导致地球表面的反射率发生变化，从而影响太阳辐射的强度。
4. 地球轨道参数：地球的轨道参数也会对太阳辐射产生一定的影响。
地球的轨道是椭圆形的，因此地球距离太阳的距离会发生变化。
当地球离太阳较近时，太阳辐射会较强；而当地球离太阳较远时，太阳辐射会较弱。
这些因素的变化都可能导致太阳辐射的变化。
科学家们通过观测和研究这些因素来了解太阳辐射的变化情况，并对其对地球气候和环境的影响进行评估。
第三章：太阳辐射在大气中的吸收和散射3
e dz'
z
（3.4.4）
• 方程（3.4.2）可改写为： dI ( ; , ) I ( ; , ) J ( ; , ) （3.4.5） d • 式中源函数为
• 由此可见主导漫射强度传输的基本参数是消光系数（或 光学厚度）、单散射反照率，以及相函数。
21
（3.5.1a）
大气遥感
• 由于吸收作用，净通量密度由高层项低层逐渐 减小。于是，净通量密度的损耗，即微分层净 通量密度的散度为 • ΔF(z) = F(z) F( z + Δz ) （3.5.1b）
因为能量守恒，吸收的辐射能必定用于加热该层。 因此，由于辐射传输而得到的加热，按照温度 变化率来表达： ΔF(z) = Cp Δz
P I • 式中： 0 是入射强度； () 是相函数； eff 是散射发生的
有效立体角；r 是粒子和观测者之间的距离； s 是 散射截面；4 是整个球体空间的立体角。
4
大气遥感
• 散射截面σs可由球体光散射的洛伦茨-米散射理 论导出，可以写成下列展开式： • σs /a2 = Qs = c1 x4 (1 + c2 x2 + c3 x4 + … ) • 式中a是半径； Qs 称为散射效率, x 2a / • 粒子在无吸收情况下的系数
4 2
2
5
大气遥感
几何光学
• sinθi /sinθt = υ1/υ2 = m m是第二种介质相对于第一种介质的折射率。 • 按照遥感平台分：地面遥感（地基雷达） 、航 空、航天（卫星） 、航宇遥感。
– 地基遥感：要考虑地球-大气曲率及大气折射 – 航天遥感：视大气为平面平行大气。从这个理论角 度看，地基探测要复杂一些。
大气对太阳辐射的影响
大气对太阳辐射的影响
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呢？
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。
影响太阳辐射强弱的因素分析分析
影响太阳辐射强弱的因素分析JGSLJZ【知识归纳】太阳辐射强度是指到达地面的太阳辐射的强弱。
大气对太阳辐射的吸收、反射、散射作用，大大削弱了到达地面的太阳辐射。
但尚有诸多因素影响太阳辐射的强弱，使到达不同地区的太阳辐射的多少不同。
影响太阳辐射强弱的因素主要有以下四个因素。
1．纬度位置纬度低则正午太阳高度角大，太阳辐射经过大气的路程短，被大气削弱得少，到达地面的太阳辐射就多；反之，则少。
这是太阳辐射从低纬向高纬递减的主要原因。
2．天气状况晴朗的天气，由于云层少且薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；阴雨的天气，由于云层厚且多，大气对太阳辐射的削弱作用强，到达地面的太阳辐射就弱。
如赤道地区被赤道低压带控制，多对流雨，而副热带地区被副高控制，多晴朗天气，所以赤道地区的太阳辐射要弱于副热带地区。
3．海拔高低海拔高，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，到达地面的太阳辐射就强；反之，则弱。
如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。
如青藏高原成为我国太阳辐射最强的地区，主要就是这个原因。
4．日照长短日照时间长，获得太阳辐射强；日照时间短，获得太阳辐射弱。
如我国夏季南北普遍高温，温差不大，是因为纬度越高的地区，白昼时间长，弥补了因太阳高度角低损失的能量。
【典例精析】1.读“太阳辐射光谱示意图”，下列因素中与A区（大气上界太阳辐射与地球表面太阳辐射差值）多少无关的是（）A．云层的厚薄B．大气污染程度C．大气密度D．气温【解析】云层的厚薄、大气污染程度以及大气密度都会影响大气透明度进而影响到达地面的太阳辐射的多少。
【答案】D2.辐射差额是指在某一段时间内物体能量收支的差值。
读“不同纬度辐射差额的变化示意图”，若只考虑纬度因素，则a、b、c三地纬度由高到低的排列顺序为（）A．abc B．bca C．cba D．bac【解析】由于太阳辐射从低纬向两极递减，因此纬度越高辐射差额为正值的数值越小，时间越短。
大气相对湿度对太阳辐射吸收和散射的影响
大气相对湿度对太阳辐射吸收和散射的影响太阳辐射是地球上一切生物生存的重要能源之一。
然而，大气相对湿度对太阳辐射的吸收和散射有着重要而复杂的影响。
理解这种影响，对于我们更好地理解气候变化以及相关的环境问题至关重要。
首先，我们需要了解大气相对湿度的概念。
大气相对湿度是指空气中所含水蒸气的含量相对于该温度下的饱和含量的百分比。
在不同的天气条件下，大气相对湿度的值会有所不同。
较高的大气相对湿度表示空气中所含水蒸气的含量相对较高，而较低的大气相对湿度则表示空气中所含水蒸气的含量相对较低。
当太阳辐射经过大气层时，大气相对湿度对其吸收和散射产生重要影响。
首先，大气中的水蒸气是一个强大的吸收剂。
当大气中的相对湿度增加时，水蒸气的含量增加，从而增加了大气对太阳辐射的吸收。
这意味着较高的大气相对湿度会减少太阳辐射到达地表的数量，导致地表得到的能量较少。
其次，大气相对湿度还会影响太阳辐射的散射。
散射是指太阳辐射在大气分子和空气微粒上的碰撞后的随机分散。
大气中的水蒸气和气溶胶是太阳辐射的散射源。
当大气中的相对湿度增加时，水蒸气的含量增加，同时会导致气溶胶的增加。
这些气溶胶和水蒸气会散射太阳辐射，将其中的一部分能量分散到大气中。
因此，较高的大气相对湿度意味着更多的太阳辐射被散射，从而减少了太阳辐射到达地表的数量。
此外，大气相对湿度还对太阳辐射的传输和扩散产生影响。
大气中的水蒸气具有光学厚度，这意味着水蒸气能够吸收特定波长的太阳辐射，从而减弱了太阳辐射的穿透能力。
因此，较高的大气相对湿度会增加水蒸气的光学厚度，并降低太阳辐射到地表的能量。
此外，大气中的水蒸气还会引起光的散射，使得太阳辐射在大气中扩散，从而减弱了太阳辐射的强度。
综上所述，大气相对湿度是影响太阳辐射吸收和散射的重要因素。
较高的大气相对湿度会增加对太阳辐射的吸收和散射，从而减少太阳辐射到达地表的数量。
因此，研究大气相对湿度的变化对于我们更好地了解气候变化以及相关的环境问题具有重要意义。
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标准状态下
整层瑞利散 R,(0) 0.00824 或
射系数:
R,(0) 0.00884.05
对于可见光中的绿色光=0.52m,则 δR,(0)=0.112。所以对于绿光，整层大 气的垂直透射率为 F e0.1120.894
F,0
这表明可见光的透明度是很大的.
如果地面气压为P,则其垂直光学厚度
δR,为
8 34N 3 (n21)2
• 对空气而言，在标准状态下， N正 正0比比=2，，.68所有3以1N019正/cm比3,于而N且，知而道N（又n与-1密)与度N成成
N0 0
00为时标的0准削为状弱常态系数下数。的和空气0，密有度。空气密0度, 为0 ，
• 当 则在表单示位单面位积容的积光的柱散中射，削经弱过系dl后数，时平，行 辐射（太阳直接辐射）散射削弱为
很多气体的吸收谱线已经编成程序 -----LOWTRAN
大气吸收光谱
大气中含量最多的是N2和O2，由于是对称的电 荷分布，没有振动或转动谱，它们的吸收谱由 电子跃迁造成，因而位于紫外和可见光区。 吸收太阳短波辐射的主要气体：氧气、臭氧。
吸收太阳红外辐射的主要气体：水。（P77 表）。 大气对太阳辐射的吸收有明显的选择性。吸收 带都位于太阳辐射光谱两端能量较小区域。
散射辐射(次生电磁波)波长与原始波相同, 与原始波有固定位相关系.
•非均匀介质中，次生电磁波波位相不规则。 传播方向会改变,使原传输方向的辐射能衰 减,发生散射. •散射质点大小对波长是有选择性的。 •引进尺度α=2r/, r为散射质点半径.
• Rayleigh 散射（1871年）,α<0.1 (r<<), 无方向 性
散射截面 s
• 单个散射质点向整个空间的总散射辐 射通量与入射辐射通量密度之比。
F,ssFr2d020Fr2sinddF,0132845a2F,0s
s 132845a2F F,,0 s
F,s单位是W,F,0单位是W/m2,因此s 具有面积的量纲,称为散射截面.
• 散射截面表示一个粒子的散射能力,其值 代表入射辐射的能量由于一次散射在入 射方向上移去的量，被移去的能量以散 射元为中心向四面八方散射。
对于水滴(云雾雨滴), Q(α)近似曲线形式如 图5.10,P80
• 当α增大时,Q值趋近于常数2,不再与波长 的4次方成反比.α越大，近乎与波长无 关．
a. 当θ=0° 和θ=180° 时，F值最大。即前向和后
向散射辐射最强，且二者数值相等。
b. 当θ=90° 和θ=270° 时，F值最小。即垂直于入
射辐射方向的平面内的散射最弱，只有前、后 向散射的一半。
c. 散射辐射通量密度与波长的四次方成反比，因 此由于分子散射导致的短波辐射衰减特别强。
天空是蓝色的？ 日出日落时的太阳是红色的？
R,
P P0
R,(0)
有可能计算整层大气任何角度的光学 厚度值，从而计算任何角度入射的 太阳直接辐射。
大气中瑞利散射总是存在的。 大气分子对可见光、地球辐射的散射都 属于瑞利散射，但对后者的散射太小了， 可以忽略不记——波长增加10倍，散射 缩小104倍。
太阳光经过Rayleigh 散射后，衰减10% 左右。
•大气中各种成分的吸收能力,理论上可 用吸收系数k来定量确定.
•但在红外波段,水汽及CO2等重要吸收物 质的k随波长变化极大,吸收带是由许多 谱线叠加而成.
•往往在一个小测量波段内，就有许多条 谱线，很难测准单一波长的吸收系数.
•实际应用中,做一些合理假定,得出各种 光谱对应的吸收率公式.
a,太阳和地球的黑体辐射,b 整层大气的吸收谱,c,11km以上 大气吸收谱,d,整层大气中不同气体成分的吸收谱
辐F 射通F 量,密0(2 度F)4a r2 2(1c2o2s)
a=(3/4N)*(n2-1)/(n2+2),
F ,0 入射辐射通量密度 F 某方向散射辐射通量密度 n 空气分子折射率,约等于１.0003 r 观测地距分子的距离
N为单位体积中分子数,为入射辐射与散射 辐射之间的夹角,称为散射角
FF,0(2)4a r2 2(1c2o2s)
• 产生原因：
• 自然增宽
测不准原理
• 压力增宽
碰撞增宽
• 多普勒增宽
辐射源和观测接收
装置之间有相对运动。
谱线线型函数
线型函数是描述一条谱线的吸收系数随波 数（或波长、频率）变化的函数。
• 自然增宽型 • 压力增宽——Lorenz 型 • Doppler 型 • 混合型——Voigot 型
自然增宽型和Lorenz 型
• Mie 散射 (1908年),0.1<α<50, 前向散射 • α>50(r>>)属于几何光学范围
1) Rayleigh 散射
尺度数
2r
• 辐射波长
• 球形粒子半径 r
α<0.1(r<<) 大气分子 对可见光的散射
104102m
101 m
尘埃质点(0.1m)对地球辐射(10m)
按照Maxwell电磁理论在距离为r处的散射
k dl
0
δ称为光学厚度.定义:沿辐射传输 路径,单位截面上所有吸收和散射物
质产生的总削弱,是量纲一的量.
k称为质量吸收系数 cm2/g，意义 是单位质量的吸收物质（一平方厘 米气柱中）吸收原辐射能的份数。
光学质量optical mass
• 辐射束沿传输路径在单位截面气柱内所吸收 或散射的气体质量u
• dF = - Fdl, • 经整层大气柱的散射后到达地面的太阳
直接辐射为
dl F F,0e 0
太阳自天顶垂直入射时，整层大气柱的瑞 利散射光学厚度为
其中
R,
0
d lk0, 0 d lk0,0 pd gP k0,P g
k0,
0, 0
,dpgdl
K0,也是常数，在标准状态时， P=P0=1013.25 hPa, 将有关数值代入有
仅有电子能级跃迁，光谱波段：X射线、紫外、可见光 仅有振动能级跃迁，光谱波段：近红外 仅有转动能级跃迁，光谱波段：红外、微波 电子能级跃迁、分子的转动、振动跃迁常伴随发生，一个振动带 内有多条谱线，使谱带非常复杂。
大气吸收率计算方法
ν-20 ν-10ν ν10 ν20
•谱线汇编资料（NASA）
逐线计算
• 实验表明：薄层吸收的辐射能 dF 与入射
辐射的能量F、薄层的厚度dl、以及吸收
物质的密度成正比 dFkFdl
dF F
kdl
自0-L积分，得
L
F,l F,0exp[ kd]l 这是削弱规律的积分形式
令
0
L
k dl 则
0
光学厚度optical depth(thicL kness)
Fλ,l Fλ,0eλ
2) Mie 散射
对有很多分子组成的颗粒,在外电场的 激发下,每个分子都形成一个偶极子,向 外发射着子波,又因为粒子的尺度可与波 长相比拟,入射波的位相在粒子中是不均 匀的,造成了各子波在空间和时间上的位 相差.当子波叠加形成散射波时,由于位 相差造成子波的干涉.这种干涉取决于入 射光的波长,粒子的大小,折射率和散射 角.当粒子增大时,干涉作用也增大,使散 射过程变得极为复杂.
谱线位置
• 爱因斯坦公式： E hf
E E e E v E r
• 吸收线中心波长： hc E
• 从理论上可以由能级间的能量差计算出 来，但主要通过实验测，用光栅光谱仪
谱线宽度
k
K吸收系数，ν波数
0
ν
电子轨道、原子振动、分子转动的每一种可
能的组合，都对应于某一特定能级。
一定的能级跃迁、吸收或发出一定频率的辐 射，对应于一条光谱线。
1908年G.Mie给出了均匀球状粒子散射问题 的精确解,其散射有方向性
尺度参数:
2r
• 粒子尺度与入射波长相近时 0.1<α<50
• 大气分子对可见光、红外辐射 ╳
•某些气溶胶粒子对可见光、某些红外
辐射
√
若入射辐射为自然光,则在距离米散射质点 为r处的散射辐射能量密度为
FF,042 2r2[S1()2 2S2()2] 这里F,0为入射辐射通量密度,S1()和 S2()为两个复函数,是粒子折射率n,尺度 数X和参数=nX的函数.
紫外波段的主要吸收气体是：氧气、臭氧。
平流层臭氧能吸收掉30%太阳紫外辐射，全 部太阳辐射能的2%。氧气和臭氧几乎能吸收 掉0.3µm以下的全部太阳紫外辐射,地面基本 观测不到该波段辐射.
大气窗区:8-12μm的地球辐射.
大气窗:大气吸收较弱的波段。
• 整层大气约吸收掉 20% 的太阳短波辐射。
指数削弱规律(Beer 定律、布格-朗白定律）
Y L ln2 D
X vv0 ln2
D
t m v 2 kT
分子的能级跃迁与吸收线中心波长和波数EeEv NhomakorabeaEr
能量差/eV
1-20
0.05-1
10-4-0.05
吸收线中心波长
0 0.062-1.24μm 1.24-24.8 μm 24.8 μm -12.4cm
吸收线中心波数0 / cm1 161290-8086.5 8064.5-403.2 403.2-0.8064
k(v)S
L (vv0)2L2
L 是定值
S 可由谱线汇编资料查到
Doppler 型
k(v)k(v0)expln2vDv02
Dvc0
2m kTln23.5 81 07v0
T M
k(v0)
S
c v0
m
2kT
Voigot 型
Y et2
k(v)k(v0)