太阳辐射与热量

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第三讲-太阳辐射

第三讲太阳辐射及大气受热过程基础知识一、太阳辐射：太阳以电磁波的形式向宇宙空间放射的能量。

二、太阳辐射的能量来源：太阳中心的核聚变反应（4个氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量）三、太阳辐射的特点：太阳辐射是短波辐射，能量主要集中在波长较短的可见光部分。

四、太阳辐射的意义：（1）太阳辐射对地球的影响：①太阳直接为地球提供了光、热资源，地球上生物的的生长发育离不开太阳。

②太阳辐射能维持着地表温度，是促进地球水、大气运动和生物活动的主要动力。

③作为工业主要能源的煤、石油等矿物燃料，是地质历史时期生物固定、积累下来的太阳能。

④太阳辐射能是我们日常生活和生产所用的能源，是太阳灶、太阳能热水器、太阳能电站的能量来源。

（2）我国年太阳能的地区分布及影响因素①太阳能最丰富地区：青藏高原。

原因：海拔高，空气稀薄，空气中水气少，尘埃少，透明度好，太阳辐射强，日照时间长。

②太阳能贫乏地区：四川盆地、云贵高原等。

原因：阴雨天多，云雾大，较多地削弱了太阳辐射。

五、太阳年辐射总量的影响因素及空间分布： 1.影响太阳辐射量的因素:2．我国年太阳辐射总量的空间分布我国年太阳辐射总量的分布，从总体上看，是从东部沿海向西部内陆逐渐增强。

高值中心在青藏高原，低值中心在四川盆地，具体分布如下图所示：六、全球年太阳辐射的分布：全球年太阳辐射量大体从低纬度地区向高纬度地区递减，南、北半球纬度值相同的地区太阳辐射量随月份变化的规律相反，但不同季节表现出的结果并不相同。

如图所示。

七、我国太阳辐射的分布：我国太阳辐射分布的高值和低值中心均位于北纬 22。

～35。

之间；在北纬30。

～40。

地区，随纬度增高太阳辐射增加。

具体分布如图所示。

达标训练1.例下图是M、N两地太阳辐射的年变化示意图（1）M地最可能位于( )A．赤道 B．回归线C．极圈 D．极点（2）N地五月一日时昼夜状况是( )A．昼长夜短 B．昼短夜长C．极昼 D．极夜（3）5～7月间，N地获得的太阳辐射较M地多，最主要影响因素是( )A．太阳高度角 B．昼夜长短C．天气状况 D．地面状况2. 下图表示“27°N某地坡向（坡度为10°）对地表获得太阳辐射的影响”，纵坐标表示该地坡面与地平面获得太阳辐射量的比值（仅考虑地球运动和地形因素）。

热的辐射与温度的关系

热的辐射与温度的关系辐射是物体通过振动的电磁波在空间中传播的过程，是一种重要的热传递方式。

辐射能够带走物体的热能，从而影响物体的温度。

本文将探讨热的辐射与温度之间的关系。

一、辐射的基本原理热辐射是由物体内部分子或原子的振动和电子的跃迁引起的，它会以电磁波的形式向外辐射能量。

根据普朗克的量子理论，辐射能量与频率和温度之间存在着关系。

普朗克曾提出一个公式，描述了黑体辐射的能量与频率之间的关系，即普朗克定律。

这个定律为后来的研究者奠定了辐射热力学的基础。

二、斯特藩-玻尔兹曼定律斯特藩-玻尔兹曼定律是描述物体辐射功率与温度的关系的公式。

根据该定律，物体单位面积发射的辐射功率与物体的温度的四次方成正比。

这意味着，当物体的温度升高时，其辐射功率将大幅增加。

而辐射功率的增加，意味着物体散发的热量更多，从而使物体的温度上升。

三、斯特藩-玻尔兹曼定律的应用由斯特藩-玻尔兹曼定律可知，辐射功率正比于温度的四次方。

因此，在实际应用中，可以通过控制物体的温度来达到控制辐射功率的目的。

1. 太阳辐射太阳是地球上最重要的热源之一，其辐射出的能量直接影响着地球的温度和气候。

太阳辐射的强弱取决于太阳表面的温度，太阳表面温度的增加会导致太阳辐射能量的增加，从而使得地球上的气温也随之升高。

2. 材料处理和工业加热根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的辐射功率与温度的四次方成正比。

因此，在材料处理和工业加热过程中，可以通过提高物体的温度，以增加辐射功率，实现对材料的加热和处理。

3. 辐射散热在一些情况下，需要通过散热来降低物体的温度。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，辐射功率与温度的四次方成正比，因此可以通过增大散热物体的表面积，提高辐射散热功率，从而达到降低温度的目的。

四、辐射与其他传热方式的比较辐射作为一种热传递方式，与传导和对流相比具有其独特的特点。

辐射能够在真空中传播，不需要介质作为媒介，因此可以在真空中传递热量。

此外，由于辐射的能量传递与物体之间的距离的平方成反比，因此在远离物体的地方，辐射热传递会变得非常微弱。

太阳辐射与全球能量平衡

太阳辐射与全球能量平衡太阳辐射是地球上所有能量的主要来源。

它的影响深远，直接关系到全球能量平衡的维持。

在这篇文章中，我们将探讨太阳辐射对地球能量平衡的影响及其重要性。

首先，让我们了解太阳辐射的性质。

太阳辐射是指来自太阳的能量，包括可见光、紫外线和红外线辐射。

太阳辐射以电磁波的形式传播，到达地球时，大部分可见光被大气吸收、反射或散射，只有一小部分能够穿透大气层并到达地面。

太阳辐射的强度受多种因素影响，如地球与太阳之间的距离、大气层的成分和云覆盖等。

太阳辐射对地球能量平衡的影响是多方面的。

首先，太阳辐射提供了地球上所有生物的能量来源。

光合作用是指植物利用太阳辐射将二氧化碳和水转化为有机物质的过程。

这些有机物质维持了地球上生态系统的稳定，提供了动植物的生存和发展所需的养分。

其次，太阳辐射也是地球气候系统的驱动力。

太阳辐射的变化会导致地球的气候变化。

例如，太阳活动周期的变化会引起地球的温度变化，进而影响全球气候模式的形成和演变。

太阳辐射还是全球水循环的重要因素，它加热了地球上的水体，使水从地表蒸发并形成云、降水等。

此外，太阳辐射的分布不均匀性也对全球能量平衡产生影响。

由于地球形状的不规则性，太阳辐射在地球不同地区的分布不均匀。

赤道地区受到的太阳辐射最强，而极地地区辐射最弱。

这种不均匀分布导致了不同地区的气候差异，形成了热带、温带和寒带等气候带。

全球能量平衡是指地球表面吸收的太阳辐射与地球释放的热量之间的平衡状态。

这一平衡状态对地球的温度、天气和气候等方面具有重要影响。

当全球能量平衡失衡时，会引发气候变化，例如全球变暖。

过去几十年来，人类活动引起的温室气体排放导致了全球能量平衡的失衡，进而导致全球气候变暖的现象。

为了维持全球能量平衡，人类需要采取措施减少对环境的不良影响。

减少温室气体排放、推广可再生能源、保护森林等都是有效的方法。

此外，加强对太阳辐射的科学研究，了解其变化规律和对地球的影响，有助于预测和应对气候变化。

太阳热转换效率计算公式

太阳热转换效率计算公式太阳能是一种清洁、可再生的能源，被广泛应用于热水供应、电力发电等领域。

太阳热转换效率是评价太阳能利用技术性能的重要指标，它反映了太阳能转换器将太阳辐射能转化为热能的能力。

本文将介绍太阳热转换效率的计算公式及其影响因素。

太阳热转换效率的计算公式如下：η = (Q / A) / (G τ)。

其中，η为太阳热转换效率，Q为太阳能转换器输出的热量，A为太阳能转换器的有效面积，G为单位面积的太阳辐射能流密度，τ为太阳能转换器的光热转换效率。

从公式中可以看出，太阳热转换效率受到太阳能转换器的光热转换效率、太阳辐射能流密度以及太阳能转换器的有效面积等因素的影响。

下面将分别介绍这些影响因素。

首先，太阳能转换器的光热转换效率是影响太阳热转换效率的重要因素。

光热转换效率是指太阳能转换器将太阳辐射能转化为热能的能力，它取决于太阳能转换器的材料、结构以及工艺等因素。

提高太阳能转换器的光热转换效率是提高太阳热转换效率的关键。

其次，太阳辐射能流密度也是影响太阳热转换效率的重要因素。

太阳辐射能流密度是指单位面积上的太阳辐射能量，它取决于太阳辐射能量的强度、太阳的入射角以及大气的透过率等因素。

在不同的时间和地点，太阳辐射能流密度会有所不同，因此需要根据具体的情况进行调整。

最后，太阳能转换器的有效面积也会影响太阳热转换效率。

有效面积是指太阳能转换器可以接收太阳辐射能的面积，它取决于太阳能转换器的尺寸、布局以及遮挡等因素。

提高太阳能转换器的有效面积可以提高太阳热转换效率。

总的来说，太阳热转换效率是一个综合性指标，受到多种因素的影响。

要提高太阳热转换效率，需要综合考虑太阳能转换器的光热转换效率、太阳辐射能流密度以及太阳能转换器的有效面积等因素，并采取相应的措施进行优化。

在实际应用中，我们可以通过对太阳能转换器的材料、结构和工艺进行改进，提高其光热转换效率；通过合理布局和设计太阳能转换器，使其能够更充分地接收太阳辐射能；通过调整太阳能转换器的尺寸和布局，提高其有效面积。

太阳辐射示意图

太阳辐射示意图
太阳是我们太阳系中的恒星，由于太阳的辐射，地球上才有了温度和光线。

太
阳的辐射对地球的生态系统和气候有着深远的影响。

在太阳系中，太阳是最重要的光源，通过太阳的辐射，地球上的生物才得以生存。

太阳辐射的组成
太阳的辐射主要包括三种类型：可见光、紫外线和红外线。

其中，可见光是人
类能够看到的光线，紫外线和红外线则是人类肉眼无法直接感知到的部分。

这三种光线组成了太阳的辐射谱，通过这种辐射，太阳向地球传递能量。

太阳辐射在地球大气中的传播
太阳的辐射通过太空传播到地球大气层。

在大气中，一部分辐射被反射、散射
或吸收，而另一部分辐射穿透大气层，到达地表。

这样，地球表面就获得了太阳的光线和热量。

太阳的辐射对地球温室效应和气候变化有着至关重要的作用。

太阳辐射示意图
太阳辐射示意图是一种图示，用来展示太阳的辐射在地球大气中的传播过程。

通过太阳辐射示意图，可以清晰地了解太阳的辐射谱和在地球大气层中的不同反应。

这种视觉化的展示方式使人们更容易理解太阳的能量如何影响地球。

结语
太阳辐射示意图的制作和使用有助于增进人们对太阳辐射及其在地球大气中的
传播过程的理解。

通过对太阳辐射的认识，我们可以更好地理解太阳对地球生态系统和气候的重要性，进而采取相应的措施来保护环境和气候。

希望通过本文对太阳辐射示意图的介绍，读者能够对此有更深入的了解。

太阳辐射和温度的关系

太阳辐射和温度的关系
1太阳辐射与温度关系
太阳能是对地球“恒温”很重要的因素。

首先，它会影响陆地、海洋和大气层与太阳的相互作用，并产生热量进入地球的大气和海洋。

太阳辐射的能量会首先到达大气层的上层，其中大部分会被空气吸收，通过发射热量到地球的天空和表面，从而把太阳辐射变成地表热量。

另一方面，太阳辐射对温度也有显著影响。

一般地，太阳辐射可以使温度增加，并且热量可以通过辐射、对流和潜热散失等三种途径不断地移动。

温度的变化是由太阳辐射、地表反射率以及大气层厚度等决定的。

再者，太阳能还可以有利于气候的形成和变化，它会影响对流、蒸发及降水的分布，影响温度、气压和极流的变化。

另外，它也是影响云量分布和形成的重要因素。

因此，太阳辐射与温度之间存在着非常密切的关系。

这种关系，既影响着太阳辐射的数量，又影响着温度的变化，所以太阳辐射与温度之间形成了非常紧密的相互作用。

它们之间的反馈规律对于解释地球温度及其变化起着极其重要的作用。

总之，太阳辐射及其对温度的影响，在地球气候变化过程中扮演着重要的角色，因此我们需要研究和认识它们之间的关系，以更好地提升人类的气候认知，最好的控制大气变化的过程。

太阳能热利用

• 盐水池中随着深度的增加温度也在增加，池底温度高于池表面温度，因此可以利用池底这部分热能，使水分蒸发。
卤水、海水或含盐水浓缩到某一盐分达到该温度下条件下的饱和度，甚至过饱和时，该组分以固体盐（或水和盐，甚至水合复盐）的形式析出，达到从多组分复杂卤水、海水或含盐水相中分离某种盐类。
二、太阳能热发电技术
2.2 太阳能热动力发电
• 太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电，是太阳能热利用的重要方面。
目前主要热力发电装置：槽式塔式碟（盘）式
太阳能高温利用示例——集中热动力发电
3.1 槽式太阳能热电系统
• 抛物柱面槽式反射器将阳光聚焦到管状的接收器上，将管内的传热工质加热，产生高温水蒸气，推动汽轮发电机发电。
带集热墙式的被动式太阳房
2 太阳能热水系统
• 太阳能热水系统主要讨论太阳能热水器。
• 太阳能热水器是目前太阳能热利用技术领域商业化程度最高、推广应用最普遍的技术。 • 太阳能热水系统主要元件有三部分：集热器、蓄热器 (储能装置)和循环管路及控制系统。
• 按流体的流动方式可分为循环式、直流式和闷晒式系统；按照形成水循环的动力，循环式又分为自然循环式和强制循环式。
一、太阳能直接热利用
1 太阳能供暖技术
• 太阳能采暖技术直接利用太阳辐射能供暖，也称太阳房 (Solar House)。 • 现代技术不断扩展和完善太阳能的功能，新式太阳房具有太阳能收集器、热储存器、辅助能源系统和室内暖房风扇系统，可以节能75－90%。 • 太阳房具有良好的环境效益和经济效益，与建筑设计有机结合，日益成为太阳能利用的重要领域。
图9 槽式太阳能热电系统原理图
槽式太阳能热电厂

太阳能集热温度

太阳能集热温度太阳能集热是一种利用太阳辐射能源的环保技术，通过集热器将太阳辐射转化为热能，广泛应用于供暖、热水等领域。

温度是太阳能集热效果的重要指标之一，直接影响能源的转化效率。

本文将深度分析太阳能集热与温度之间的关系，探讨温度对太阳能集热系统性能的影响。

一、太阳能集热原理：太阳能集热利用太阳辐射的光热转换过程。

集热器通过吸收太阳辐射，将光能转化为热能，提高工作介质的温度。

太阳能集热系统一般包括集热器、传热系统和能量储存系统。

二、温度与集热效率的关系：光吸收效率：集热器表面的温度直接影响光吸收效率。

温度升高，集热器对太阳辐射的吸收效率通常会下降，因为高温下表面反射和散射会增加。

传热效率：集热器内部工作介质的温度对传热效率有显著影响。

随着温度升高，传热效率通常会提高，但过高的温度也可能导致传热介质的过热损失增加。

热损失：高温下，集热器表面与周围环境的热损失增加。

因此，在高温环境下，需采用绝热材料减少热损失，提高集热效率。

三、温度与工作介质的选择：工作介质的种类：温度直接影响工作介质的选择。

低温条件下，常用的工作介质包括水和空气；高温条件下，可能需要采用高温油或其他特殊工质。

相变材料的应用：在一些集热系统中，通过相变材料可以更好地应对温度变化。

相变材料在相变时吸收或释放大量热量，起到调节温度的作用。

四、太阳能集热系统的升温问题：集热系统过热：在高温天气或光照较强的条件下，集热系统可能会出现过热现象。

此时需要采取降温措施，如增加散热表面、调整流体循环速度等。

过高温度对设备的影响：高温可能对太阳能集热系统的各个部件产生不利影响，包括光热转换表面的损伤、传热系统的性能下降等。

因此，在设计中需要考虑系统的耐高温性能。

五、温度与季节、地域的关系：季节变化：季节变化直接影响太阳能集热系统的温度。

在冬季，太阳辐射较弱，温度较低，需要通过优化设计提高效率；夏季则需应对高温和高辐射。

地域差异：不同地域的气候条件也会对太阳能集热系统的性能产生影响。

太阳辐射照度

太阳辐射照度
太阳辐射照度指的是由太阳散发出来的光辐射能量，即太阳辐射在一定时间内在单位面积上所产生的热量。

太阳辐射照度的强度由每秒太阳辐射量即“瓦特”表示（1瓦特=1瓦/平方米）。

一般来说，太阳辐射照度的强度越大，地表受到的太阳辐射就越多，这也意味着地表受到的热量就越多。

太阳辐射照度与时间、季节、环境因素等有关，太阳辐射照度的强度在不同的季节是不同的，在春夏季节，太阳辐射照度更强，而在秋冬季节，太阳辐射照度则会更弱。

热辐射的推导与辐射热量计算

热辐射的推导与辐射热量计算热辐射是物体由于其温度而向周围环境发射的能量，它是一种无需传导物质的热传递方式。

热辐射是人类生活和工业应用中不可或缺的热能转换方式，比如太阳能利用、煤炭燃烧等。

一、黑体辐射强度和斯特藩-玻尔兹曼定律根据热辐射理论，一个理想化的物体，即黑体，能够完全吸收并完全发射所有进入它的辐射能量。

黑体的辐射特性可以通过黑体辐射强度来描述，表示为I，单位是W/㎡。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，黑体辐射强度与温度的关系可以用如下公式表示：I = σT^4其中，σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，约等于5.67 ×10^-8 W/(㎡·K^4)，T是黑体的温度，单位是开尔文（K）。

二、辐射热量计算方法在实际应用中，我们常常需要计算物体通过热辐射传递的热量。

辐射热量的计算可以通过下述公式实现：Q = AεσT^4其中，Q表示辐射热量，单位是瓦特（W），A是物体的表面积，单位是平方米（㎡），ε是物体的辐射率（也是吸收率），σ是斯特藩-玻尔兹曼常数，T是物体的温度，单位是开尔文（K）。

在实际计算中，我们需要根据具体物体的辐射率来调整计算结果。

辐射率是物体对外发射辐射能量的程度，它的取值范围在0和1之间。

通常来说，我们可以通过参考文献或实验数据来获得不同物体的辐射率。

三、热辐射的应用与意义热辐射在众多领域中都有着重要的应用。

首先，太阳能利用就是基于热辐射原理的。

太阳作为一个热辐射强烈的恒星，将大量的辐射能量释放到周围空间中，通过太阳能热集热器等设备，可以将太阳辐射的能量转化为热能或电能。

其次，热辐射在工业应用中也不可或缺。

比如，在高温炉中，我们需要计算炉体内的热辐射传递，以便更好地了解炉内温度分布和能量传递情况，从而优化炉体设计和设备运行。

此外，热辐射的研究还在材料科学、环境工程等领域起到重要作用。

例如，在太空探测器的设计中，我们需要考虑探测器在极端温度条件下的热辐射问题，以保证设备的正常运行。

大气的热力过程

大气的热力过程一、引言大气是地球上重要的组成部分，它包含着丰富的气体和能量。

大气的热力过程是指大气中空气的运动和热量的传递过程。

热力过程是大气中气象现象的基础，对于天气的形成和变化有着重要的影响。

本文将从不同角度探讨大气的热力过程。

二、大气的热力平衡大气的热力平衡是指大气各部分之间热量的输入和输出保持平衡。

太阳辐射是大气热力平衡的主要能量来源，地球表面吸收太阳辐射后释放出的热量通过辐射、传导和对流等方式向大气中传递。

与此同时，大气中的水汽和气体也参与到热量的传递中。

大气的热力平衡决定了地球的能量收支和气象现象的发生。

三、大气的垂直运动大气中的垂直运动是热力过程的重要表现形式之一。

当地面受到太阳辐射加热后，空气会被加热膨胀，形成气团，因为密度较小而向上运动。

这种向上运动的气团称为对流气团。

对流气团上升到一定高度后，会因为压力减小而膨胀冷却，最终形成云和降水。

同时，空气中的水汽在垂直运动中也发挥着重要的作用。

当水汽上升到较高的空气层时，会冷却凝结成云，释放出潜热，进一步影响大气的热力平衡。

四、大气的辐射传输辐射是大气热力过程中重要的能量转移方式之一。

太阳辐射进入大气后，会发生散射、吸收和反射等过程。

其中散射是指太阳辐射在大气中遇到气溶胶和云粒子等微观颗粒后改变方向的过程。

吸收是指大气中的某些分子和云粒子吸收太阳辐射的能量。

反射是指太阳辐射从大气中向外反射回空间的过程。

辐射的传输过程会影响大气的温度分布和能量平衡，进而影响到天气的形成和变化。

五、大气的传导传输除了辐射传输，大气中的能量还可以通过传导传输。

传导是指分子之间的热量传递，当分子受热时会传递给周围的分子，从而使能量传导。

大气的传导传输主要发生在地表和大气的接触面上，如地面受热后传导给接触的空气层。

传导的热量传输相对较慢，但在地表能量平衡和大气近地层的温度分布中起着重要的作用。

六、大气的对流传输对流是大气中能量传输的重要方式之一。

当地表受热后，空气会被加热膨胀，形成气团，因为密度较小而向上运动。

太阳辐射、光照和热量的联系和区别

太阳辐射、光照和热量的联系和区别作者：文静来源：《新一代》2014年第08期摘要：太阳辐射、光照、热量这三个描述气候的重要因素，三者之间的区分是什么？影响三者的因素又有哪些呢？本文加以具体分析。

关键词：太阳辐射；光照；热量在高中课堂上，学生往往对太阳辐射、光照和热量三者间的联系和区别分辨不清，甚至出现误解，认为光和热是同一回事，或者认为光照多的地方就热，光照少的地方就冷，这样的理解是片面的，也可以说是错误的。

太阳辐射是太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。

从波长范围来看，太阳辐射包括可见光（波长在0.4微米-0.76微米之间）、红外线（波长大于0.76微米）、紫外线（波长小于0.4微米）、X射线、r射线和带电粒子流。

地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉。

到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。

太阳辐射通过大气层时，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分被大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。

被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。

到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。

太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化，到达地面的太阳辐射能量比大气层上界小得多。

在太阳光谱能量分布在紫外光谱区几乎绝迹，在可见光谱区减少至40%，而在红外光谱区增至60%。

我们在此探讨的太阳辐射是指到达地面的太阳总辐射。

再来说说光照。

仅从字面来看，这两者不相同。

从上面太阳辐射的概念我们知道太阳辐射既有可见光，也有红外线、紫外线和X射线、r射线，还有带电粒子流。

而光照暨可见光仅仅是太阳辐射的一部分，但它和太阳辐射有必然的联系。

具体来说光照的强弱与太阳辐射呈正相关，太阳辐射越强，则光照也越强，反之太阳辐射越弱，则光照也越弱。

那么影响太阳辐射强度的主要因素有哪些呢？其一是太阳高度角或纬度：纬度越低，太阳高度角就越大，太阳辐射穿越大气的路径就越短，大气对太阳辐射的削弱作用越小，则到达地面的太阳辐射越强；太阳高度角越大，等量太阳辐射散布的面积越小，太阳辐射越强。

第2章辐射与热量平衡

日地距离：到达大气上界的太阳辐射又称为天文辐射，与日地距离的平方成反比，若日地平均距离为r0，则实际距离为r时的天文辐射强度I为： -3.5%
r02 I0 I 2 I0 2 r
பைடு நூலகம்
r r0
第2章辐射与热量平衡
2.2 太阳辐射
2.2.1 太阳辐射光谱和太阳常数
太阳常数(I0)：
当日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线的单位面积上单位时间内获得的太阳辐射能量，称为太阳常数I0，I0=1370W/m2。由于地球与太阳间的天体运动，大气上界的实际太阳辐射强度是有所变化的。
第2章辐射与热量平衡
F 3.9 1026 4 7 10 6.34107 W / m 2

8 2

第2章辐射与热量平衡
2.1 辐射的基础知识
2.1.1 辐射与辐射能
辐射的度量（2）辐射强度（I）：在单位时间 (△t)、单位立体角(△ω)内，沿一定方向垂直通过任意单位面积的辐射能(△F)，称为该方向的辐射强度，单位为W m-2 sr-1 ； n I
第2章辐射与热量平衡
2.1 辐射的基础知识
2.1.1 辐射与辐射能
自然界中一切物理过程和现象，乃至生命活动和现象，都直接
或间接地以辐射能为能源基础，辐射能包括太阳辐射、地面辐射和大气辐射。
Visible light
电磁波谱
X-rays Ultraviolet (UV) Visible
l < 10nm 10 < l < 400nm 0.4 < l < 0.7µm
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。

现代气候学第三章气候系统的热力过程

z dz z
地面A
0
k 称为大气对太阳辐射的质量削弱系数(m2g-1)
• 平面平行大气：大气物理量水平方向均匀，只考虑垂直方向上变化的大气模型
第
一从大气顶到Z高度积分,得
节 l I I 0 e 0 k dl
I 0 : 大气上界波长为的单色光辐射强度
I Z高度上波长为的单色光辐射强度
不同性质地面的反射率
地表
反射率
地表
反射率
森林田地(绿色) 田地(已开垦的干地) 草地裸地
沙地
3%~10% 3%~15% 20%~25%
10%~18% 7%~20%
25%~35%
雪地(新雪) 雪地(陈雪) 冰
80% 50%~70% 50%~70%
水面(h>40º) 2%~4%
水面
6%~40%
(h=5~30º)
光学厚度12向上通过单位时间单位水平面面积单位波长的长波辐射量向上单色辐射通量密度假设地气系统放射辐射与方位角无关各向同性即大气底部向上辐射仅由地表发射造成将地表大气在红外区近似当作黑体即z高度向下的单色辐射强度z高度向下的单色辐射通量密度第三章气候系统的热力过程第一节太阳辐射第二节地气系统的长波辐射第三节气候系统的辐射收支第四节气候系统的热量平衡第五节全球热量平衡大气圈的平均温度水圈陆圈冰雪圈及生物圈地表圈层的平均温度同一纬度水圈与陆圈的平均温度相比有怎样的差异
1计算北纬20、40度处，春分、夏至和冬至的日照时间、中午时刻的太阳高度角和天文辐射日总量（日地距离近似等于日地平均距离），由此分析两纬度处日照时间、中午时刻的太阳高度角和日射量的季节演变。
2 计算地球在近日点和远日点处，地球上照射到的太阳辐射占日地平均距离处的比例。

1.1太阳辐射

斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan-Boltzmann) 定律黑体的总放射能力（ET）与它本身绝对温度
（T）的四次方成正比。即：
ET ＝σT
4
…………(3--5)
式中σ＝5.67×10-8W.m-2.K-4为斯蒂芬—波尔兹曼常数。意义
物体温度愈高，其放射能力愈强。
• 黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比：
意义物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈
短，随着物体温度不断
增高，最大辐射波长由长向短位移。太阳辐射是短波辐射，人、地面和大气辐射
是长波辐射。
不同温度下黑体辐射强度与温度的关系
• 有此三个基本定律，绝对黑体的辐射规律就容易确定。
• 对非黑体，只要知道它们的温度和吸收率，利用基尔荷夫定律，它们的辐射能力也可以确定。
红外线光谱区（波长大于0.76µ m）。
• 可把太阳辐射看作为黑体辐射，斯—玻定律和维恩定律都可应用于太阳辐射。
• 太阳辐射最强的波长为0.475μm，相当于青光。 • 为什么太阳不是以青色为主，而看起来偏黄？
• 太阳辐射光谱曲线不对称，并不是以0.475μm为中
峰线，其余均衡分布在两侧；而是大部分次强波
一、辐射的基本知识
（一）辐射与辐射能
3、波长：电磁波长范围有很大的差异，如宇宙射线的
波长为10-10 微米，而无线电波长可达几公里根据波长可
将电磁波分为γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、
无线电波。气象学研究的是太阳、地球、大气的热辐射，他们的波长范围大约在0.15~120微米。
电磁波谱
• 信阳秋季的气候特点是什么？地球表面极端最高温是多少？极端最低温是多少？→ • 虽然地球表面昼夜温差较大，但与月球相比，有何不同？为什么？ • 月球白天130°C，日出前－170°C • 地球温度平均15° • 月球无大气的保护，温差很大；地球有大气保护，温差较小的结论。 • 为什么大气的存在能使地球表面白天的温度不会很高？夜晚的温度不会很低？大气是怎样起作用？ • 大气对太阳辐射有削弱作用，对地面有保温作用。

太阳辐射当量温度

太阳辐射当量温度太阳辐射当量温度是指在地球上，由于太阳辐射而产生的热量的温度。

太阳辐射是指太阳向地球释放的电磁辐射，包括短波辐射和长波辐射。

短波辐射主要是太阳光的能量，长波辐射则是地球向外释放的红外辐射。

太阳辐射当量温度是一种用来评估太阳辐射热量的指标，它反映了太阳辐射对地球的加热效果。

太阳辐射当量温度是指在没有被影响的情况下，太阳辐射对地面上单位面积的加热效果相当于一个理想黑体辐射的温度。

太阳辐射当量温度的计算可以采用斯特藩-Boltzmann定律。

斯特藩-Boltzmann定律描述了一个物体的发射功率与物体的温度的关系。

根据该定律，太阳辐射当量温度的计算公式为：T = (S/(σ*(1−α)))^(1/4)其中，T为太阳辐射当量温度，S为太阳辐射的总热通量，σ为斯特藩-Boltzmann 常数（约为5.67×10^-8 W/(m^2·K^4)），α为地球的反射系数。

太阳辐射当量温度的概念是为了更好地描述太阳辐射对地球的加热效果。

在实际应用中，太阳辐射当量温度常常用于评估太阳能利用的潜力，例如太阳能热水器、太阳能光伏发电等系统的设计和性能分析。

太阳辐射当量温度的数值通常能够反映太阳辐射的强度和地球对太阳辐射的吸收程度。

在地球不同的地方和不同的季节，太阳辐射当量温度的数值也会有所不同。

例如，在赤道地区，太阳辐射比较强烈，太阳辐射当量温度较高；而在极地地区，太阳辐射较弱，太阳辐射当量温度较低。

太阳辐射当量温度的变化对气候和生态系统具有重要影响。

太阳辐射当量温度的变化可以引起地表温度的变化，从而影响大气环流和风暴的形成。

同时，太阳辐射当量温度的变化还会影响植物的生长和生态系统的平衡。

总之，太阳辐射当量温度是一个用来评估太阳辐射热量的指标，通过计算太阳辐射对地面的加热效果相当于一个理想黑体辐射的温度来表示。

太阳辐射当量温度在太阳能利用、气候和生态系统研究等方面具有重要的应用价值。

地球温度的变化是什么原理

地球温度的变化是什么原理
1.太阳辐射：地球接收到来自太阳的辐射热量，这是地球温度变化的主要驱动力。

太阳辐射包括可见光、紫外线和红外线，其中大部分是可见光。

地球上的大气吸收了一部分太阳辐射，而另一部分则被反射回太空。

2.温室效应：地球大气中的一些气体（如二氧化碳、甲烷和水蒸气）能够吸收和重新辐射地球向外辐射的红外线辐射，这形成了温室效应。

温室气体的存在使得地球的表面温度增加，维持了地球适宜的生态环境。

3.大气循环：地球的温度变化还受大气循环的影响。

大气循环是指地球上空气的运动，包括热对流、风、气旋和反气旋等等。

通过大气循环，热量可以在地球上不同的区域之间传递，影响地球的温度分布和变化。

4.水循环：水循环也对地球温度变化有重要影响。

水循环是指地球上水的循环过程，包括蒸发、凝结、降水和蒸发等等。

水的相变过程消耗或释放热量，从而影响地球的能量平衡和温度变化。

5.地形和海洋：地球的地形和海洋分布也对温度变化起到重要作用。

高山和山谷会影响空气的流通和辐射的吸收，改变地区的温度分布。

海洋储存大量的热量，并通过水团的运动将热量分布到全球各地。

6.人类活动：人类活动也对地球温度变化起到了显著影响。

工业化和城市化导致了大量的温室气体排放，增加了温室效应，加剧了气候变化。

此外，森林砍伐和土地利用变化也对地球温度产生影响。

综上所述，地球温度的变化是由太阳辐射、温室效应、大气循环、水循环、地形和海洋以及人类活动等多种因素的综合作用。

了解和研究这些因素的相互关系对于我们理解地球的气候和气候变化具有重要意义。