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。
(完整版)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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大气遥感第三章：太阳辐射在大气中的吸收和散射1
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• 它是在大气温度变化范围内唯一可以发生相变 的成分。由于水的三态都善于吸收和放射红外 辐射，因而对地面和空气的温度变化也有一定 的影响。
大气遥感
水汽的吸收系数
(m) kl,w (m-1) (m) kl,w (m-1) (m) kl,w (m-1)
0.691.6源自0.9327001.85
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大气中的辐射平衡分析热辐射和能量平衡的变化
大气中的辐射平衡分析热辐射和能量平衡的变化大气中的辐射平衡是指地球大气层内各种能量之间的相互转换和平衡。
其中，热辐射和能量平衡是影响大气辐射平衡的两个重要因素。
本文将从这两个方面对大气中的辐射平衡进行分析。
一、热辐射对大气辐射平衡的影响热辐射是指物体由于其分子振动、转动和电子跃迁等过程所发出的电磁辐射。
在大气层中，太阳辐射通过大气的吸收和散射，一部分到达地面，一部分被大气吸收和反射。
而地面受到太阳辐射的加热，会产生热辐射向大气层释放能量。
大气中的水蒸气、气溶胶和云等物质是影响热辐射传播和吸收的重要因素。
水蒸气是大气中的主要温室气体，它吸收地表的热辐射，产生相应的热效应。
气溶胶是大气中的微小颗粒，能够吸收和散射太阳辐射和地表辐射，对热辐射平衡产生复杂的影响。
云是大气中形成的液态水或冰晶的聚集体，能够反射和吸收大气中的辐射。
二、能量平衡对大气辐射平衡的变化能量平衡是指大气层内各种能量输入和输出之间的平衡状态。
在能量平衡中，太阳辐射是主要的能量输入源，地表和大气中的辐射是能量的输出。
根据地表和大气层的吸收、散射和反射等过程，能量平衡会发生变化。
大气中的物理过程包括辐射、传导和对流。
辐射是通过电磁波进行能量传递的过程，传导是通过物体内部分子的热运动实现能量传递的过程，而对流是通过气体的垂直运动实现能量传递的过程。
这些物理过程的相互作用导致能量平衡的变化。
大气中的温度分布和气候变化是能量平衡的重要指标。
温度分布的不均匀性使得能量在地球大气中的传递和储存变得复杂。
气候变化和人类活动对能量平衡也产生了重要影响，如温室效应导致地球整体能量平衡失衡。
综上所述，大气中的辐射平衡受到热辐射和能量平衡的影响。
热辐射通过太阳辐射和地表辐射的相互作用对大气产生热效应。
能量平衡则涉及大气中的物理过程和温度分布，受到气候变化和人类活动的影响。
深入研究和理解大气中的辐射平衡，对于探索地球气候变化和能源利用具有重要意义。
太阳辐射分布规律
太阳辐射分布规律
太阳辐射分布规律是指太阳辐射能量在地球表面的分布情况。
太阳的辐射能量主要通过电磁辐射的形式传递，其中包括可见光、紫外线、红外线等波长范围的辐射。
太阳辐射分布规律受到多种因素的影响，包括地理位置、季节、时间、大气层吸收和散射等。
下面是一些常见的太阳辐射分布规律：
1.纬度影响：太阳辐射能量随纬度的变化而变化。
在赤道附近，太阳直射辐射较强，而在高纬度地区，太阳辐射被大气层吸收和散射的程度较大，因此辐射能量较弱。
2.季节影响：太阳辐射在不同季节的分布也会有所变化。
在夏季，太阳高度角较高，太阳辐射能量较强，而在冬季，太阳高度角较低，太阳辐射能量较弱。
3.时间影响：太阳辐射在一天中也会发生变化。
在中午时分，
太阳直射辐射较强，而在早晨和傍晚时分，太阳辐射能量较弱。
4.大气层吸收和散射：大气层中的水蒸汽、气溶胶等物质可以
吸收和散射太阳辐射。
这些物质的浓度和分布不均匀会影响太阳辐射的分布规律。
总体来说，太阳辐射能量在赤道附近最强，在极地地区最弱，随着纬度的增加和季节的变化，太阳辐射能量逐渐减弱。
另外，太阳辐射的分布还受到时间和大气层的影响。
大气受热过程和大气运动
大气受热过程和大气运动大气受热过程是指太阳辐射能量进入大气并被吸收、散射以及传递的过程。
太阳辐射是地球上一切活动的能源来源，对地球的气候和气象有着重要影响。
大气运动则是由于地球不同地区的温度差异引起的空气的运动。
大气受热过程和大气运动密切相关，相互影响。
太阳辐射进入大气后，会与大气中的气体和云等物质发生相互作用。
其中，部分太阳辐射被大气中的气体吸收，使大气温度升高。
大气中的水蒸气、二氧化碳等温室气体对太阳辐射具有吸收和散射作用，这是导致地球气候变化的重要因素之一。
此外，大气中的云也会对太阳辐射产生反射和散射，影响地面的能量收支。
大气运动主要是由于地球不同地区的温度差异造成的。
太阳辐射照射在地球表面，不同地区的地面受到的辐射能量不同，导致温度差异。
由于地球自转和大气的流动性，热量会从高温区向低温区传递，形成了大气运动。
这种运动形式包括垂直运动和水平运动。
垂直运动主要有对流和上升运动。
对流是指由于地面受热导致空气上升，形成对流圈层。
在对流圈层中，空气上升时会冷却，水蒸气凝结成云，形成降水现象。
上升运动是指空气由于地形障碍或气压梯度的作用而上升。
上升的空气会冷却，形成云和降水。
水平运动主要有大气环流和风。
大气环流是指全球范围内的大尺度空气运动。
由于地球赤道附近受到的太阳辐射较为强烈，使得赤道附近的空气上升，形成了热带低压带。
而地球两极附近的空气则下沉，形成了高压带。
这种温度差异引起的气压差异会导致空气在各个纬度上产生水平运动，形成大气环流。
风是地球表面空气水平运动的一种表现形式。
风的产生是由于地表的气温差异导致空气压强的不均匀分布。
空气会从高压区流向低压区，形成风。
风的强度和方向受到地形、地表摩擦力以及地球自转等因素的影响。
大气受热过程和大气运动相互作用，共同维持着地球的气候和气象系统。
通过太阳辐射的吸收和散射，大气受到热能的补充，形成温度差异，引起大气运动。
大气运动又通过对流、上升运动、大气环流和风等形式，使热能在大气中传递和分布，影响气候、天气的变化。
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。
大气对太阳辐射的吸收作用
2.新疆的葡萄为什么甜？
胖子养成计划。
➢月球表面无大气作用，温差达300度以上
昼夜温差一般在 500C左右
课标要求： 运用图表说明大气的受热过程
学习目标：
1、能运用简单的示意图说明地面是近地面大气 主要的直接的热源，说明大气的受热过程；
大气反射
太阳
大气上界
大气散射
大气吸收
到达地面的太阳辐射
大气对太阳辐射的 削？弱 作用
➢应用生活：
➢应用生活：
1．阴天的白天气温比较低的原因？
这主要是由于大气对太阳辐射的削弱作用引起的，厚厚的云层 削弱了到达地面的太阳辐射，所以气温低。
2.青藏高原为什么能成为我国太阳能最丰富的地区？
海拔高,空气稀薄，云量少，晴天多，大气削弱作用少。
2、了解大气保温作用的基本原理 。
学以致用
❖ 1、电视剧《闯关东》中的场景：“主人公朱开山为了避免所种 的庄稼遭受霜冻危害，在深秋的夜晚带领全家人及长工们在田间 地头点燃了柴草……”。朱开山一家燃烧柴草防御霜冻的做法， 有利于 ( )
❖ A．增强a辐射 ❖ B．增强b辐射 ❖ C．增强c辐射 ❖ D．改变b的辐射方向
【解析】从图中箭头方向 可判断出，a表示太阳辐射， b表示地面辐射，c表示大气 逆辐射。燃烧草可放出大量 温室气体及大量烟尘，可增强大气逆辐射，使大气对地面的保温效 应增强，从而保护作物，减轻冻害。【答案】C
2．(2009年高考广东文基卷)气象谚语有
“露重见晴天”的说法。就此现象，下列叙
述正确的是
（总1）结大：气大对气太对阳太辐阳射辐的射 吸的收吸作收用具有选择性，大
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。
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。
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。
大气的反射作用和散射作用
大气的反射作用和散射作用
大气是地球最外层的空气，其自然功能对地球上的生物有着至关重要的作用。
其中，大气的反射作用和散射作用，对地球生物及地球环境都起着重要的作用。
一是大气的反射作用，也称反射辐射。
其实，这种辐射是由地球表面发射的有害紫外线反射回来的热量，使这些紫外线无法穿过大气，从而保护地球上的生物免受有害紫外线的伤害。
因此，大气的反射作用是维持地球生态平衡的重要手段。
二是大气的散射作用，也称太阳辐射，是指太阳光线在传播过程中，由于大气中各种分子，微粒等物质的反射而使其被分散的现象。
太阳辐射经过大气传播时，它接收到的热量是均匀分布的，使其在地球表面上以均一的强度出现，这一现象又被称之为“均匀散射”。
通
过太阳的均匀散射，地表的湿度和温度变化才会比较均匀，从而维持地球的温度和气候的平衡。
在大气的反射作用和散射作用中，大气中的气溶胶更是起到了不可或缺的作用。
气溶胶是一种悬浮在大气中的细微的颗粒物，一般来源于大气中的尘埃、有机碳、海盐等物质，它们可以影响光线的散射或吸收，从而对全球气候产生影响。
由于气溶胶吸收太阳光，会使大气变得更加暗淡，这种暗淡会使太阳辐射加强，从而促进了大气中热量的循环。
此外，气溶胶还可以吸收紫外线，使紫外线辐射受到限制，进而防止内在紫外线对细菌、植物等造成的损伤。
综上所述，大气的反射作用和散射作用对于支持和保护地球生物
及地球环境都起着重要的作用。
它促进了地表及大气中的热量和气候的平衡，让地球上的生物能够生存和发展，这种作用是不可或缺的。
因此，作为人类，做好治理大气污染，减少大气污染物的排放，保护大气层，以维护地球的安全，是我们有责任的义务。
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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.
F
F
,0
(
2
)4
a2 r2
(1 cos2
2
)
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。
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。
• 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。
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 e0.112 0.894
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
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。
F,l F,0 exp[ k dl] 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
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。
2kT m
ln 2 3.58 107 v0
T M
k(v0 )
S
c v0
m
2kT
Voigot 型
k
(v)
k
(v0
)
Y
et 2
dt
Y 2 (X t)2
k
(v0
)
S
D
ln2
Y L ln2 D
X v v0 ln2
D
t m v 2kT
分子的能级跃迁与吸收线中心波长和波数
Ee
Ev
Er
能量差/eV
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
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。
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
R,
dl
0
k0, dl
0
k0,
p 0
dP g
k0,
P g
k0,
0, 0
, dp
gdl
其中
K0,也是常数，在标准状态时， P=P0=1013.25 hPa, 将有关数值代入有
标准状态下
整层瑞利散 R, (0) 0.00824 或
射系数:
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）
• 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 dF k F dl
dF F
k dl
L
自0-L积分，得
天空是蓝色的？ 日出日落时的太阳是红色的？
• 对于0.4m的蓝光和0.7 m的红光来说,散 射强度比值:F0.4/F0.7=(0.7/0.4)49.4
• 可见蓝光的散射比红光要强9倍以上,这就 是天空呈现蓝色的原因.
日出日落时，由于太阳直接辐射经过很 长的散射路程，兰色削弱很多，射不到 观测位置，因而太阳呈红色。
• 所有可能的跃迁组成辐射谱带。
振动（发射近红外和中红外辐射）
二
氧
化
碳
分
15m
子
4.3m
转动（发射远红外辐射）
水 汽 分 子
谱线位置
• 爱因斯坦公式： E hf
E Ee Ev Er
• 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
到低能态时，减少的能量满足爱因斯坦公
式
Q hf
Q 是分子辐射出的频率为f的辐射
能，h是普朗克常数。
只有当hf与该气体由低能态跃迁到高能态时
的两能态能量差值相等，才能被吸收。可见分
子的吸收光谱和辐射光谱必定是一致的。（基
尔霍夫定律）
一种气体有其确定的各量子态能级，因
而分子吸收和发射辐射对波长有选择性。
第四 节
1 大气对太阳辐射的吸收
• 吸收是指介质的分子被入射辐射激发， 由低能级跃迁到高能级，两能级的差就 是介质吸收的辐射能量值。
气体分子的能量：
• 原子内电子的绕核运动和自旋（原子 高
能量） • 分子内各原子在平衡位置附近的振动 • 整个分子绕对称轴的转动 • 分子整体的热运动
低
能量的变化是不连续的。由高能态跃迁
按照Maxwell电磁理论在距离为r处的散射
辐射通量密度F
F
F
,0
(
2
)4
a2 r2
(1
cos2
2
)
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
• 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。
容积散射系数
• 对于群散射元而言，引用独立散射条件下总散 射为个粒子散射之和的原理，若分子数密度为 N，则其容积散射系数为
N s
128 3
5 4
a2
N
3 n2 1
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
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。
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
• 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