第二章大气热能和温度第三节
气象学与气候学思考题
气象学与气候学思考题第一章引论1．气候系统气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈、和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理体系。
2．大气圈可分为哪些层？对流层有何重要特征？大气圈可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
对流层的特征：①气温随高度的增加而降低。
②垂直对流运动显著。
③气象要素水平分布不均。
3．什么叫露点、降水、降水量？①在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却到饱和时的温度，称为露点温度，简称露点（T d）。
其单位与气温相同。
②降水是指从天空降到地面的液态或固态水，包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等（但露不属于降水）。
③降雨量是指降水落到地面后（固态降水则经融化后），未经蒸发、渗透、流失而在水边面上积聚的深度，降水量以毫米为单位。
4．写出干空气状态方程并阐明其意义。
①干空气状态方程为P=pR d T,其中第二章大气的热能与温度1．什么叫太阳常数？就日地平均距离来说，在大气上界，垂直于太阳光线的1cm2面积内，1分钟内获得的太阳辐射能量，称太阳常数，用I0表示，多取I0=1370W/m2.2．什么叫太阳辐射光谱？其能量是如何分布的？①太阳辐射中辐射能按波长分布，称为太阳辐射光谱。
②太阳辐射能量主要分布在在可见光区，占太阳辐射总量的50%，其次是红外区，占总能量的43%，而紫外区的太阳辐射能很少，只占总能量的7%。
3．大气对太阳辐射的削弱方式有哪几种？为何雨后天晴时的天空特别蓝？①大气对太阳辐射的削弱方式有吸收、散射、反射三种。
②雨后天晴时的天空特别蓝是因为空气中杂质、水汽等凝结物少，基本上是属于分子反射，而太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射。
4．为何有云的夜晚气温比较高？有云的夜晚气温比较高是因为云能强烈吸收地面辐射并且能反射回地面，也就是大气的逆辐射，因此，当天空有云，特别是浓密的低云时，逆辐射就更强了。
5．写出泊淞方程，并说明其物理意义。
大气辐射
第二章大气的热能和温度第一节太阳辐射第二节地面辐射和大气辐射第三节地球热量平衡第四节大气的增温和冷却第五节大气温度随时间的变化第六节大气温度的空间分布一、辐射的基本知识（一）辐射（二）辐射光谱（三）辐射差额﹙R﹚二、太阳辐射（一）辐射以电磁波的形式向外不停地放出能量，这种传递能量的方式叫辐射，而传递出来的能量称为辐射能。
太阳、地面和大气间能量交换的波长范围0.15－120 μm 。
太阳辐射波长范围很广，但其能量的绝大部份集中在0.15－4 μm之间，习惯称短波辐射。
地面、大气间（简称地－气系统）波长3－120 μm ，习惯称长波辐射。
（气象上通常以4 μm 作为长短波的界限）（二）辐射光谱表示辐射能随波长的分布。
（三）辐射差额﹙R﹚在某一段时间内物体的辐射收支差值，称为辐射差额。
当物体的：收入大于支出，辐射差额为正，物体温度升高；收入小于支出，辐射差额为负，温度降低。
收入等于支出，差额为零，温度无变化。
此时为辐射平衡状态。
二、太阳辐射太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射在大气中的减弱到达地面的太阳辐射地面对太阳辐射的反射（一）太阳辐射光谱太阳辐射中的辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
（二）太阳常数在日地平均距离（1.5亿km）处的大气上界、垂直于太阳光线的平面、每分钟每平方厘米面积上得到的太阳辐射能量值，该数值称为太阳常数，用I。
表示。
据测算：I0=1367W/㎡（三）太阳辐射在大气中的减弱大气的吸收作用大气的散射作用云层对太阳辐射的反射（四）到达地表的太阳辐射经大气削减后到达地表的太阳短波辐射由直接辐射和散射辐射两部分组成。
二者之和为到达地表的太阳辐射总量，常称为太阳总辐射。
直接辐射由平行光形式直接投射到地面上的太阳辐射。
影响直接辐射值大小、强弱的两个最主要因素：大气透明度和太阳高度角（h⊙）。
大气透明度好，到达地表的直接辐射量多，反之则少。
太阳高度角（h⊙）愈小，太阳辐射强度愈弱，单位时间、单位面积地表上获得太阳辐射热能（直接辐射）愈少；相反愈多。
《气象学与气候学》第三讲
经推导，得式（2.41）
m (
dTi L dqs )m d dZ CP dZ
水文与水资源工程专业 朱君君
第二章 大气的热能和温度
第三节 大气的增温和冷却——空气的增温和冷却
气温的绝热变化 ——干绝热递减率和湿绝热递减率
湿绝热递减率的推导与数值
问题1：rm为什么总小于rd？rd和rm什么时候相差最大？为什么愈到高空rm愈接近rd？
平流变化：由于空气的移动所造成的某地温度的变化。
个别变化和局地变化联系的定性说明
水文与水资源工程专业 朱君君
第二章 大气的热能和温度
气象气候学-大气的热能和温度
1.海洋与陆地的热力性质有什么不同？吸收太阳辐射的能力不同透射太阳辐射的能力不同传递能量的方式不同比热不同水分蒸发耗热状况不同2.什么是气温的非绝热变化过程？有哪些具体形式？含义：气块与外界有热量交换的气温升降过程形式：辐射：大气与地面之间、空气团之间最重要的热交换方式平流：空气水平方向上传递热量的重要方式对流：对流层上下层空气热量交换的重要方式湍流：摩擦层热量交换的重要方式潜热交换：主要发生在对流层中下层传导：传热很少，仅在贴地层表现较为明显3.什么是气温的绝热变化过程？干绝热变化与湿绝热变化有什么不同？含义：气块与外界无热量交换的气温升降过程干绝热变化没有发生水相变化的过程，湿绝热变化有。
4.什么是干绝热直减率和湿绝热直减率？二者有什么不同？为什么？5.为什么湿绝热直减率随温度的升高和气压的减小而减小？6.为什么湿绝热线位于干绝热线的右边？（P41，图2.20）湿绝热直减率恒小于干绝热直率；初始温度相同的干湿气块上升到相同高度，湿空气块的温度就会高于干空气。
7.为什么干绝热线是直线，而湿绝热线为曲线？（P41，图2.20）干绝热直减率近于常数，而湿绝热直减率随水汽的增多而减小，越近地面空气中水汽含量越多，湿绝热线就越弯曲。
8.干（湿）绝热直减率在图中如何体现？（P41，图2.20）干（湿）绝热线上任一点处的绝热直减率等于该点切线与横轴交角的余切。
9.什么是大气层结和大气静力稳定度？大气稳定度有哪几种状态？大气层结：大气中温度、湿度随高度的分布状况。
大气静力稳定度：是指处于静力平衡状态的气块受任意方向扰动后，大气层结使其返回或远离原平衡位置的趋势和程度，主要用于判别大气层温度、湿度的垂直分布状况是否易于发生对流运动。
大气稳定度存在稳定、中性和不稳定三种状态。
大气稳定度是气块所在空气层的一种性质，由大气层结决定，而与气块是否存在无关，气块仅是用来判定层结是否稳定的一种测试方法。
10.如何判别大气层结的稳定度？某一气层是否稳定，取决于在其中运动的气块温度与周围空气的温度的对比：如运动气块温度比周围空气温度高，则气层不稳定；比周围空气温度低，则气层稳定；与周围空气温度相等，则气层处于中性平衡状态。
《气象学与气候学》本科课程教学大纲
附件二《气象学与气候学》教学大纲佳木斯大学理学院——黄秀英一、课程基本信息：课程编号：课程中文名称：气象学与气候学课程英文名称：Meteorology and Climatology课程类别：专业基础课适用专业：地理科学专业、资源环境专业开课学期：秋季总学时：本科72学时（理论课66学时+实验6学时）专科64学时（理论课48学时+实验6学时）总学分：本科4分，专科3.5分教研室名称：地理系——自然地理教研室课程简介：气象学与气候学是师范地理科学专业必修的专业基础课程。
课程系统地讲述了气象学、天气学、气候学的基本原理和基本概念及各部分内容在实践中的应用实例。
课程内容主要包括大气热学、大气水分、大气运动、天气系统、气候形成、气候带和气候型、气候变化及人类影响等。
课程性质：气象学与气候学是地理科学专业的专业基础课和资源与环境专业的选修课。
教学任务：气象学与气候学的基本知识和基础理论；大气的热能、温度、水分变化；大气的运动规律；天气系统；气候的成因；气候带和气候类型；气候变化和人类活动对气候的影响。
教学目标：本课程是自然地理的一个重要组成部分，通过系统的学习，应使学生全面地掌握大气中的物理现象、物理过程和大气运动的基本原理；天气演变和气候的形成、分布、变化的基本原理；了解人类对天气的影响和改造的基本原理；使学生能胜任未来的工作需要。
<学时分配表>培养目标培养具有专业知识的合格的中学地理教学工作者。
选择教材的原则：•教材内容必须和教学大纲相接近，而且是近两年内新出版的，适合地理科学教学的特点•教材的知识量丰富，内容新、准确，结构清晰，并与中学教材相接近•知识的数量和难易程度符合地理科学专业的培养目标、要求，学生在学习中比较容易接受建议教材：《气象学与气候学》周淑贞主编——高等教育出版社1999.6年第三版1982年第一版国家优秀教材纪念奖1988年第二版国家教委优秀教材二等奖1998年在台湾以繁体字出版，供台湾高校地理系学生使用2001年获上海市高校教学成果奖三等奖参考教材文献：理论教学内容与要求：第一章引论重点：1、气象学、气候学、天气学的概念及研究对象2、本学科与部门地理、区域地理的关系3、干洁空气的概念、成分及作用4、对流层、平流层的特点及成因§1-1气象学与气候学的研究对象、任务要求：1.气象学、气候学、天气学的概念及所研究对象2.本学科与其他部门地理、区域地理学的关系一、气象学与气候学的研究对象和任务二、气象学与气候学在实际生活中的应用§1-2气候系统概述要求:1.熟练掌握干洁空气的概念、成分及作用2.掌握大气中的水汽、固体杂质的来源及分布3.理解固体杂质、液体微粒的作用4.熟练掌握大气垂直方向的五个分层，温度分布特点及原因5.理解大气高度的划分一、大气圈概述二、水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述§1-3 大气的物理性状要求：1.熟练掌握各主要气象要素的定义、单位及公式2.掌握干空气、湿空气的状态方程3.能利用仪器准确测定主要的气象要素一、主要气象要素二、空气状态议程第二章大气的热能和温度重点：1、太阳辐射及太阳常数2、干绝热直减率和湿绝热直减率3、全球水平气温的分布特点4、如何判别大气的稳定度难点：1、大气稳定度的判别2、乱流逆温的形成过程§2－1太阳辐射要求：1、熟练掌握太阳辐射、太阳光谱、太阳常数的概念；大气对太阳辐射的特点；影响直接辐射的因素。
气象学复习资料
第一章引论第二节气候系统概述气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。
一、大气圈概述大气圈是气候系统中最活跃、变化最大的组成部分。
1）大气圈的组成：大气是由多种气体混合组成的，此外，还悬浮由一些固体杂质和液体微粒；大气的气体组成成分：主要成分——氮、氧、氩，99.96％；微量气体成分——二氧化碳、臭氧、甲烷等；干洁空气：90km以下可以看成是分子量为28.97的“单一成分”的气体；大气中的氧气：大气中的氧是一切生命所必须的，这是因为动物和植物都要进行呼吸，都要在氧化作用中得到热能以维持生命大气中臭氧的形成、分布与作用: 大气中的臭氧主要是由于在太阳的短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解成氧原子后再和另外的氧分子结合而成的，另外有机物的氧化和雷电的作用也能形成臭氧，臭氧可以大量吸收太阳紫外线使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候的形成起着重要的作用。
大气中的氮气：大气中的氮气能够冲淡氧气，使氧气不至太浓，氧化作用不过于激烈，大量的氮气可以通过豆科植物的根瘤菌固定到土壤中，成为植物体内不可缺少的养料大气中的二氧化碳、甲烷、一氧化碳等都是温室气体，它们对太阳辐射吸收甚少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时又向周围空气和地面放射长波辐射。
因此它们都有使空气和地面增温的效应。
大气中的水汽：大气中的水汽来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物蒸腾，并借助空气的垂直交换向上传输。
空气中的水汽含量夏季多于冬季，随高度的增加而减少。
水汽可以凝结或凝华为水滴或冰晶，成为淡水的主要来源。
大气气溶胶粒子：大气中悬浮的多种固体微粒和液体微粒，统称大气气溶胶粒子。
固体微粒有的来源于自然界，如火山喷发的烟尘，被风吹起的土壤颗粒，海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒，细菌、微生物、孢子花粉，流星燃烧所产生的细小微粒和宇宙尘埃等；有的是由于人类活动，如燃烧物质排放至空气中的大量烟粒等。
第二章 大气的热能和温度
辐射通量密度：单位：瓦/米2
单位面积上的辐射通量
辐射通量密度
因其没有限定方向，所以根据辐射方向的不同，将辐射通量密度分 为
辐出度：放射体表面所放出去的辐射通量密度 辐照度：到达接受面的辐射通量密度
可见光的度量不用能量单位而用光能单位
光照度（照度):单位面积上接受的光通量 单位：勒克斯（LUX)
太阳常数：在大气上界，当日地之间处于平均距离 （1.5×108km)时，垂直入射光表面的太阳辐射的辐照度。 单位：W•m-2 数值：1367+7 W•m-2
（二）、太阳辐射在大气中的减 弱
大气对太阳辐射 的削弱作用
吸收作用
散射作用
反射作用
1、大气对太阳辐射的吸收作用
大气中吸收太阳辐射的主要成分：
第一节 太阳辐射
一、辐射的基本知识
1.辐射的概念
2.辐射的波粒二象性 3.有关辐射的基本物理量 4.物体对辐射的吸收、反射和透射 5.辐射的基本定律
1.辐射的概念
定义：自然界中的一切物体，只要其温 度高于绝对零度，就会不停的以电磁波或 粒子的形式向外传递能量，这种传递能量 的方式叫辐射，通过辐射的方式传递的能 量称为辐射能。
辐射是能量传播的方式之一，并 且是太阳能传输到地球的唯一方式。
K=273+℃
2.辐射的波粒二项性：
辐射的波动性 辐射的粒子性
辐射的波动性
电磁波的性质是用波长（ λ）和频率（ν）表示 波长的单位μm(微米）或nm(纳米） 频率的单位是：赫兹 1 μm=10-6m 1nm= 10-9m
散射作用：
太阳辐射通过大气，遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时， 都要发生散射。 但散射并不像吸收那样把辐射转变为热能，而只是改变辐射 的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播
气象学与气候学
• 位相(phase)：温度最高值与最低值出现的时间 。
2019-9-30
15
• 气温的周期性变化
(1)气温的日变化(diurnal variation) : 近地层气温的变化主要取决于下垫面温度 的变化，变化特点有：
9
③用层结曲线（大气温度随高度变化曲线）和状态曲线（即上 升空气块的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。
2019-9-30
10
稳定度的综合判定方法:
综合干空气和未饱和湿空气的判定方法，可归纳如下：
<m 绝对稳定 m < <d 对干空气稳定，湿空气不稳定，此为条件性
不稳定；
>d 绝对不稳定。
气象学与气候学
主讲人：XXX
气象学与气候学 第二章 大气的热能和温度
大气温度的时间变化和空间分布
大气稳定度(atmospheric stability)
• 空气在上升过程中的绝热变化是大气中降温最快 的过程；
• 上升过程中的绝热变化会导致水汽的凝结，这是 大气中云、雾、雨、雪形成的最重要的原因；
∴T T' ( d )dZ ………………………………………③
将③代入②式，得
2019-9-30
F1
G
d
T
dZm' g
6
讨论： <1> d 0
气块上升时，dZ↗，F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件；
气块下降时，dZ↘。F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件。
∴ d 0 无论上升、下降均属于不稳定状态。 <2> d 0
• 大气稳定度对烟流扩散有很大的影响，不同稳定度导致从烟囱 排出的烟羽形状不同。下面是与稳定度有关的五种典型烟流：
气象学与气候学复习题第二章
第二章大气的热能和温度一、填空题：1.太阳表面的温度为，地球每年从太阳上获得的热量，仅为太阳热量的。
2.在自然界中的一切物体，只要温度在以上，都在不停地以的形式向外放射能量，这种传递能量的方式称为。
3.电磁波的范围是，可见光的波长范围是。
4.地面和大气辐射的波长为，属于长波辐射。
最大放射能力对应的波长是 um。
5.物体的r、 、d之间关系是，分别代表物体的能力。
6.太阳辐射最大放射能力所对应的波长是，属于光，太阳辐射能量最多的是。
7.大气上界的太阳常数是。
8.进入大气的太阳辐射有三种被削弱的方式9.大气层中主要的吸收物质是，且具有吸收特性，仅占太阳辐射的 %。
10.氧气最强的吸收带属于部分。
11.臭氧最强的吸收带属于部分，而且还吸收属于部分。
12.天空出现白色是因为多。
13.地表面辐射能量的大小主要决定于。
14.地面有效辐射的公式是，影响因素有。
15.地面辐射差额的公式是，白天为值，气温，夜晚为值，气温。
纬度愈低，Ｒg >0的时间愈。
16.地气系统的辐射差额随纬度而逐渐减小，在辐射差额为０，在辐射差额小于零。
17.“大气窗”对地表起到作用。
18.烟幕预防霜冻的原理是。
19.大气辐射差额是值，说明大气的热能是亏损。
20.高低纬间有水平气流的运动，是由于引起的。
21.传导是依靠分子的热运动将从一个分子传给另一个分子。
22.辐射发生于间、间，是最重要的热量交换方式。
23.对流是重要途径。
24.乱流是热量交换的重要方式。
25.潜热交换主要是在中起作用。
26.泊松方程是，此公式表明，干绝热变化中气压降低温度呈。
27.干空气任一高度处的温度表达式是，其中温度递减率是。
28.大气稳定度是指使具有或返回原来位置的或。
29..当γ<0时称，γ＝０称，这样的大气层结是。
30.条件性不稳定的大气层结条件是，对于干空气和未饱和湿空气是，对于饱和空气则是。
31..不稳定能量的类型有。
32.气温随时间的变化主要有两种方式即，其中周期性变化有。
气象学与气候学复习题第二章
第二章大气的热能和温度一、填空题：1.太阳表面的温度为，地球每年从太阳上获得的热量，仅为太阳热量的。
2.在自然界中的一切物体，只要温度在以上，都在不停地以的形式向外放射能量，这种传递能量的方式称为。
3.电磁波的范围是，可见光的波长范围是。
4.地面和大气辐射的波长为，属于长波辐射。
最大放射能力对应的波长是 um。
5.物体的r、 、d之间关系是，分别代表物体的能力。
6.太阳辐射最大放射能力所对应的波长是，属于光，太阳辐射能量最多的是。
7.大气上界的太阳常数是。
8.进入大气的太阳辐射有三种被削弱的方式9.大气层中主要的吸收物质是，且具有吸收特性，仅占太阳辐射的 %。
10.氧气最强的吸收带属于部分。
11.臭氧最强的吸收带属于部分，而且还吸收属于部分。
12.天空出现白色是因为多。
13.地表面辐射能量的大小主要决定于。
14.地面有效辐射的公式是，影响因素有。
15.地面辐射差额的公式是，白天为值，气温，夜晚为值，气温。
纬度愈低，Ｒg >0的时间愈。
16.地气系统的辐射差额随纬度而逐渐减小，在辐射差额为０，在辐射差额小于零。
17.“大气窗”对地表起到作用。
18.烟幕预防霜冻的原理是。
19.大气辐射差额是值，说明大气的热能是亏损。
20.高低纬间有水平气流的运动，是由于引起的。
21.传导是依靠分子的热运动将从一个分子传给另一个分子。
22.辐射发生于间、间，是最重要的热量交换方式。
23.对流是重要途径。
24.乱流是热量交换的重要方式。
25.潜热交换主要是在中起作用。
26.泊松方程是，此公式表明，干绝热变化中气压降低温度呈。
27.干空气任一高度处的温度表达式是，其中温度递减率是。
28.大气稳定度是指使具有或返回原来位置的或。
29..当γ<0时称，γ＝０称，这样的大气层结是。
30.条件性不稳定的大气层结条件是，对于干空气和未饱和湿空气是，对于饱和空气则是。
31..不稳定能量的类型有。
32.气温随时间的变化主要有两种方式即，其中周期性变化有。
大气热能和温度
第二章大气的热能与温度●教材分析：本章分为五小节。
内容涵盖太阳辐射；地面、大气之间的热传导、热平衡；以及大气增温、冷却的各种方式和大气温度的时间、空间分布格局。
围绕气温这个最为重要的气象要素进行全方位的剖析，使学生不仅知道太阳本身的一些基本知识，而且知道太阳辐射的能量如何转化为大气热量，热量的传递有那些过程，大气热量在不同的时间、空间里有那些特点及变化。
其中，第一节太阳辐射介绍了太阳辐射的基本知识，黑体辐射定律可以作为一般得了解。
太阳辐射光谱、太阳辐射在大气中的减弱、到达地面的太阳辐射的内容既是基础，也是重点，也是本章乃至本书的关键。
第二节地面和大气辐射重点有：地面和大气辐射都是长波辐射；大气对长波辐射的吸收；大气逆辐射；地——气系统热量平衡的思想。
难点：大气窗口、地面有效辐射、地面的辐射差额、大气辐射差额、地——气系统的辐射差额第三节大气的增温重点有：海陆的增温和冷却的差异；气温的非绝热变化；干绝热过程和湿绝热过程；大气的稳定度及判别方法。
第四节大气温度随时间的变化重点有：气温的日变化和年变化第五节大气温度的空间分布重点有：世界1月和7月海平面气温分布图；逆温及其在气象上的意义。
●教学设想✧课时安排：本章可用10个教学课时，1个实验课时✧教学目标：1、掌握教材分析中的所有基础及重点内容（黑体字）2、课程讲完之后，可以配合实验课对气温中的最高最低温度、气温、地温、日照的观测进行实习，同时学会仪器的安装。
✧授课类型：讲授、实验✧教学媒体：幻灯片●教学过程：见幻灯片●参考资料：1、《气象学与气候学实习》周淑贞高等教育出版社2、《风云变幻的大气》杨遵仪江苏科学技术出版社3、《细说八方晴雨》林之光科学普及出版社4、《气象与生活》林之光江苏教育出版社5、《气象学与气候学》张菀莹北京师范大学出版社●本章小结大气中各种物理过程是在太阳辐射、地面辐射与大气辐射的相互作用下产生和发展的。
太阳辐射是地球的主要能量来源，而地面辐射是对流层大气的主要热源。
气象学与气候学 第二章 大气的热能和温度
黑体的温度与其辐射光谱联系起来了。即使对非黑体，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。
2006-09-13
6
太阳辐射光谱和太阳常数
• 图2.5太阳辐射光谱是如何绘出的？ • 所以：
太阳表面温度6000K，太阳辐射最强的波长为0.457微米，称短波辐 射，太阳中心为2万多度。 大气约250K，大气辐射称长波辐射 地面约300K，地面辐射称长波辐射
• 这种辐射能量的现象又叫热辐射。热辐射 是传递热量的一种方式，以光速传播，既 不靠介质，也不靠对流。
2006-09-13
2
• 单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐 射通量密度（E），单位是W/m2。
• 单位时间内，通过垂直于选定方向上的单 位面积（对球面坐标系，即单位立体角） 的辐射能，称为辐射强度（I）。其单位是 W/m2 或W/sr。
2006-09-13
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地面对太阳辐射的反射
• 地表对太阳辐射的反射率，决定于地表面的性质和状态。 • 陆地表面对太阳辐射的反射率约为10％—30％。其中深色土
比浅色土反射能力小，粗糙土比平滑土反射能力小，潮湿土 比干燥土反射能力小。 • 雪面的反射率很大，约为60％，洁白的雪面甚至可达90％。 • 水面的反射率随水的平静程度和太阳高度角的大小而变。当 太阳高度角超过60°时，平静水面的反射率为2％，高度角 30°时为6％，10°时为35％，5°时为58％，2°时为79.8 ％，1°时为89.2％。对于波浪起伏的水面来说，其平均反射 率为10％。因此，总的说来水面比陆面反射率稍小一些。
太阳辐射在大气中的减弱
它是波长与温度的函数。
太阳表面温度6000K，太阳辐射最强的波长为0. 太阳辐射光谱和太阳常数
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实际是具有不同能量的空气 分子带着其能量进行混合所 导致的能量混合
5、水分相变(evaporation and condensation)：水在蒸发（或冰在升 华）时要吸收热量；相反，水汽在凝结（或凝华）时，又会放出潜热； 如果蒸发（升华）的水汽，不是在原处凝结（凝华），而是被 带到别处去凝结（凝华），就会使热量得到传送。
➢ 任何物体只要温度高于零下273.15℃就能向外界发射辐射能。 ➢ 大气主要依靠吸收地面的长波辐射而增热，地面也吸收大气逆辐射，这样它
们之间就通过长波辐射的方式不停地交换热量。 ➢ 空气团之间，也可以通过长波辐射而交换热量。
▪ 3、对流（convection）：依靠介质本身的有规 律的升降运动而进行的热量传递方式。
0.57
0.44
300
0.85 0.66
0.51
0.38
d ≈1℃/100m
m ≈0.5℃/100m
与0.65是一回事吗？
m d
为什么呢？
湿绝热直减率表达式（P40）：
水汽含量
空气块上升膨胀对 外界做功消耗内能 温度降低
在干绝热过程中气团上升单位高度空气温度的变化称为干绝
热直减率（ϒd），ϒd ≈0.98℃/100m ≈1℃/100m 。也就是说，
在干绝热过程中，空气团（气块）每上升或下降100m，温度 要降低或升高1℃。
干绝热方程（泊松方程-P38）描述干绝热过程中气温随压强 的变化规律：
2）、湿绝热变化：饱和湿空气团，在绝热升降运动过程中 会有水的相变，这种绝热变化称为湿绝热变化。
0.44
0.38
900
0.93 0.85
0.74
0.61
0.52
0.43
0.37
800
0.92 0.83
0.71
0.58
0.50
0.41
700
0.91 0.81
0.69
0.56
0.47
0.38
600
0.90 0.79
0.66
0.52
0.44
500
0.89 0.76
0.62
0.48
0.41
400
0.87 0.72
空气团在绝热下沉过程中，因为外界压力的不断增大，空气团被压缩体 积缩小，外界对气团做功，在绝热条件下，所作的功只能用于增加气团 的内能，因而气团温度升高，这种现象称为绝热增温
绝热变化可以分为干绝热变化和湿绝热变化
1）、干绝热变化：干空气或未饱和湿空气团，在绝热上升 或下降过程中没有发生水分相变现象，称为干绝热变化。
在湿绝热过程中其温度随高度的变化率称为湿绝热直减率（即
湿绝热垂直减温率），常用ϒm表示. ϒm 随温度和气压而变化 在对流层中， ϒm 平均值为0.5℃/100m
m 湿绝热直减率（℃/100米）随温度和气压的变化
温度 －30
－20
－10
0
10
20
30
气压
1000
0.93
0.86
0.76
ห้องสมุดไป่ตู้
0.63
0.54
二、空气的增温和冷却
空气的冷热程度只是一种现象，它实 质上是空气内能大小的表现
引起空气内能 变化的原因：
绝热变化：空气与外界没有热量交换，而是 由于外界压力的变化对空气做功，使空气膨 胀或者压缩引起
非绝热变化：由于空气与外界有热量交换 引起
空气状态方程？？
（一）空气温度的非绝热变化
热交换，方式：
4、水分相变：水体蒸发失热，使水温变化变缓。另外增加了空气水分，增
加吸收地面辐射的能力，使气温不易降低。陆面正好相反。
5、岩石和土壤的比热小于水的比热。
以上热特性差异造成的结果：
▪ 海陆热力过程互不相同。 大陆受热快，冷却也快，温度升降变化大； 而海洋上温度则变化缓慢，如大洋中年最高 最低气温的出现要比大陆延迟一两个月。
➢ 当地面暖而轻的空气上升时，周围冷而重的空气就下降来补充，这种升 降运动称为对流。
➢ 对流能使空气上下层的热量得到交换。
▪ 对流，是对流层中热量交换的重要方式。
第二章大气热能和温度第三节
4、湍流(turbulence)：空气的不规 则运动（又叫乱流）。
湍流是在空气层相互之间发生摩擦或空气流 过粗糙不平的地面时产生。有湍流时，相邻 空气团之间发生混合，热量就得到了交换。 湍流是摩擦层中热量交换的重要方式。
海洋和陆地的差异最大。
海洋与大陆的热差异
1、反射率差异（差异约为10— 20％） ：海洋吸收更多太阳辐射。
2、透射率差异：陆地所吸收的太阳能分布在很薄的表面上，而海水所吸收的 太阳能分布在较厚的层次。而水对紫外线和波长较短的可见光线相当透明 （水对红色光线和红外线可以说是不透明）。
3、海洋热传播更有效：热能在水体以更有效的方式传播如括波浪、洋流和对 流作用。陆面表面温度急剧变化，增加陆面和大气之间的显热交换；水体 内热能分布在较厚的层次，水温增高少，减弱水面和大气之间的显热交换。 所得的太阳辐射，陆面传给空气的约一半，水不过0.5％。
6、平流（advection）：大规模空气的水平运动称为平流。
➢ 空气经常发生大规模的水平流动，当冷空气流经暖的区域时，可使流经 区域温度下降；反之，当暖空气流经冷的区域时，可使该区域的温度升 高。
➢ 空气的平流运动对缓和地区之间和纬度之间的温度差异有很大作用，是 水平方向上传递热量的主要方式。
第二章大气热能和温度第三节
第三章 大气的热能和温度 第三节 大气的增温和冷却
大气接受或支出差额辐射 之后，增加或减少的辐射 能== ？效应
第二章大气热能和温度第三节
一、海陆的增温和冷却的差异
大气的热能主要来自地面。 地面差异明显，因而对大气的增温冷却 过程显著不同。
海洋和陆地 高山和深谷 高原和平原 林地和草地 湿区和干区
1、传导（conduction）：依靠分子的热运动将能量 从一个分子传递给另外一个分子，从而达到热量平衡 的传热方式。 有温差时才会以这种方式交换热量。由于地面和大气 都是热的不良导体，所以通过这种方式交换的热量很 少，其作用仅在贴地气层中较为明显。
2、辐射（radiation）：物体之间依靠各自温度以辐 射方式交换热量的传热方式。
（二）空气温度的绝热变化
没有与周围介质之间的热交换
在气象学上，任一气块与外界之间无热量交换，也没有质量交换的状 态变化过程，称为绝热过程
空气团在绝热上升过程中，由于外界压力的不断减小，空气团体积膨胀 对外界做功，因空气团与外界无热量交换，所以做功所消耗的能量，使 空气团因消耗内能而降温，这种现象称为绝热冷却