第二章 大气的热能和温度

第二章大气的热能和温度

[主要内容]

本章主要讨论与大气温度有关的辐射能量及其转化，说明了大气温度变化的原因，揭示了大气温度的时空分布规律。

[名词解释]

辐射、辐射能、辐射强度、辐射通量密度、黑体、太阳常数、直接辐射、散射辐射、总辐射、行星反射率、大气窗口、地面有效辐射、干绝热直减率、湿绝热直减率、泊松方程、位温、假相当位温、大气稳定度、气温的日较差、气温的年较差、热赤道、逆温

1.辐射：自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称

为辐射。

2.辐射能：通过电磁波的方式传输的能量。

3.辐射强度：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。

4.辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量。

5.黑体：在任何温度下，完全吸收任何波长的外来辐射而无任何反射的理想物体。

6.太阳常数：在大气上界日地距离处，垂直于太阳光线的1cm2面积内，1min内获得的太

阳辐射能量。

7.直接辐射：太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。

8.散射辐射：经过散射后自天空投射到地面的太阳辐射。

9.总辐射：直接辐射和散射辐射之和。

10.行星反射率：全球平均而言，太阳辐射约有30%被散射和漫射回宇宙，称之为行星反

射率。

11. 大气窗口：大气在整个波长段，8-12μm处吸收率最小，透明度最大。

12. 地面有效辐射：地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射只差。

13. 干绝热直减率：干空气和未饱和的湿空气气块绝热上升单位距离时的温度降低值。

14. 湿绝热直减率：饱和湿空气绝热上升的直减率。

15. 泊松方程：即干绝热方程，即绝热变化时温度随气压变化的具体规律。

16. 位温：气压在1000hPa处所具有的温度。

17. 假相当位温：当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热使原气块的位温提高

到了极值，这个数值称为假相当位温。

18. 大气稳定度，气块受任何方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度。

19. 气温的日较差：一天中气温的最高值与最低值之差。

20. 气温的年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值之差。

21. 热赤道：平均温度1月和7月均高于24℃的地带，冬季在5°-10°N处，夏季移到20°

N。

22. 逆温：在一定条件下，对流层中出现的气温随高度增高而升高的现象。

[填空]

1、太阳辐射是地球最重要的能量来源，一年中整个地球可以有太阳获得__5.44*1024J _的能

量。

2、气象学着重研究太阳、地球和大气的热辐射，它们的波长大约在_0.15-120μm_之间。

3、基耳荷夫定律表明：同一物体在温度T时放射某一波长的辐射，那么在同一温度下它也

吸收这一波长的辐射；一个物体的吸收率等于该物体同温度同波长的__放射率__；_黑

体_的吸收能力最强，它也是最好的放射体。

4、黑体的总放射能力与它本身的__绝对温度的四次方__成正比。

5、物体温度愈高，其单色辐射极大值所对应的波长_越短_。

6、太阳辐射在大气中的减弱，以_反射_作用最为重要，_散射_ 作用其次，_吸收_作用相

对最小。

7、布格公式表示太阳辐射经过大气减弱之后到达地面的数值，其表达式为__I=I0P m_。

8、直接辐射有显著的年变化、日变化和纬度变化，这种变化主要由_太阳高度角_决定。

9、我国总辐射最高的地区在_西藏、青海、新疆_ 。

10、雨后天晴，天空呈青蓝色，是因为__太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射__。

11、_分子_散射，或称_瑞利_散射，有选择性；_粗粒_散射，或称_米_散射，没有选择性。

12、地面辐射差额可表示为__R g=(Q+q)(1-a)-F0_。

13、气温的变化有_绝热_变化和_非绝热_变化两种情况。

14、空气与外界交换热量的方式有_传导_、_辐射_、_对流_、_湍流_、_蒸发（升华）和凝

结（凝华）_ 。在地面与空气间最主要的是_辐射_，在气层之间，主要是_对流_和_湍流_。

15、位温对于_干绝热_过程具有保守性，假相当位温对于_干绝热_ 过程、_假绝热_ 过程、

_湿绝热_过程，都具有保守性。

16、关于大气的静力稳定度，有如下的结论：气温直减率愈大，大气愈_不稳定_。气温直减

率小于湿绝热直减率时是_稳定_；气温直减率大于干绝热直减率时是_不稳定_；气温直减率介于湿绝热直减率和干绝热直减率之间时是_中性_。

17、近地层气温日变化的特征是：在一日内有一个最高值，一般出现在_午后14时_，一个

最低值，一般出现在_日出前后_。一天中_气温最高值与最低值_的差值，称为日较差。

一年中_月平均气温的最高值与最低值_的差值，称为年较差。

18、影响气温分布的主要因素有_纬度_、_高度_、_海陆分布_。

19、北半球冬季最冷的地区位于_东部西伯利亚_ 和_格林兰岛_ 。

20、造成逆温的条件有_地面辐射冷却_、_空气平流冷却_、_空气下沉降温_、_空气湍流混

合_等。

[问答题]

1、试叙述有关辐射的三个基本定律的具体内容。

A．基尔荷夫定律：①在一定波长、一定温度下，一个物体的吸收率等于该物体同温度、同波长的放射率。即对不同物体，辐射能力强的物质，吸收能力也强。②同一物体在一定温度时，放射某一波长的辐射，在同一温度下也吸收这一波长的辐射。

B．斯蒂芬-玻尔兹曼定律：黑体的总放射能力与他本身的绝对温度的四次方成正比，可以计算黑体在某一温度时的辐射强度，也可以由黑体的辐射强度求得其表面温度。

描述的是：黑体向外辐射的总能量与温度的关系。

C．维恩位移定律：黑体单色辐射强度极大值所对应的波长及其绝对温度成反比，物体温度越高，其单色辐射极大值所对应的波长越短；反之，物体的温度越低，其辐射的波长越长。

2、试说明总辐射、地面有效辐射和地面辐射差额的时空分布规律。

①总辐射特点：A.空间：日总量随纬度而减小，最大20°N；我国最大总辐射：西藏、青海、新疆；最小：长江流域、华南地区。B。时间：夏季最大，冬季最小。

②地面有效辐射：A.空间：海拔高的地方有效辐射大，粗糙的地面有效辐射大，裸地有效辐射大。B.时间：日变化：中午12-14时达到最大，清晨达到最小；年变化：夏季最大，冬季最小。