城市气象学第六章：城市太阳辐射
太阳辐射数据的获取与分析
太阳辐射数据的获取与分析太阳是地球生命的源泉，同时也是气象学领域研究的重要对象之一。
太阳能的应用已经渗透到人们的生活中的方方面面，从家用太阳能发电系统到城市绿化及农业的温室效应等。
而太阳的辐射数据是了解太阳能的重要基础。
本文将主要探讨太阳辐射数据的获取与分析。
一、太阳辐射数据的获取太阳辐射数据通常来自气象站点、人造卫星或地面测量，这些数据可以在气象、工程、航空航天和农业等领域得到广泛应用。
太阳辐射数据获取的具体方法如下：1．气象站点观测气象站点观测是太阳辐射数据获取的主要方式之一。
气象站点使用各种感测器来记录太阳辐射数据，如平面散热计、辐射表、辐射计等，在全球范围内都有数以万计的气象站点，这些数据在研究太阳能科学、气象学、气候变化等方面具有广泛应用。
2．卫星观测在卫星观测领域，可通过地球观测卫星上搭载的太阳辐射传感器获取太阳辐射数据。
这种方法可以获得大尺度和长时间的太阳辐射数据，并且可以全天候监测太阳辐射。
3．地面测量在地面测量领域，可以使用太阳能光伏发电系统或太阳能热力发电系统来记录太阳辐射数据。
太阳能光伏发电系统的组件可以测量太阳射线垂直于表面的辐射量，而太阳能热力发电系统通常使用镍铬丝电阻或热电偶传感器来测量太阳辐射数据。
二、太阳辐射数据的分析太阳辐射数据的分析可以为太阳能应用提供支持和指导。
下面将对太阳辐射数据的分析方法进行讨论。
1. 日变化特征分析通过分析不同时间段内的太阳辐射数据，可以了解太阳辐射强度的日变化特征。
这对太阳能应用来说非常重要，可以根据结果制定科学合理的时间管理策略，合理地利用太阳能资源。
2. 温度影响分析温度是影响太阳辐射的重要因素。
随着温度变化，太阳辐射的强度也会发生相应的变化。
因此，分析温度对太阳辐射的影响非常重要，可以为太阳能发电、农业和其他应用提供参考。
3. 季节变化特征分析太阳辐射的强度受太阳高度角和地理纬度的影响。
根据不同季节太阳的位置角度一定会有差别。
季节变化特征分析可以了解不同季节的太阳能资源分配情况，为太阳能应用提供方向。
《城市环境气象学》学习资料：城市太阳辐射的时空变化
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城市中太阳辐射的时空变化
城市中人类活动(工业生产、交通运输 等)而引起空气污染的周期性和非周期性变 化，使得到达城区地表的太阳总辐射的时 间变化比郊区更加复杂。
就日变化来说，城区总辐射的削弱以 白天12~15时为最大；就季节变化而言， 因城区云量和污染物浓度的季节变化而各 不相同。
S
D
QI
QL,
QL,
Qn QI (1) QL, QL,
QI S D
城市的辐射收支
Qn QI (1) QL, QL,
QI S D
Qn 地表净辐射 QI 太阳总辐射 S 太阳直接辐射 D 太阳散射辐射
下垫面反射率
QL, 大气长波逆辐射（方向向下） QL, 地面长波逆辐射（方向向上）
QL￪ 。
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城市的辐射收支
（4）大气长波逆辐射
大气向下放射的长波辐射称为大气逆辐射
(大气下行辐射)QL￬。
大气平均温度比地面低，其辐射波长范围： 7000～120000nm，最大放射能力的波长为15000nm， 也属于红外长波辐射。
30
城市的辐射收支
（5）太阳辐照度 在地面上接收到的太阳辐射流量。 太阳辐照度是指太阳辐射经过大气层的吸收、散射、反
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2.3 城市的辐射收支
（2）太阳总辐射
是地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太 阳散射辐射的总和。晴天为直射辐射为主，散射约占总辐射 的15%，阴天或太阳被云遮挡时只有散射辐射。
波长：0.15～4μm。波长较短的紫外光区、波长较长的红 外光区、介于二者之间的可见光区。
气象学：第六章 能量平衡
本章主要内容
§1 下垫面的能量平衡
下垫面的能量平衡方程、下垫面能量平衡各分量 的变化
§2 地球的能量平衡 §3 森林的能量平衡
森林的能量平衡方程、森林能量平衡各分量的变 化
本章重点
一、下垫面能量平衡方程
B=LE+P+Qs+IA B为净辐射，P为感热能量，Qs为土壤热通量，
LE为潜热通量，IA为植物新陈代谢能通量 在自然界中IA很小，只占净辐射的1%左右， 可忽略，于是：
森林蒸散量接近水面蒸发，比田野大 10~30%，见表。平均来说：E森=E田+0.1Q； 森林蒸散中的60%以上为植物蒸腾，LE0随 树种、林龄、林分密度、叶面积系数等林分 因子而变化。
森林作用层的感热通量大于其它植被( 粗糙 度的影响)
森林作用层贮热量的变化和植物新陈代谢能 通量均很小，前者约占8%，后者约占1%。
B=LE+P+Qs
以上未考虑冰、雪融解的能量消耗，水 冻结时的能量收入，降水水滴温度与下 垫面温度不同输送的正的或负的能通量， 生物氧化的能量收入，以及洋流、潮汐、 风水平输送的能量等，对于长时间平均 来说，它们与能量平衡主要项目相比较 是相当小的，可以忽略不计。
年平均：B=LE+P
沙漠地区：B=P
林地作用层的能量平衡方程：Bs=LEs+Ps+Qs+IAs ≈ LEs+Ps+Qs
林木层的能量平衡方程：BD=LED+PD+QD+IAD
B0 LED PD
林
冠
森
BD
QD
IAD
作 用
林
层
作
用 层
Bs
城市气象学课件：06_1城市风场_
根据不同高度风的观测资料，可以采用Gauss-Newton等非线性回 归方法计算粗糙长度、零平面位移和摩擦速度
另外，不根据风的资料而根据下垫面的情况可以求取粗糙长 度，经验公式很多，兹举一例（Lettau）：
z0
Ha 2A
CP
：空气定压比热
：位温
g
：重力加速度
H'
：垂直显热通量
：与大气稳定度有关的参数
Ri
z L
/1
z L
梯度风
2、关于粗糙度及零平面位移
北京325m气象塔，15层，半小时平均，2004－ 2006年
研究零平面位移d，粗糙度z0 方法：廓线法
根据郑艳萍、杨小千、王宝民的研究初步结果
北京325m气象塔
Urban Scales
Oke (1997)
Urban Scales: Another View
Ooka (2007)
1、风廓线：对数
在中性层结条件下，近地面层（100～150m）风随高度的变化表现为 对数风廓线：
u(z)
u*
ln
zd z0
u(z) ：高度z处平均风速 u* ：摩擦速度 ：冯卡曼常数（Von Karman Constant）,～0.35 z0 ：粗糙度长度，风廓线外延到u=0的高度
对数线性风廓线
对数律和指数律公式都建立在半经验理论基础之上，现介绍以 莫宁－奥布霍夫相似理论为基础的对数线性风速廓线公式。在 近中性条件下（含弱不稳定和弱稳定）：
u(z)
u*
ln
z z0
z z0 L
L CPu*3 /(gH ' )
气象学复习思考题答案
复习思考题第一章1.名词解释：气温垂直递减率P12 ，饱和水汽压P16，相对湿度P16 ，露点（温度）P17，饱和差P172.气候与天气有哪些不同？P23.平流层和对流层的主要特点有哪些？P11-134.臭氧，二氧化碳，水汽和气溶胶的气候效应。
P7-85.如何用饱和差（d）、露点温度（td）来判断空气距离饱和的程度？P17饱和差当空气饱和时，d=0；当未饱和时，d>0；当过饱和时，d<0。
6.已知气温和相对湿度以后，如何得出饱和水汽压、水汽压、饱和差、露点温度。
饱和水汽压与温度的关系P16水面：a=7.45 b=235 冰面: a=9.5 b=265露点温度第二章第三章1.名词解释太阳常数P36 、大气透明系数（P）P40 、太阳高度P32 、太阳直接辐射P39 、总辐射P42 、大气逆辐射P47 、地面有效辐射P47、地面净辐射P48、逆温平流逆温辐射逆温P78、活动积温有效积温P85大气之窗（8~12um处大气对长波吸收率最小，透明度最大，因此称此波段为“大气窗口”。
这一波段内的辐射，正好位于地面辐射能力最强处，所以地面辐射有20%的能量透过这一窗口射向宇宙空间。
）、2.太阳高度角计算公式中都包括哪些要素？P323.太阳辐射在大气中减弱的一般规律是什么？贝尔减弱定律的公式。
P414. 到达地面的太阳总辐射由哪两部分组成？试比较二者的异同及影响因子。
P39-425. 地面有效辐射的公式。
有哪些影响因子？P476. 地面净辐射公式和各项的意义。
P487. 画图并说明土壤温度的铅直变化类型。
P698. 写出地面（土壤）热量平衡方程和解释各项的意义。
P679. 常见的逆温有哪几种？P78 辐射逆温形成的条件是什么？天气:晴朗而有微风的夜晚，无云或云层很薄很高。
地形:在山谷或凹地、干燥地区有利于辐射逆温的形成。
10. 什么叫土壤日较差P68、气温日较差P74？影响土壤日较差、气温日较差的因子有哪些？P68 P7511. 如何计算活动积温、有效积温？P85积温在林业生产中有何意义？P87第四章大气中的水分1. 影响蒸发的气象因子有哪些？P89道尔顿定律。
气象学与气候学复习资料
第六章气候的形成1、气候形成、变化因子：①、太阳辐射；②、宇宙地球物理因子；③、环流因子；④、下垫面因子；⑤、人类活动影响。
2、天文辐射：太阳辐射在大气上界的时空分布由太阳与地球间的天文位置决定，又称天文辐射。
除太阳本身变化外，天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度、白昼长度。
3、气候形成的环流因子：包括大气环流、洋流。
海洋与大气间通过一定的物理过程发生相互作用。
组成复杂的耦合系统。
海洋对大气主要作用给大气热量、水汽，为其提供能源。
大气通过向下动量输送，产生风生洋流、海水上下翻涌。
海洋是CO2巨大储存库，通过调节大气中的CO2含量影响气温、环流。
海洋从大气圈下层向大气输送热量、水汽，大气运动产生的风应力向海洋上层输送动量，使海水发生流动，形成风生洋流，也称风海流。
热带、副热带海洋，北半球洋流围绕副高顺时针流动，南半球反时针流动。
海洋提供给大气潜热、显热，大气运动的能源，使大气环流得以形成、维持。
环流与热量输送：大气环流、洋流对气候系统中热量分配起重要作用，将低纬热量传输到高纬，调节赤道与两极间温度差异；大气环流方向有由海向陆与由陆向海差异、洋流冷暖不同，使同纬度带大陆东西岸气温产生明显差别，破坏天文气候地带性分布。
环流与水分循环：水分循环通过蒸发、大气中水分输送、降水、径流实现。
环流变异与气候：厄尔尼诺现象：表示在南美西海岸延伸至赤道东太平洋向西至日界线附近海面温度异常增暖现象。
南方波动：南太平洋副高与印度洋赤道低压间气压变化的负相关关系。
沃克环流、哈德莱环流。
厄尔尼诺年印尼、澳大利亚、印度次大陆、巴西东北部均出现干旱，赤道中太平洋到南美西岸多雨。
（日本、我国东北夏季持续低温，我国大部降水有偏少趋势。
）4、海陆风：白天风从海洋吹向陆地；夜晚从陆地吹向海洋，这种风称海陆风。
5、季风：大范围地区盛行风随季节有显著改变的现象。
海陆热力差异、及差异的季节变化，行星风带季节移动、广大高原热力、动力作用。
应用气象学 第六章 商品储运、产销与气象
易霉度的计算:
易霉度:
M=KD
D (Ti 25)
i 1
n
1 n K fi 80n i 1
D为库外温度高于警戒温度的积累值，n为储 存易霉期中的总日数，Ti为易霉期中高于25℃时日 平均气温。 K为相对湿度订正系数，f为易霉期中逐日平均 相对湿度。
以日平均温度为25℃，可得湿热地区 商品不安全储存的初终日和易霉度，高温 高湿地区易霉度高，如广州、南宁。易霉 期长的地区，易霉度不一定高，如成都气 温＞25℃天数多（6.21-9.1），但易霉度 不高。
6 9 U ( MB ) 12 15 18
51 U 60 61 U 70 71 U 85 U 86
U 50
4 6 E ( MB ) 9 10 12
17.1 E 22.0 22.1 E 27.5 27.6 E 31.0 E 31.0
环境因子
水分
粮食呼吸作 用 +++
储粮害虫发 育繁殖 +
储粮螨类发 育繁殖 +++
储粮微生物 发育繁殖 +++
温度 氧气
平度太阳辐射量
平度太阳辐射量一、引言平度市位于我国山东省青岛市，拥有丰富的太阳能资源。
太阳辐射量是指太阳辐射在地球表面的能量密度，是衡量太阳能资源的重要指标。
本文将分析平度太阳辐射量的基本情况、应用、监测与预测，以及现状与展望。
二、平度太阳辐射量的基本情况1.地理位置平度市地处东经119°31"至120°19"，北纬36°24"至37°19"之间，地势南高北低。
南部为山区，北部为平原，地势落差较大，有利于太阳辐射的接收。
2.太阳辐射量的分布平度市全年太阳辐射总量在4000-6000兆焦耳/平方米之间，分布较为均匀。
春季太阳辐射量逐渐增加，夏季达到高峰，秋季逐渐减少，冬季最低。
3.影响因素平度市的太阳辐射量受纬度、海拔、天气状况、大气污染等多种因素影响。
其中，纬度因素是决定太阳辐射量的主要因素，平度市地处中纬度地区，太阳辐射量较为丰富。
三、太阳辐射量的应用1.太阳能发电平度市充分利用丰富的太阳辐射资源，发展光伏发电产业。
光伏电站建设广泛应用于农业、工业、建筑等领域，为全市新能源发展提供了有力支撑。
2.太阳能热水系统平度市太阳能热水系统广泛应用于居民、酒店、学校等场所，既节约了能源，又降低了能源成本。
3.农业种植平度市利用太阳辐射量优势，推广设施农业、无土栽培等现代农业技术，提高农业产量，保障粮食安全。
四、太阳辐射量的监测与预测1.监测方法平度市气象局对太阳辐射量进行实时监测，采用国际标准方法进行测量，确保数据准确性。
2.预测模型根据历史数据，建立太阳辐射量预测模型，结合气象预报，为太阳能利用提供科学依据。
3.数据共享平度市气象局将太阳辐射量监测数据向社会公开，为政府决策、企业发展提供数据支持。
五、太阳辐射量的现状与展望1.我国太阳辐射资源现状我国太阳辐射资源丰富，中东部地区具有较高的太阳辐射量。
随着光伏技术的不断进步，太阳辐射量在新能源发展中具有重要意义。
城市气象学第五章：城市的云量、日照和辐射
城市化对北京地区日照时数和 云量变化趋势的影响
结果表明：城区的总云量和日照时数呈 减少趋势，但低云量呈增加趋势；郊区 的总云量和低云量呈增加趋势，而日照 时数呈减少趋势；低云量与日照时数表 现出明显负相关特征，这与北京城市化 发展对区域气候的影响有密切的关系。
京津冀地区气溶胶季节变化及与 云量的关系
日照（sunshine）
城市中的街道走向不同，房屋朝向不同，其可照时间 亦不同。
各种不同走向的街道在冬至日和夏至日的最长可照时 间差异很大。如果相对宽度取L/H=1.8，则冬至日街 道中的最多可照时间如图2.1所示。
日照（sunshine）
可照时数随地理纬度、太阳赤纬、楼房高度、房屋朝 向、街道走向、间距等变化 对于不同走向的街道，以东西向日照条件最好，南北 向最差。
9
毛卷云、密卷云、伪卷云、钩卷云 薄幕卷层云、毛卷层云 卷积云
云量
云量 cloud amount：指云遮蔽天空视野的 成数。估计云量的地点必须能见全部天空，
当天空部分地为障碍物如山、房屋等所遮蔽
时，云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；
如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空
应作为被产生降水的云遮蔽来看待。
2 城市的日照
日照（sunshine）
日照：描述太阳辐射强度的物理量。
日照时数：某天某地实际上获得日照的 小时数。
可照时数：某天某地理论上应有的日照 小时数。
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日照（sunshine）
一、城市日照的特点 城市中的日照相当复杂。与郊外相比，其差 异主要表现为：市内总日照时数和日照百分
日照（sunshine）
一般来说，北半球随着纬度的增大日照时数逐渐
气象学习题部分答案(修改).doc
1-名词解释：气象学：研究大气中各种现象的成因和演变规律及如何利用这些规律为人类服务的科学。
环境气象学：研究与人类生存、生活和生产密切相关的大气环境及人类活动对大气环境影响等方面的科学。
太阳常数：当日地处于平均距离时，在地球大气的上界垂直于太阳辐射方向的太阳辐射强度。
（138 2瓦/米21.35*105 lx）太阳高度角：是指太阳光线与地平面的夹角，也称太阳高度，以符号h表示。
昼长：日出到日落的时间，光照时间：光照时间=可照时数（昼长）+曙暮光时间可照时数：指昼长，日出至日没的时数日照时数：太阳直接辐射地面的时间，又叫实照时数日照百分率：实照时数与可照时数的百分比大气量：太阳辐射通过大气层的距离与海平面上大气铅直厚度之比，简称大气量透明系数：透过一个大气质量后的太阳辐射照度与透过之前的辐照度之比。
即:Pm=Sm/Sm-l。
P随大气中所含水汽、杂质的量增加而减小。
太阳直接辐射强度：单位时间内以平行光形式投射到达地表单位水平面积上的太阳辐射能。
散射辐射：阳光被大气散射后，单位时间内以散射光形式投射到达地表单位水平面积上的太阳辐射能。
称散射辐射。
太阳总辐射：太阳总辐射强度：直接辐射强度和天空散射辐射的强度之和。
太阳辐射总量：指某一接受表面在一时段内所接受到的直接辐射和散射辐射的和，按时间不同分别称为H总量，月总量，年总量或生长季总量。
大气逆辐射：大气辐射有一部分投向地面，称为大气逆辐射。
地面有效辐射：地面辐射与被地面吸收大气逆辐射之差。
地面辐射差额（地面净辐射）：在单位时间，单位面积地面吸收的辐射与放出的辐射之差，又称地面净辐射.紫外线指数：当太阳在天空中的位置最高时（一般是在中午前后，即从上午十时至下午三时的时间段里），到达地球表面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度。
容积热容量Cv：单位体积的物质，温度变化1°C所吸收或放出的热量，称为容积热量单位：卡•度-1 •克-1 温度日较差：一日内最高温度与最低温度之差，为温度日变幅，也称温度日较差。
年累计日照时数和太阳辐射量
年累计日照时数和太阳辐射量1. 引言年累计日照时数和太阳辐射量是气象学中两个重要的指标，用于描述太阳能的利用潜力以及气候变化等信息。
本文将详细介绍这两个指标的定义、测量方法以及其在不同领域中的应用。
2. 年累计日照时数年累计日照时数是指一年内太阳直射光照在水平面上的总时间。
它是太阳能资源评估、农业生产、建筑设计等领域重要的参考数据。
2.1 定义年累计日照时数通常以小时为单位，表示一年内太阳光直射到地面上的总时间。
它是通过测量每天的日照时数并求和得到的。
2.2 测量方法测量年累计日照时数可以使用不同的方法，其中比较常见的有以下几种：2.2.1 光电池法光电池法是一种常用且精确度较高的测量方法。
它利用光电池接收太阳辐射，并将其转换为电信号进行测量。
通过记录一年内每天的光电池输出数据，可以得到年累计日照时数。
2.2.2 静态观测法静态观测法是一种简单且经济的测量方法。
它利用日晷、日影仪等设备观测太阳在地面上的投影情况，从而得到日照时数。
通过对一年内每天的观测数据进行统计，可以计算出年累计日照时数。
2.3 应用领域年累计日照时数在许多领域中都有重要的应用价值，包括但不限于以下几个方面：2.3.1 太阳能资源评估太阳能是一种清洁、可再生的能源，其利用潜力与当地的日照情况密切相关。
通过测量和分析年累计日照时数，可以评估某个地区太阳能资源的丰富程度，并为太阳能发电、太阳能热水器等项目提供依据。
2.3.2 农业生产光合作用是植物进行养分合成和生长发育的重要过程，而光合作用所需的光能主要来自太阳辐射。
年累计日照时数可以反映一个地区的光照条件，对于农作物的种植、生长和收获等方面有着重要影响。
2.3.3 建筑设计在建筑设计中，合理利用太阳能可以降低能源消耗，提高建筑的舒适性。
年累计日照时数可以帮助设计师确定建筑物的朝向、窗户的大小和位置等参数，以最大程度地利用太阳辐射。
3. 太阳辐射量太阳辐射量是指太阳能在单位时间内通过单位面积的辐射量。
气象学解读
一、名词解释1、太阳常数：当地球位于日地平均距离时，在大气上界，垂直于太阳光线的平面上所获得的太阳辐射通量密度。
2、土壤定容热容量：单位体积的土壤温度变化1C所需吸收或放出的热量。
3、相对湿度：空气中实际水汽压与当时温度下的饱和水汽压的比值。
4、气候：某一地方多年间所产生的天气状况，包括最常见的一般天气状况也包括特殊年份所出现的极端天气状况。
5、梯度风：在自由大气中，空气做曲线运动时，除了受水平气压梯度力和水平地转偏向力的作用外，还受惯性离心力的作用，这三个力达到平衡时的风称为梯度风。
6、地面净辐射：单位时间单位面积地表面吸收的的太阳总辐射和大气逆辐射与本身发射辐射之差称为底面净辐射。
7、低气压：由一组闭合的等压线组成，中心气压低向四周气压逐渐升高的区域。
气压梯度力：由于空气存在着气压差异而产生的作用于单位质量空气的力。
&霜期：从初霜期到次年终霜期之间所持续的日数。
10、分子散射：光通过纯净媒质时，由于构成该媒质的分子密度涨落而被散射的现象。
11、三基点温度：作物生命活动过程中最适温度、最低温度、最高温度的总称。
12、小气候：由于下垫面的性质及人类和生物活动的影响而形成的近地面大气的小范围气候。
13、大气活动中心：由于海陆分布的影响，原来带状的的高压或低压呗分割成单独的高压或低压中心被称为大气活动中心。
14、天气：是以气象要素和天气现象表示的瞬时或一段较短时间内的大气综合状况。
15、光和有效辐射：太阳辐射中对植物光和有效的光谱成分称为光和有效辐射。
16、活动积温：作物或某一昆虫某一生育期或全生育期中所有活动温度的总和。
17、降水量：从云中降落的液态水固态水未经渗透和流失，在单位水平面积上所积累的水层深度称为降水量。
固态降水量为其融化后的水层厚度。
18、气团：指占据广大空间，在水平方向上物理性质比较均匀，垂直方向上物理属性变化比较一致的大块空气。
19、太阳高度角：太阳高度角是指某地太阳光线与该地作垂直于地心的地表切线的夹角。
[理学]气象与气候学复习资料
![[理学]气象与气候学复习资料](https://img.taocdn.com/s3/m/b8ad5c50326c1eb91a37f111f18583d049640fa0.png)
[理学]⽓象与⽓候学复习资料第⼀章：引论1.⽓象：⼤⽓中的物理现象2.⽓候：多年天⽓综合的表现，包括某地地区多年的⼤⽓平均状况和极端状况3.天⽓：⼀定区域短期天⽓状况及其变化的总称4.⽓温垂直递减率：⼜叫绝热率，是表征⽓体随着⾼度的增加⽽其⽓温的变化程度的物理量。
⼜指在对流层主要从地⾯的到热量，因此⽓温随着⾼度的增加⽽降低。
⼀般⽽⾔，⾼度每增加100⽶，⽓温就下降约0.65,通常⽤r表⽰。
5.⼤⽓污染：是指由于⼈类活动或者⾃然过程引起某些物质进⼊⼤⽓中，呈现出⾜够的浓度，达到⾜够长的时间，并因此危害了⼈体的舒适，健康，福利和环境污染的现象（⼤⽓中某些⽓体和尘埃的增多导致⽓体⽓候发上改变）6.标准⼤⽓压：在摄⽒温度0℃，纬度45°，晴天时海平⾯上的⼤⽓压强为标准⼤⽓压，其值⼤约相当于760mm汞柱⾼7.饱和⽔汽压：在温度⼀定情况下，单位体积空⽓中⽔汽量有⼀定限度，⽔汽含量达到限度时饱和空⽓的⽔汽压。
（温度：指数曲线；形状：凸凹⽔平；性质：溶液⾯）8.饱和差：在⼀定温度下，饱和⽔汽压与实际空⽓中的⽔汽压之差9.相对湿度：空⽓中的实际⽔汽压与同温度下的饱和⽔汽压的⽐值10.当⽔汽压不变时，⽓温升⾼，饱和⽔汽压增⼤，相对湿度会减⼩11.⽓象学：是把⼤⽓当作研究的客体，从定性和定量两⽅⾯来说明⼤⽓特征的学科，集中研究⼤⽓的天⽓情况和演变规律和对天⽓的预报12.⽓候学：是研究⽓候特征，形成，形成，分布和演变规律，以及⽓候与其他⾃然因⼦和⼈类活动关系的学科13.天⽓学：是研究天⽓现象和天⽓过程的物理本质以及规律，并⽤以制作天⽓预报的学科1.⽓候和天⽓的区别：⼀，从定义上，天⽓是指某⼀地区在某⼀瞬间或某⼀短时间内⼤⽓状态（温度，湿度，压强）和⼤⽓现象（风⾬雷电）的综合。
⽓候是指在太阳辐射，⼤⽓环流，下垫⾯性质和⼈类活动在长时间相互作⽤下，在某⼀时段内⼤量天⽓过程的综合。
⼆，从形成机制上：天⽓是指⼀般在单⼀天⽓系统的控制和影响下形成的，⽓候则复杂得多，⾄少是天⽓系统共同作⽤所致。
气象学与气候学-地面和大气的辐射
地面辐射与大气辐射
1
地面辐射与大气辐射
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射 二、地面及地气系统辐射差额
2
下垫面——大气的直接热源
大气吸收太阳直接辐射很少，下垫面（水、 陆、植被等地球表面）却能大量吸收太阳 辐射，并供给大气。
在研究大气热状况时，须了解地面和大气 之间交换热量的方式及地-气系统的辐射差 额。
3
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射
大气对太阳短波辐射吸收很少，但对地面的长波辐射却 能强烈吸收。
通过长波辐射，地—气之间，以及大气中气—气之间， 相互交换热量，并也将热量向宇宙空间散发。
4
（一）地面和大气辐射的表示
地面和大气不是绝对黑体 Eg=δσT4 （地面的辐射能力），δ地面相对辐射率 Ea=δ′σT4 (大气的辐射能力)，δ′大气相对辐射率
辐射差额=收入辐射-支出辐射
21
（一）地面的辐射差额
地面由于吸收太阳总辐射和大气逆辐射而获得能量，同时又以其 本身的温度不断向外放出辐射而失去能量。
某段时间内单位面积地表面所吸收的总辐射和其有效辐射之差值， 称为地面的辐射差额Rg （表示单位水平面积、单位时间的辐射 差额）
Rg=（Q+q）（1-a）- F0
25
（二）大气的辐射差额
Ra =qa+F0-F∞ F∞ >F0，qa<F∞ -F0， Ra是负值 大气要维持热平衡，还要靠地面以对流及
潜热释放等来输送一部分热量给大气。
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（三）地-气系统的辐射差额
如果把地面和大气看作为一个整体，其辐射能的净收入为 Rs=（Q+q）（1-a）+qa- F∞ Q+q是到达地面的太阳总辐射 qa大气所吸收的太阳辐射 F∞大气上界的有效辐射 a为地面对总辐射的反射率 就个别地区来说，地气系统的辐射差额既可以为正，也可以为负。 但就整个地气系统来说，这种辐射差额的多年平均应为零。因整
122.2.2到达地面的太阳辐射
➢ 太阳高度角一定，大气透明度不好， 散射质点多→散射辐射增强；
➢
三、太阳总辐射
太阳总辐射：到达地面的太阳直接辐射与太阳散射辐射的总和。用Rs表示
R s R sb R sd 0 .5 R sc(1 m ) s in h
总辐射的日、年变化是受太阳高度角的影响： ➢ 日变化：中午最大 ➢ 年变化： • 中高纬度地区：夏季月份最大，冬季最小。 • 低纬度地区（0-20°左右）：一年中有两个最大值(春分和秋分)
一、太阳直接辐射
直接辐射的日变化和年变化：主要由太阳高度角决定 日变化（无云条件下）：
➢中午太阳高度角最大，直接辐射最强；日出、日落时太阳高度角最小，直接辐射最弱
年变化：
➢一般夏季最大，冬季最小；如果夏季云雨多，则春末夏初最大
纬度变化:
➢低纬度地区 > 高纬度地区； ➢全年直接辐射最大值出现在回归线附近，而不是赤道（阴雨天气较多）
一、太阳直接辐射
3.大气透明度(α)
大气透明度是指透过一个大气质量数后的辐射强度与透过前的辐射强度之比。 大气透明度与大气中水汽、尘埃等有关。这些物质越多，大气透明度越差， 透明系数越小。 天气特别晴朗，污染较少时， α=0.9； 天空混浊，污染特别严重时， α=0.6 一般情况下 α=0.84。
四、地面对太阳辐射的反射
2.下垫面性质
(1) 颜色：
各种下垫面对短波辐射的平均反射率
下垫面性质 大多数 农作物
反射率（%） 18-23
绿草地 26
大草原 22
葡萄园 18-19
落叶林 15-20
针叶林 10-15
黑钙土 5-12
新雪 陈雪 80-95 42-70
《城市气象学》全册配套完整教学课件 (一)
《城市气象学》全册配套完整教学课件 (一)《城市气象学》是一门关于城市气象的学科，这门学科与人类社会、环境、自然气象等紧密相关。
随着城市化的快速发展，对城市气象学的需求越来越大。
为了更好的教授和学习这门学科，教师们需要一种更科学、合理的教学方式。
而《城市气象学》全册配套完整教学课件的出现，为教师们和学生们提供了一个良好的教学和学习工具。
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总之，《城市气象学》全册配套完整教学课件为城市气象学教学和推广工作带来了诸多益处。
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因此，这个课件对于促进教育事业的发展，推动城市气象学的发展都起到了至关重要的作用。
气象学复习整理
⽓象学复习整理绪论1、天⽓：某⼀地区在某⼀瞬间或某⼀短时间内⼤⽓状态和⼤⽓现象的综合。
2、⽓候：在太阳辐射、⼤⽓环流、下垫⾯性质和⼈类活动在长时间相互作⽤下，在某⼀段时间内⼤量天⽓过程的综合。
3、天⽓与⽓候的区别：1）天⽓是短期过程；⽓候是长期过程。
2）天⽓系统简单；⽓候系统庞杂。
⽓象资源统计：30年第⼀章1、地球⼤⽓的组成：（1）⼲洁⼤⽓（即⼲空⽓）（2）⽔汽（3）悬浮在⼤⽓中的固液态杂质。
2、⼲洁⼤⽓：除去⽔汽及其他悬浮在⼤⽓中的固、液体质粒以外的整个混合⽓体。
3、⼲洁⼤⽓特点：（1）⽓体的组成成分⽐较稳定（2）⼲洁⼤⽓是永久⽓体。
4、⼆氧化碳（CO2）：（1）时间变化：a) ⽩天、晴天、夏季时的⼆氧化碳浓度⼩于⿊夜、阴天、冬季；b) ⼯业⾰命前⼩于⼯业⾰命后（2）空间变化：⽔平：城市⼤于农村；垂直：0～20km，含量最⾼；20km以上，含量显著减少CO2的⽇变化：主要取决于光合作⽤。
⽩天午后达最低值，⽇出前后达最⾼值。
CO2的年变化：秋季达最低值，春季达最⼤值。
5、⽔汽的分布规律：（1）时空变化：时间：夏季多于冬季空间：⼀般低纬多于⾼纬，下层多于上层。
（2）特点：a)是唯⼀能在⾃然条件下发⽣相变的物质，因此它是天⽓变化的最重要的⾓⾊b)是⾃然界潜热最⼤的物质。
（3）作⽤：a) 在天⽓⽓候变化中扮演了重要⾓⾊。
b) 能强烈吸收地⾯放射的长波辐射并向地⾯和周围⼤⽓放出长波辐射，对⼤⽓起着“温室效应”。
6、臭氧层破坏造成的后果：1）患⽪肤癌和⽩内障的⼈数增加；2）农作物质量和数量下降；3）浮游⽣物受不利影响；4）造成光化学烟雾。
7、⽓候变暖的后果：1）影响全球⽔分平衡，引发极端⽓候现象频繁发⽣，如寒潮、热浪、暴⾬、龙卷风等；2）影响⽣物的⽣态适应性；3）影响农作物的产量和品质；4）冰雪消融，海平⾯上升。
8、地球⼤⽓⾃地球表⾯向上依次为：对流层、平流层、中间层、热成层和散逸层。
9、对流层特点：1）主要天⽓现象均发⽣在此层。
城市环境气象学 城市辐射收支平衡
城市中大气逆辐射虽比郊区大，但地面长波辐射QL↑ 城市大于郊区，因此在长波辐射收支上，城、郊的差别 亦不大。
总体说,城市地面吸收的太阳净辐射与乡村差别不大。
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城市的能量平衡和水分平衡
✓ 工业生产 ✓ 家庭炉灶 ✓ 空调制冷 ✓ 机动车排放 ✓ 冬季取暖等
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城市人为热排放分类研究及其对气 温的影响
摘 要：利用上海市近５０ａ各区县月均温数据，分析城市 中人为热排放。绘制人为热排放流程图，并将城市人为热源 进行分类，分析所有可能成为人为热排放源的设施以便定性 及控制研究。分别计算燃油排热和燃煤排热以估算上海市人 为热排放总量，统计上海市区和郊区的年均温及年均温差随 时间变化及其与人为热排放之间的关系，发现两者之间有很 好的相关性；最后就上海市夏季空调使用排热对上海市温度 影响进行了定性研究，发现空调排热与地面温度反演有着非 常良好的一致性。
57
地气显热交换特征
下垫面对城市热量平衡的影响
60
61
总的情况来看，在中纬度城市中，所吸收 的净辐射中平均有44%用于地气显热交换， 29%用于蒸散向大气输送潜热，其余27% 贮存在下垫面内部。
而且，市区的鲍因比变化范围最大。 城市的热收入远高于乡村。
62
思考题
城市热量平衡方程及参数意义？ 人为热的主要来源？ 人为热的时间变化和空间变化特征？ 城市贮热量的特征？ 地-气系统的显热交换和潜热交换特征？
思考题
• 城市热量平衡方程及参数意义？ • 人为热的主要来源？ • 人为热的时间变化和空间变化特征？ • 城市贮热量的特征？
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散射分为分子散射（蕾利散射）、米散射和漫射。
r << 时，分子散射。
r ≈
时，米散射。
r >> 时，漫射。
15
雷利分子散射定律
定律 当大气中粒子的直径比波长小得多的时候， 散射强度与入射光波长的四次方成反比。即：
I 4
意义
入射光波长愈短，散射能力愈强。
16
(2)温度较高的物体单位面积放射的总能量，要比温 度低的物体放射多。 (3)物体温度愈高，其放射的最大辐射的波长愈短； 反之，物体的温度愈低，其放射的最大辐射波长愈长。 (4)辐射能力强的物体，其吸收辐射的能力也强；反 之，辐射能力弱的物体，吸收能力也弱。
8
太阳辐射在大气中的减弱
城市大气混浊度大，由于云滴和颗粒状污染物的作用， 又会使到达下垫面的散射辐射比乡村大。
虽然散射辐射的增加和直接辐射的减少相互补偿，但散 射辐射的增加量不能抵消直接辐射的减少量。因此，到达 城市下垫面的太阳总辐射量比乡村少。
城市太阳总辐射特征
周淑贞等对上海1958~1985年28年地面 实测太阳辐射资料进行了分析，得出太阳辐 射可分三个时段。 第一时段(1958~1970年)太阳直接辐射最 大，到了第二时段(1971~1980年)太阳直接 辐射比第一时段约减少15.3％，而第三时段 (1981~1985)又比第二时段减少16.9％。
为什么晴朗的天空呈现青蓝色？
17
为什么傍晚的夕阳偏橘红色？
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米氏散射
当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射。 米氏散射值与入射光波长的二次方成反比。即：
I 2
散射在光线前进方向比后方向更强，方向性比较明显。
云雾的粒子大小与红外线（0.76～15μm）的波长接近， 所以云雾对红外线的散射主要是米氏散射。
大气透明度 光在铅直方向由大气外界传播至某一高度 的过程中, 透过的光强占入射光强的比率。
下垫面反照率 地球下垫面反射的太阳辐射与入射到下垫 面上的总太阳辐射之比。
城市太阳总辐射特征
原因：
城市中由于空气污染，低云量多，空气混浊度大，太阳 辐射的透射率降低，到达城市下垫面的太阳直接辐射减弱 程度很大。
云的反射能力随云状和云的厚度而有很大的不同，高
云反射率约为25％，中云为50％，低云为65％，稀薄 的云层也可反射10—20％。随着云层增厚反射增强， 厚云层反射可达90％，一般情况下云的平均反射率为 50—55％。
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在上述三种方式中，以反射作用最为重要，散 射作用次之，吸收作用最小。 以全球平均状况而言，太阳辐射约有30％因反 射和散射回宇宙空间，20％被大气直接吸收， 50％到达地面。
由于城市下垫面和人类活动的影响，城市中 太阳辐射的时空变化比郊区复杂。太阳总辐射的 强弱与许多因子有关，其中最主要的是太阳高度 角、大气透明度和下垫面反照率。
太阳高度角
太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐 射强弱的最主要的因子之一。 ho即太阳高度角，它随时间而变化。
太阳光线 ho ho 地面
表现形式：
1.大气对太阳辐射的吸收 2. 大气对太阳辐射的散射 3. 大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射
9
1.大气对太阳辐射的吸收：
太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有 选择吸收一定波长辐射能的特性。大气中吸收 太阳辐射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧
化碳及固体杂质等。
太阳辐射被大气吸收后变成了热能，因而使太 阳辐射减弱。
二氧化碳、水汽吸收红外线
（大气对太阳辐射中能 量最强的可见光吸收得 很少，大部分可见光能 够透过大气到地面）
地
面
12
结论：
大气对太阳辐射的吸收具有选择性，因而使穿过
大气后的太阳辐射光谱变得极不规则。
由于大气中主要吸收物质(臭氧和水汽)对太阳辐
射的吸收带都位于太阳辐射光谱两端能量较小的 区域，因而吸收对太阳辐射的减弱作用不大。也 就是说，大气直接吸收的太阳辐射并不多，特别 是对于对流层大气来说，太阳辐射不是主要的直 接热源。
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2.大气对太阳辐射的散射：
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
心向四面八方传播开来。因而经过散射之后，
有一部分太阳辐射就到不了地面。
14
散射作用 散射 当太阳辐射通过大气时，遇到大气中的各种质点， 太阳辐射能的一部分散向四面八方，称为散射。 分类 由入射辐射波长 与散射质点的相对大小r，将
城市太阳辐射
城市太阳总辐射特征
什么是辐射？
自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停地向外传 送能量，这种传递能量的方式称为辐射。以辐射的方式向 四周输送的能量称辐射能，有时简称为辐射。辐射能是以 电磁波的方式传输的。
太阳辐射： 太阳发射及传播的能量主要集中在短于4μm波长范围内的 辐射。
2
城市太阳总辐射特征
城市太阳总辐射特征
城市中的太阳辐射和日照条件受城市空气污 染的影响最为明显。空气污染的结果使大气混浊 度增加，于是使到达城市地面的太阳总辐射大大 减少。
市区空气污染对于直接辐射的影响大小，与 太阳光线在污染空气中传播的“路程”长短有关， 当太阳高度角比较低时，光线在污染空气中经过 的“路程”长，消弱就更多。所以，空气污染对 直接辐射的削弱以冬季和每日的早晚时刻最为显 著。
低纬高原城市区域冬季晴天不同波长 辐射的特征
(1)城内因受周围大气环境质量的影响,各波长辐 射量的变化离散性大于城外;不同波长辐射的绝对 量和相对量(城内外比值)大多是城内小于城外,且 以大气污染严重的午前差异显著。 (2)低纬高原城市区域,冬季晴好天气时午前后不 同波长辐射占总辐射的百分率存在差异;城内外各 辐射的百分率及其变化特征也不相同,特别在大气 污染严重的午前,差异十分显著。 (3)冬季晴好天气时不同波长辐射的日总量和午前、 午后总量,城内外同样存在明显的差异。
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漫射
当大气中粒子的直径比波长大得多的时候， 入射光的各种波长具有同等散射能力，散射强度
不再随波长改变，称之为漫射。
为什么云雾呈白色？
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3. 大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射：
大气中云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中一部分 能量反射到宇宙空间去。其中云的反射作用最为显著， 主要发生在云层的顶部。
城市太阳辐射的波长变化
为了对比城市和郊区太阳辐射减弱的情 况，通常采取在城市和郊区同时进行太阳 总辐射和紫外辐射等的分光观测，以城区 辐照度占郊区辐照度的百分比来表示，称 为比辐照度。
上表为法国巴黎城市内外总辐射光谱成分的百分比。可 见，巴黎城区和郊区太阳总辐射中不同波长的光波波段所占 的比例大不相同；即波长愈短所占比例愈小，而波长愈长所 占比例愈大。
城市太阳辐射的波长变化
太阳辐射在大气中传播时，其透射率与波长 有关；太阳光中的光波波长愈短愈容易被散射。 在太阳辐射光谱中红外线和红色光波透射率最大， 橙黄光次之，紫光和紫外线透射率最小。
城市大气中颗粒污染物和气体污染物比郊区 多，太阳辐射穿过城市上空的大气后到达地面其 波长发生了变化；短波部分因极易被散射而比例 减少，长波部分因散射作用而比例增加。
城市太阳总辐射特征
城市中的散射辐射变化不如直接辐射 明显，而且各地的观测结果也不一致。这 主要与城市空气污染状况(污染物质)不同有 关，也就是说与城市上空微粒、灰尘等的 谱分布特征有关。 例如，有的城市将重工业区规划建设 在郊区，而市中心主要为轻工业和商业部 门，这就会出现散射辐射郊区大于城市的 情况。所以，具体城市应进行具体分析， 不能一概而论。
城市太阳总辐射特征
城市太阳总辐射特征
城市太阳总辐射特征
城市太阳总辐射特征
南京由于城市发展，空气中的烟尘、废气等 逐年增多。特别是从1974年以后，大气透明度迅 速下降，平均每年下降0.0083；太阳直接辐射量 1983年比1974年减少了139.57W/m2，减弱了 24.9%。南京大学大气科学系1984年4月作城市 气候考察时，曾在安徽黄山、南京大厂镇、空军 气象学院和南京大学设置了四个测站，观测辐射 收支各分量和大气透明度、混浊度，结果列于表 2.14；其中PZ为大气透明度，TW为空气混浊度。
22
到达地面的太阳辐射
到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以 平行光线投射到地
面的，称为散射辐射，两者之和称为总辐射。
23
城市对太阳辐射的影响
？
城市太阳总辐射特征
城市中太阳总辐射比郊区弱，特别是太阳直
接辐射和紫外辐射削弱更多。
城市太阳总辐射特征
散射辐射与直接辐射相反，三个时段中 是不断增加的；第二时段比第一时段增加了 2.2％，第三时段又比第二时段增加了9.3％。 而总辐射则又是逐时段减少的，其递减速度 要比直接辐射为小，即第二时段比第一时段 减小了7.1％，第三时段比第二时段减小了 3.3％；这说明总辐射的时间变化以直接辐射 的变化为主，晴天总辐射量中一般直接辐射 量大于散射辐射量。
3
城市太阳总辐射特征
•太阳辐射光谱
定义: 太阳辐射能随波长的分布曲线。
图中： 实线是大气上界 的太阳辐射光谱； 虚线是温度在 C 6,000K时的黑体 辐射光谱。
4
A紫外区，B可见光，C红外区
B A
大气上界的太阳辐射光谱
城市太阳总辐射特征
太阳常数：
在大气上界，垂直于太阳光线的一平方厘米的面积，一分钟内 获得的太阳辐射能量，称太阳常数。 多次卫星测得：1367 (±7)W ／m2 世界气象组织采用： 1367 W ／m2 太阳辐射强度 （太阳辐射通量密度）
城市太阳总辐射特征
由于城市太阳辐射在减少，所以城区和郊区太阳 辐射也有差异，上海市区龙华的直接辐射为 66.64W/m2，与周围四个近郊站(宝山、嘉定，川 沙，上海县)的平均值(75.19W/m2)相比少 8.55W/m2。按百分比计算要少11.4％。龙华站的 散射辐射为全地区最大，与四个站的平均值相比 要多2.49W/m2，即多3.3％；相反，总辐射龙华 全地区最小，与近郊四个站的平均值比较要少 6.08W/m2，少40％。