农业气象学：第二章 辐射

ελT＝ E(λ,T)／ EB(λ,T)
由基尔霍夫定律可知：
ελT＝ aλT 1) 对同一物体，在一定温度条件下，如果它
辐射某一波长的辐射，则它必然也吸收这 种波长的辐射。
2) 物体的辐射能力强，其吸收能力也强;反之 亦然。
2.普朗克（plank）定律
绝对黑体对任一波长λ的辐射能力是它表面温
度T的函数。可用下式表示：
ETB
0
EB d
T
4
20000k
辐
10000k
射
通
量
5000k
密
度
2000k
相 对
1000k
值
500k
0.01 0.1 1 10 100 波长（μm)
不同温度的黑体发射辐射光谱
4.维恩（Wein）位移定律
绝对黑体辐射能力最大值所对应的波长λmax与 绝对黑体的绝对温度T成反比，即：
λmax＝C/T 其中C为维恩常数，当波长以μm为单位时，其 值为2897μm·K。
根据Plank定律计算的黑体辐射
根据Plank定律计算的黑体辐射
不同温度下绝对黑体的热辐射
绝对黑体辐射的特点
① 任何温度下都发射波长为0~∞的辐射,但发 射能力随温度迅速变化，每一温度条件下 都有一辐射相对集中的波段；
② 在一定温度下，绝对黑体都有一辐射最强 的波长，称绝对黑体辐射最大值所对应的 波长，用λmax表示。
产生辐射的原因有多种。在气象学中最重 要的是热辐射。
热辐射(heat radiation)：辐射的能量和波 长分布都与温度有关的辐射。
2.辐射能(radiation energy)
根据辐射的粒子学说，电磁辐射由具有一定质 量、能量和动量的粒子组成。每个粒子称为一个量 子或光量子(quantum)，每个粒子所带的能量与其频 率成正比，或与波长成反比：
e= hν 或 e=hc/λ h是普朗克常数 c是光速 λ是波长
辐射能的量度单位
(1)量子数单位
用每mol（阿伏加德罗常数6.02×1023)光量子为 单位，1mol光量子称为１Ei.
(2)辐射通量
单位时间通过某一面积的辐射能量，单位是J/s或 Ｗ。
(3)辐射通量密度
单位时间、单位面积上通过的辐射能量，单位是 J/s·m2或Ｗ/m2 。
∴太阳辐射为短波辐射，
地面和大气辐射为长波辐射。
§2 太阳辐射
一 日地关系 二 太阳辐射光谱和太阳常数 三 太阳辐射在大气中的衰减 四 到达地面的太阳辐射 五 地面对太阳辐射的反射
一、日地关系
1. 地球的公转
地球的公转(revolution)就是地球绕太阳的周期 性旋转，其轨道为一椭圆形，太阳为一个焦点。地 球的近日点是1月3日，远日点是7月4日。
由上式可看出,物体温度越高，发射的辐射峰 值λmax越短。
例题： 已知太阳表面温度为6000K，地面温度为300K， 设他们均为黑体，求辐射能E与λmax。
太阳：E太阳=σT太阳4=7.348*107 W.m-2 λmax太阳=c/T太阳=0.48 μm 属于可见光
地球： E地面=σT地面4=4.593*102 W.m-2 λ max地面=c/T地面=9.66 μm 属于红外线
3.斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律
绝对黑体的总放射能力与其表面温度的四次方成 正比。即：
ETB=σT4
其中ETB为绝对黑体表面的总放射能力，T为绝对 黑体表面的绝对温度，单位为k;σ为斯蒂芬－波尔兹曼 常数，其值为5.67×10-8 W/m2·K4。
S-B定律可由Plank定律积分求得：
地球公转的轨道称为黄道，地球在黄道中转过 的角度称黄经（从春分点起）
廿四节气
公转一周需时365.25天，将360°作24等分， 每15 °为一个节气，共24个节气。
即： a＋r＋t＝1
黑体和灰体
对任何波长的辐射的吸收率都等于1的物体叫做 绝对黑体（absolute black body） 。
对某种波长的吸收率为1的物体叫做对该种波长 为黑体（black body）。
对任何波长的辐射的吸收率都为一个小于1的常 数的物质就叫做灰体（gray body） 。
二、辐射光谱(rμm)
二、辐射光谱(radiation spectrum)
三.辐射的基本定律
1.基尔霍夫（Kirchhoff）定律
基尔霍夫定律:任何物体在某一温度T时对波长 λ的辐射的发射率与对同一波长λ的辐射的吸收率 相等。即：
ελT＝ aλT 发射率ελT：任意物体在某一温度T时对波长λ的辐 射能力E(λ,T)与绝对黑体的辐射能力EB(λ,T)之比。
3.物体对辐射的吸收、反射和透射
设投射到某一物体上的辐射能为Ｑ，被该物体 吸收(absorption)Qa，反射(reflection)Qr， 透射 (transmission) Qt，根据能量守恒定律 ， 应有: Qa＋Qr＋Qt＝Q
Qa Qr Qt 1 QQQ
用a、r、t分别表示上式左边的三项， a、r、t分别 称为吸收率（absorptivity) 、反射率（reflectivity) 和透射率（transmissivity)
辐射能量按波长的分布就是辐射光谱（辐射波 谱）。
从理论上来说，辐射的波长可以从0到∞，但 是能够测出的辐射的波长范围约为10-10 到1010μm， 见下表。
波谱名称 X射线 γ射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波
波长范围 10-8～10-2 10-7～10-4 10-4～0.4 0.4～0.76 0.76～103 103～1010
E B(,T )
2hc 2
hc
5(e kT 1)
式中c是真空中的光速(c=2.997925×108m/s)，k为玻
尔兹曼(Boltzmann)常数(k=1.38062 ×10-23 J/K )，h为普
朗克常数(h=6.6262 ×10-34J·s)。
根据Plank定律计算的黑体辐射
根据Plank定律计算的黑体辐射
第二章 辐 射
§1 辐射的基本知识 §2 太阳辐射 §3 地面和大气辐射 §4 辐射与农业
退出
§1 辐射的基本知识
一 辐射与辐射能 二 辐射光谱 三 辐射的基本定律
一.辐射与辐射能
1.辐射(radiation)
物体以电磁波（或粒子）的形式向外放射能 量的方式叫做辐射，放射的能量叫做辐射能，也 简称辐射。