大气辐射学课后答案
大气辐射学课后答案解析
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3⨯107W/m 2；②3.7⨯1026W ；③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47⨯108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52⨯108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d L πππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气辐射学课后答案
习题1、由太阳常数S 0'=1367 W/m 2,请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐5儿射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）:辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：-rs Fs = 4- d 0 SdpS g_ 2-21.496 1011m1367Wm8 26.96 10 m：6.316 107Wm ，2-4：r s F s=4 3.1415926 6.96 108m 2 6.316 107Wm ， = 3.84 1026W6 2_2二 r e 2S 0 3.1415926 6.37 10 m 1367Wm26：」s3.8445 10 W答案：①6.3x107W/m 2；②3.7X1026W ;③4.5汇10」°,约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47 108km ）为3,在远日点S 1 _ So时（d 2=1.52 10 km ）为S2,求其相对变化值 一 2是多大。
答案：6.5%S 1同 1（ 1）：「s F s = 4.53 1040=1—邑SS1‘一4二d； 4nd；彳1.472=1 _ 21.5221 —0.9353706473、有一圆形云体，直径为2km，云体中心正在某地上空1km处。
如果能把云底表面视为7C 的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m2云体：余弦辐射体+立体角根据：2 二F T LCOSB」12。
. 0./4Lcos)sin0 0_ ■ L_ 2又由绝对黑体有F T4f L所以此云在该地表面上的辐照度为1 _8 4= 3^5.6696x10 汉（7+273）二仃4Wm，4、设太阳表面为温度5800K的黑体，地球大气上界表面为300K的黑体，在日地平均距离d0=1.50 >108km时，求大气上界处波长’=10」m的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气物理辐射课后习题Word版
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.496101367 6.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3107W/m 2；②3.71026W ；③4.51010, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长=10m 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气科学练习题及答案..
一、地球大气的成分及分布1、现代地球大气的主要成分是（C）A、H2、He和COB、CO2、CH4、NH3和H2OC、N2和O23、两块气团的相对湿度分别为36%和78%，其中含有较多水汽的是（C）A、相对湿度为36%的气团B、相对湿度为78%的气团C、条件不足，无法确定4、未饱和湿空气块绝热抬升，下列湿度参量中随之增大的是（B）A、露点温度B、相对湿度C、比湿D、水汽压5、地球大气的演化大体上可分为原始大气、次生大气和现代大气三个阶段，次生大气主要成分是CO2、CH4、(H20)和(NH3)等7、对于地球大气中对流层臭氧的来源，以下说法错误的是（D）P20A、平流层臭氧是以扩散和湍流方式输送来的B、对流层大气中发生的光化学反应C、雷暴闪电、有机物氧化生成D、分子氧吸收波长小于0.24微米紫外辐射离解为原子氧，此后原子氧在第三种中性粒子的参与下与分子氧结合形成臭氧。
8、何为干洁大气？若按浓度分类，干洁大气可分为几部分，主要成分分别是？答：除水汽以外的纯净大气即是干结大气。
主要成分、微量成分、痕量成分9、已知某气块的温度为15℃，气压为1015hPa，混合比为0.01g/g，求该气块的饱和水汽压、水汽压、相对湿度、绝对湿度和比湿的大小。
10、（B）在大气中所占比例很小，却是大气中很活跃的成分A、惰性气体B、水汽C、臭氧D、气溶胶11、气溶胶粒子也称为大气粒子。
按尺度大小分为三类，不包括以下哪类（A）A、小核（r<0.1）B、大核（0.1<r<1）C、巨核（r>1）D、爱根核（r<0.1）12、臭氧主要分布在（10-50km）高度的平流层大气中，极大值在（20-30km）之间。
13、相对湿度是指（在一定温度和压强下，水汽和饱和水汽的摩尔分数之比（水汽压与饱和水汽压之比））14、露点温度是指（湿空气定压降温到饱和时（相对于水面）的温度）15、在相同状态下，平液面饱和水汽压（大于）平冰面饱和水汽压16、对流层臭氧的一个主要来源是从平流层以（湍流和扩散）的方式输送来的，（对流层顶的裂缝）是平流层臭氧向对流层输送的主要通道。
2023人教版带答案高中地理必修一第二章地球上的大气(三十二)
2023人教版带答案高中地理必修一第二章地球上的大气(三十二)综合题1、阅读图文材料，回答下列问题。
太阳辐射是地球表层最主要的能量来源。
大气对太阳辐射有削弱作用，也有保温作用，太阳辐射被削弱的多少取决于经过大气的厚度及大气的组成成分。
左图为某地11月5日、6日连续两天的太阳辐射强度变化图，右图为大气的受热过程示意图。
(1)结合“大气受热过程示意图”，对左图显示一天中太阳辐射强度正午前后最高作出解释：____。
(2)11月5日太阳辐射总体强度____（强于、弱于）11月6日，据右图信息推断其原因可能为____。
(3)____是低层大气主要的热量来源。
(4)11月5日昼夜温差____（大于、小于）11月6日，请利用大气受热过程解释其原因：____；____。
答案：(1)正午前后，太阳高度角大（太阳辐射穿过的大气层厚度较薄，被削弱的太阳辐射较少），到达地表的太阳辐射多(2) 强于 11月5日天气晴朗，11月6日天气转阴（云层较厚，反射了大量的太阳辐射，到达地表的太阳辐射较少）(3)地面的长波辐射（地面辐射）(4) 大于 11月5日较6日相比，天气晴朗，云层较少，白天对太阳辐射削弱作用弱，气温高夜晚云层对大地保温作用弱，近地面气温低解析：本题通过“大气受热过程示意图”和“某地连续两日太阳辐射强度变化图”，主要考查大气受热过程的原理及影响太阳辐射、气温、气温日较差的因素等知识。
考查学生整合分析问题、解决问题的综合思维能力。
(1)在一天当中，太阳辐射强度与太阳高度大小有关，正午前后大阳高度最大，太阳辐射经过的大气层到达地面的路径短，被大气削弱的太阳辐射较少，到达地表的太阳辐射多，故正午前后辐射最强。
(2)读图可知，11月5日太阳辐射总体强度强于11月6日，相邻两天的大阳高度差异是很小的，不会造成该地前后两天大阳福射强度差异这么大，故云量多少是影响这两天太阳辐射强度大小的重要因素，因此，11月5日天气晴朗，云量少，11月6日可能为阴雨天气，云层厚可能是导致大气的反射作用增强，使到达地面的大阳辐射减弱的主要原因。
《大气辐射学》期末复习试题及答案
大气辐射复习思考题（王普才）1.大气辐射的基本定律有哪些？Planck定律、Stefan-Boltzmann定律、Kirchhoff定律、Wien位移定律。
2.辐射理论和电磁场理论有什么联系？辐射能量是以电磁波的形式在空间中进行传输的，因此电磁场理论是辐射理论的基石(Maxwell方程组)，对于UV到MW波段的电磁波，在波长较短的范围内辐射理论更广泛使用(Planck定律)而在长波长范围内电磁场理论更加广泛使用(Maxwell方程组)，这是因为在短波长范围内，所关心的更多的是其诸如发射率、辐射出射度等辐射特性，而在长波长范围更多地是研究其诸如偏振等电磁特性。
这是由于电磁波的波粒二象性所决定的。
但总而言之，辐射理论是由电磁场理论得出的，各种辐射特性和理论的物理本质要归结于电磁场与电磁波的各种理论之中。
3.列举测量辐射强度（辐亮度）和辐射通量密度（辐照度）的仪器。
辐亮度：太阳光度计，如AERONET联网的标准CE318或手持式CE312辐照度：总辐射表4.米（Mie）散射有什么特点？分子散射有什么特点？Mie散射发生的条件是波长与粒子尺寸相当时发生的散射，散射强度与波长的平方成反比，且前向散射强度大于后向散射。
在地球大气中，太阳光发生Mie散射的粒子主要是气溶胶。
Rayleigh散射（分子散射）发生的条件是波长远大于粒子尺寸，散射强度与波长的四次方成反比，前向散射与后向散射强度相当。
在地球大气中，太阳光发生Rayleigh散射的粒子主要是气体分子。
5.分子能级包含哪些能级？各有什么特点？根据分子内部原子核或核外电子运动的方式不同可以分为：转动能级、振动能级和电子能级，分别对应发生能级跃迁时转动能、振动能和电子能（一般能级跃迁时不涉及平动能变化）。
转动能级变化所对应吸收或发射的光谱波段位于微波或远红外波段；振动能级则位于中红外波段（很少独立产生，常伴随转动跃迁）；能量最大的电子能级位于可见光和紫外波段。
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写出电磁波波长、波数和频率之间的关系。
1v=-=4 （入是波长."是波数.帝是频率） c A写出立体角的定义。
立体角定义为锥体所拦截的球面积"与半径r 的平方之比，表示为G=£ = sm&d&d0（极坐标中&为天顶角，0为方位角），单位为球面度（sr ）or对于各向同性辐射，已知辐射强度为I,写出其通量密度・ 大气的消光作用主要包括哪些？散射和吸收两种作用从介质中传播的光束内移除能量，光束被衰减，我们称这种 衰减为消光。
什么是消光截面？与粒子的儿何面积类似，用来表示粒子从初始光束中所移除的能崑人小。
简述消光截面、质量消光截面、消光系数之间的关系• 消光系数二消光截面X 粒子数密度 消光系数二质量消光截面X 密度简述消光截面.吸收截面和散射截面之间的关系.散射截血是描述微观粒子散射概率的一种物理量，衣示单位时间内粒子被散射到单位立体角内的概率。
消光截面=吸收截面+散射截面（加‘）。
什么是散射尺度参数？散射的分类？粒子人小对散射的作用可以用一个称为尺度参数的物理项来推求。
对于球形粒子我 而言，它的尺度参数定义为粒子周长与入射波长久之比，即X=— OA散射的分类：若%«1,则散射称为瑞利散射，当xni,则散射称为洛伦茨一米散 射。
什么是独立散射？当人气分子和微粒的间距分开得足够宽，以致每个粒子散射光的情况严格等同于其 他粒子不存在时的情况时的散射，称为独立散射。
什么是单散射和多次散射？ 只发生一次的散射叫做单散射。
多于一次的散射称为多次散射。
简述黑体的物理意义？黑体是指能够完全吸收的物质结构。
写出普朗克公式的三种形式•频率域： R 「八2尿BQ)-加c 2(e^-l)波长域： 诃=址e 一 1）波数域：R(T 、 2hcV BQ)-心 內一1写出斯蒂芬•玻尔兹曼定律・光谱辐射强度随温度不同，各条曲线互不相交，温度越高，所仃波长的光谱辐射出 射度也越大.每条曲线下的而积代表给定温度的总辐射强度。
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56、试利用几何光学理论说明华的形成原因和出现位置。
当太阳、月亮或其他发光体透过轻雾或薄云而可见时，华就是与光源周围经常观测到的发光相联系的现象。华常呈圆形，并与发光体同心。当薄云由尺度几乎相等的粒子组成，即达到所谓的单分散条件时，薄云就可能形成华。
57、试利用几何光学理论说明天空中虹的形成原因和出现位置。
中性点为偏振度为零的点。瑞利散射理论预测中性点仅出现在正前方和正后方。由于分子和粒子的多次散射以及地表的反射，通常在无云大气中存在许多中性点。
42、写出矢量波动方程和标量波动方程。
矢量波动方程
（ 是波数，表示真空中的传播常数。 是真空中的波长。 ，是介质在频率 上的复折射率。A可以使E或H。）
标量波动方程
38、分别写出垂直/平行分量瑞利散射的强度方程和相函数，它们各有什么特点。
垂直分量：
平行分量：
39、画图说明散射方程中平行分量和垂直分量的定义。
入射电场强度可以是个矢量，它可任意分解为一个平行分量（l）和一个垂直分量（r），每个分量均受到偶极子的散射。我们可以选择这样一个分量，它的方向总是垂直于由入射光束与散射光束确定的散射截面，这个分量为垂直分量，而另一个分量则总是平行于散射平面，即平行分量。
频率域：
波长域：
波数域：
13、写出斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
光谱辐射强度随温度不同，各条曲线互不相交，度越高，所有波长的光谱辐射出射度也越大，每条曲线下的面积代表给定温度的总辐射强度。 （ ）
黑体发射的通量密度 （ ）
14、写出维恩位移定律。
1.每条曲线都有一个极大值。
2.随着温度升高，辐射的峰值波长减小，辐射中包含的短波成分增加。
氮、氧、臭氧、二氧化氮
60、写出红外区主要的大气吸收分子。
第二章 大气辐射学
第2章大气辐射学
2.1 辐射的基础知识
短波辐射 长波辐射
X-rays Ultraviolet (UV) Visible Near-Infrared (Near-IR) Middle-IR Far-IR Microwave
l < 10nm 10 < l < 400nm 0.4 < l < 0.76µm 0.7 < l < 4.0µm 4.0< l < 30µm 30 < l < 100µm 1mm<l<1m
Q
t r r 2 0
1
t2
S l0
sin sin
cos cos cos Pl dt
m
春分
夏至
秋分
冬至
春分
夏至
秋分
冬至
第2章 辐射与热量平衡
2.4 到达地面的太阳辐射
二、到达地面的太阳散射辐射
由于大气的 存在,到达地表的辐射除太阳直接辐射外，还有从天 空各个方向射的太阳散射辐射，又称为天空辐射。 • 太阳散射辐射取决于太阳高度角、大气透明度系数、云量、海拔高 度、及地面反射率。
E * I * T 4
上式称为Stefan-Boltzmann定律。表明物体温度越高，其放射能 力越强。
推论： 根据Stefan-Boltzmann定律计算的温度称为等效黑体温度或 亮度温度（Brightness temperature）TB。
第2章大气辐射学
2.2 辐射的基本定律
三、Wien定律：
附：立体角定义
球坐标系中，立体角定义为球面面积元与 半径平方之比。若立体角元为 d ，球面 面积元ds，则
ds r sin d rd
大气辐射学课后答案.
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3⨯107W/m 2；②3.7⨯1026W ；③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47⨯108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52⨯108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
《大气辐射学》课件
大气辐射的基本概念和原理
辐射
解释了辐射的基本概念和辐 射能量的传播方式。
辐射平衡
讲述了地球大气辐射平衡的 原理和影响因素。
辐射传输
介绍了大气中辐射的传输过 程和影响因素。
大气辐射的观测与测量方法
太阳辐射观测
介绍了太阳辐射的观测方法和 测量设备。
红外辐射观测
讲解了红外辐射的观测原理和 测量技术。
长波辐射观测
探讨了长波辐射的观测方法和 测量仪器。
大气辐射的影响因素和变化规律
地理位置
解释了地理位置对大气辐射的影响和差异。
季节变化
讨论了季节变化对大气辐射强度和大气污染对辐射能量的影响。
大气辐射对地球和气候的影响
1
全球气候
解释了大气辐射在全球气候系统中的
温室效应
2
作用。
讨论了大气辐射与温室效应的关系和
影响。
3
冰川融化
探究了大气辐射对冰川融化的影响和 加速效应。
大气辐射的应用领域
太阳能利用
介绍了大气辐射在太阳能利用 和光电发电中的应用。
天气预报
讲解了大气辐射在气象预报和 气候模拟中的应用。
农作物生长
探讨了大气辐射对农作物生长 和光合作用的影响。
结论及总结
通过学习《大气辐射学》，您对大气辐射的基本概念、原理、观测方法、影响因素和应用领域有了更深 入的了解。希望本课件帮助您扩展知识领域并激发学术研究兴趣。
大气辐射学
《大气辐射学》PPT课件将带您深入了解大气辐射学的基本概念、原理、观 测方法、影响因素和应用领域，以及其对地球和气候的影响。
大气辐射学的介绍
1 定义和背景
解释了大气辐射学的定义和研究背景。
大气辐射学1
第三章大气辐射学参考书目：1、刘长盛，刘文保编著. 大气辐射学. 南大出版社，1990宏气象出版社2、尹宏. 大气辐射学基础. 气象出版社，1993、Kuo-Nan Liou. 周诗健等译. 大气辐射导论. 3K N Li气象出版社，1985, 2004大气辐射学3.1 辐射的基本概念31辐射的物规律3.2 辐射的物理规律3.2.1 吸收率、反射率、透射率3.2.2 黑体辐射定律3.2.3 太阳辐射和地球辐射的差异3.3 地球大气对辐射的作用3.4 太阳辐射在地球大气中的传353.5 长波辐射在大气中的传输3.6 地面、大气及地气系统的辐射平衡大气辐射学(3.1-3.3)(3133)•3.1 辐射的基本概念323.2 辐射的物理规律3.2.1 吸收率、反射率、透射率3.2.13.2.2 黑体辐射定律3.2.3 太阳辐射和地球辐射的差异3.3 地球大气对辐射的作用333.1 辐射的基本概念3.1.1 电磁辐射1、定义：以电磁波形式传播能量的方式称为辐射。
为辐射所传递的能量称为辐射能，有时也简称为辐射。
3、电磁波长范围：10-16m~106m宇宙射线、γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波见光红外线微波无线电波4、大气科学关注波段：太阳、地球和大气辐射波段：0.1μm ----120μm, 既紫外、可见、红外遥感探测中：除了上面的，还有微波、无线电波大气辐射学(3.1-3.3)(3133) 3.1 辐射的基本概念32• 3.2 辐射的物理规律3.2.1 吸收率、反射率、透射率3.2.13.2.2 黑体辐射定律3.2.3 太阳辐射和地球辐射的差异3.3 地球大气对辐射的作用333.23.2辐射的物理规律321一物体对辐射的作用和选择性3.2.1吸收率、反射率、透射率、物体对辐射的作用和选择性吸收、反射、透射三种作用(P66图3.3）物体对辐射的吸收、反射和透射的选择性物体对不同波长辐射具有不同的吸收择性：率、反射率和透射率，这种特性称为________________。
大气辐射学wp01
定义一个尺度参数
x 2a
当x<<1时，称作瑞利（Rayleigh）散射 当x>或≈1时，称作洛仑茨-米散射（Lorenz-Mie） 图1.4
多次散射过程 图1.5 区分单次散射和多次散射 单次散射：移走了一部分入射光，削弱了原来的光强度。 多次散射：两次以上（含）的散射称作多次散射。被单次散 射移走的光有一部分再次回到原来的传输方向，增强了原 来的光。 单次散射+多次散射，综合作用一般情况下还是削弱了原来 的光强度。
思考：大气辐射过程
大气发射、吸收； 大气辐射在路径上的传输过程，遭遇大气吸收、散射、折射、反射； 大气辐射：太阳（短波）辐射，地球大气（长波）辐射；
问题：大气辐射的控制方程是什么？
力学：牛顿三定律（惯性定律、加速定律、 作用与反作用定律） 电磁学：麦克斯韦方程组 量子力学：薛定谔方程 辐射学：？？？
dE I cosddAddt
单位：
单色辐亮度（radiance）图1.3
Wm ster
2 1
1
基本辐射量
单色辐亮度（radiance）图1.3
dE I cosddAddt
Wm ster
2 1
1
单色辐亮度是单位面积、单位时间、单位波长 和单位球面度上所通过的辐射能量。辐射强度 是来自一定方向的辐射流。
F I
由公式计算得到
F I cosd
0 2 2
0
/2
0
I cos sin dd
辐亮度与辐射通量的测量
？？
辐射强度表（辐亮度），辐射通量表
散射和吸收过程
(无水印)题库-大气辐射学复习题(最新整理)
84．晴朗天空呈蓝色的原因(多选)? 【答案】：ADA. 主要是分子散射B. 主要是粗粒散射C. 散射能力与波长四次方成正比D. 散射能力与波长四次方成反比85．地面辐射差额的定义是（）。
【答案】：DA．地面吸收的太阳直接辐射与地面长波出射度之差；B．地面吸收的长波辐射与地面有效辐射之差；C．地面吸收的太阳总辐射与地面长波出射度之差；D．地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射之差。
86．下列哪一种说法不正确：（）【答案】：CA.物体温度越高，辐射能力越强；B.物体在热辐射平衡条件下，吸收多少辐射，放出多少辐射；C.黑体的辐出度与波长的四次方成正比，与其它因素无关；D.黑体最大放射能力所对应的波长与其绝对温度成反比。
87.大气具有保温效应的原因是【答案】：CA．大气容易吸收太阳短波辐射 B．大气容易发射短波辐射C．大气对长波辐射吸收多，对短波辐射透明度高 D．大气中水汽含量多88.下列哪一条不是晴空呈兰色的原因：A.到达人眼的可见光，既非波长太长的光，又非波长太短的光；B.到达人眼的光是不同波长的混合散射光；C.到达人眼的光是不同波长的混合折射光；D.人眼感觉敏锐的色光偏向于绿色【答案】：C89.温度为T的灰体球，对长波辐射吸收率为Aλ，对短波辐射发射率为ελ，下列关系正确的是（）A.Aλ=ελ<1B.Aλ〈ελ<1C.Aλ〉ελ>1D.Aλ=ελ=1 【答案】：A90.一年中南京大气上界太阳辐射日总量最大的是（）A.春分日B.夏至日C.秋分日D.冬至日【答案】：B91.关于长波辐射在大气中传输不同于太阳辐射的特征，下列哪一条不正确（）A.不计散射削弱作用B.可以不考虑大气本身发射的长波辐射C.具有漫射性质D.必须考虑大气本身发射的长波辐射【答案】：B92．分子散射的特点是：（）A．与波长无关，前向散射大；B．与波长成正比，后向散射大；C．与波长四次方成反比，前向后向散射相同；D.与波长四次方成正比，前向后向散射相同。
大气辐射复习题
大气辐射复习题大气辐射复习题大气辐射是指地球表面和大气层之间的能量传递过程。
它是地球能量平衡的重要组成部分，对地球的气候和环境起着至关重要的作用。
下面我们来复习一些关于大气辐射的问题。
一、选择题1. 大气辐射主要包括以下哪几种类型？A. 可见光辐射B. 紫外线辐射C. 红外线辐射D. X射线辐射答案：A、B、C2. 大气辐射的传播方式主要有以下几种？A. 平行传播B. 散射传播C. 吸收传播D. 干涉传播答案：B、C3. 下列哪个因素对大气辐射的传播具有重要影响？A. 大气成分B. 大气温度C. 大气湿度D. 大气压强答案：A、B、C4. 大气辐射的主要来源是什么？A. 太阳辐射B. 地球辐射C. 人造辐射D. 宇宙辐射答案：A、B5. 大气辐射的能量主要集中在哪个波长范围内？A. 红外线波段B. 可见光波段C. 紫外线波段D. X射线波段答案：A、B二、判断题1. 大气辐射的传播速度与波长无关。
答案：错误2. 大气辐射的传播路径主要是直线传播。
答案：错误3. 大气辐射在大气层中的传播会发生散射现象。
答案：正确4. 大气辐射的强度与大气成分无关。
答案：错误5. 大气辐射主要是由地球辐射产生的。
答案：错误三、简答题1. 什么是大气辐射？答：大气辐射是指地球表面和大气层之间的能量传递过程。
它包括太阳辐射和地球辐射两部分。
2. 大气辐射的传播方式有哪些？答：大气辐射的传播方式主要有吸收、散射和透射三种。
其中，吸收是指大气层吸收辐射能量，散射是指辐射能量被大气中的分子和粒子散射改变方向，透射是指辐射能量穿过大气层到达地面。
3. 大气辐射的主要来源是什么？答：大气辐射的主要来源是太阳辐射和地球辐射。
太阳辐射是指太阳发出的能量，地球辐射是指地球表面吸收太阳辐射后再辐射出去的能量。
4. 大气辐射的能量分布情况如何？答：大气辐射的能量主要集中在红外线和可见光波段。
其中，红外线波段的能量占大气辐射总能量的大部分，可见光波段的能量占辐射总能量的一小部分。
大气辐射学_石广玉
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瞬时辐射强迫（IRF）与调整过的辐 射强迫（ARF）
RFCC（IThe updated 100-year linear trend (1906 to 2005) of 0.74 ℃ [0.56 ℃ to 0.92 ℃] is therefore larger than the corresponding trend for 1901 to 2000 given in the TAR of 0.6 ℃ [0.4 ℃ to 0.8 ℃].
Climate Change in China (from Qin) Global and China annual temperature changes in the recent 100 years, relative to the period 19611990
Global
China
( Globe: CRU/Jones PD, China: Wang S )
温室气体气候效应的评估方法
• 地面温度的变化：如果想用一个单一的热力学物理量来表征全球气候状况的话，那么地面温度无疑 是最恰当不过的。因此，地面温度的变化是温室气候效应的最直观、也是最终的一种度量。利用第 5章所介绍的能量平衡气候模式（EBM），辐射-对流模式（RCM）以及更复杂的大气环流模式 （GCM）可以计算大气温室气体浓度变化引起的地面温度变化。但是，正如第5章所指出的，地面 温度变化取决于地气系统中的多种反馈过程，例如水汽-温度反馈、雪冰反照率-温度反馈以及云-气 候反馈等。对这些反馈过程，目前尚未完全了解。因此，即使在气候系统的外部强迫已知的条件下， 对地面温度变化的预测的不确定性仍然很大。比如，当大气中二氧化碳浓度增加1倍时，目前预测 的地面温度变化在之间，相差3倍左右。 辐射强迫：另一种评估温室气体气候效应相对大小的方法是，计算某种气体的大气浓度变化后它所 引起的对流层顶净辐射通量的变化，即辐射强迫（RF）。用辐射强迫来表征不同温室气体气候效 应相对大小的好处是： 1）辐射强迫可以提示气候变化的总趋势。如上所述，辐射强迫将扰动入射和出射辐射的平衡， 为了建立新的辐射平衡，气候系统将响应此种扰动而发生变化。例如，平均而言，当RF>0 (定义向 下的辐射通量为正)时，它将加暖地面和对流层；而当RF<0时，地面和对流层将会变冷。 2）由于避开了地气系统中的多种复杂反馈过程，因此可以以比确定气候变化本身高得多的精 度来确定它，从而比较各种辐射强迫因子的相对大小。目前的气候模式主要由于对气候系统中各种 复杂的反馈过程的处理不同，对于相同的外部强迫所得到的地面温度变化 (更不要说降水等其他气 候变化)是很不相同的；而且甚至无法断定何种结果更接近实际情况。但是，就RF而言，特别是各 种GHGs浓度变化所产生的辐射强迫，却可以以高得多的精度来确定它，从而得以比较它们的相对 大小并进而给控制GHGs排放的政策制定提供参考依据。 这里值得注意的是，由于气候系统中大气、海洋，可能还有冰雪圈、地表以及生物圈之间复杂 的相互作用，当不存在任何辐射强迫，即RF=0时，气候也可以发展变化。不过，一般说来这种变 化是短期的，而且是可以恢复的。 全球增温潜能（GWP）与温变潜能（GTP）：需要强调指出的是，以上两种度量方法均建立在大 气中温室气体浓度变化的基础上，而不直接涉及某种气体向大气中的释放量。但是，从制定方针、 政策的观点来看，估价某种温室气体的进一步释放所可能产生的影响显得更为重要。所以，应当寻 求一种度量方法，它可以把对单个分子的温室强度的计算与对分子的大气寿命的估计结合起来，同 时它又能将该种气体在大气中引起的化学变化（主要指生成新的温室气体分子）所带来的间接温室 效应包括进去。受到大气臭氧损耗潜能（ODP）的启发，提出了全球增温潜能的概念，实际上它也 是一种辐射强迫指数，但其中包含有温室气体分子大气寿命的信息。
大气辐射学课后答案
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wmm Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯ ③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3⨯107W/m 2；②3.7⨯1026W ；③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47⨯108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52⨯108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气物理辐射课后习题
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3⨯107W/m 2；②3.7⨯1026W ；③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47⨯108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52⨯108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气辐射学课后习题解答
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3⨯107W/m 2；②3.7⨯1026W ；③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47⨯108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52⨯108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
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习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m 2） 任意距离处太阳的总辐射通量不变：()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案：①6.3⨯107W/m 2；②3.7⨯1026W ；③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d 1=1.47⨯108km ）为S 1，在远日点时（d 2=1.52⨯108km ）为S2，求其相对变化值121S S S -是多大。
答案：6.5%同1（1）：221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体，直径为2km ，云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体：余弦辐射体+立体角 根据：202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体，地球大气上界表面为300K 的黑体，在日地平均距离d 0=1.50×108km 时，求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
答案：0.286 Wm -2μm -1，31.2 Wm -2μm -1Planck law(5.2.6)+习题1 1）()()()()()()()2202021/25028842211528212112110,580010,5800(e 1)6.9610 3.742710143881.4961010exp 11058006.961013293.27861.496100.2877s s s C T r F m K F m K d r C d m W m m mK m m m K m Wm m m Wm m λμμλμμμμμμ-----==-⨯⨯=⎡⎤⎛⎫⨯-⎢⎥ ⎪⨯⎝⎭⎣⎦⨯=⨯⨯=2)()()210/584252110,300(e 1)3.7427101438810exp 11030031.18CTC F m K W m m mK m m K Wm m λμλμμμμμ---=-⨯=⎡⎤⎛⎫-⎢⎥ ⎪⨯⎝⎭⎣⎦=5、如果太阳常数增加4%⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆00S S ，太阳表面有效温度升高多少度，地球表面有效温度升高多少度（行星反射率为0.3）。
答案：58K ，2.6K解：设太阳、地球表面有效温度为T日e、T 地e ，地球半径为r ，行星反射率为R（1）因为以日心为中心，以太阳半径R ⊙和日地平均距离d 0为半径的两个球面上通过的太阳辐射通量应该相等，即)1(4420024----⋅=⋅Θd S R T e ππσ日)(5777)1096.6(106696.51367)10496.1(42882114220K R S d T e =⨯⨯⨯⨯⨯==-Θσ日对（1）式两边取对数求微分，整理得4S S d T dT e e =日日 当S S d T dT e e 、日日比较小时，可以用差分（增量）去近似微分，于是上式可近似为 %140=∆=∆S S T T e e 日日 所以 )(77.575777%1%1K T T e e =⋅=⋅=∆日日 （2）当地气系统达到辐射平衡时，有)2(4)1(4220---=-e T r R r S 地σππ得到 )(255106696.54)3.01(13674)1(4840K R S T e =⨯⨯-⨯=-=-σ地 与前面类似，对（2）两边取对数微分，再用差分近似微分，则有)(55.2255%1%1K T T e e =⋅=⋅=∆地地所以太阳表面有效温度升高57.77度，地球表面有效温度升高2.55度6、求夏至日在赤道与极点（ϕ = 90°N ）大气上界水平面上太阳辐射日总量的比值。
答案：0.73如第7题，夏至日在赤道与极点（ϕ = 90°N ）大气上界水平面上太阳辐射日总量分别为3.45⨯107 J m -2d -1、4.71⨯107 J m -2d -1，二者比值为（3.45⨯107）/（4.71⨯107）=0.737、若不考虑日地距离变化，假定d = d 0，求出纬度ϕ =0°、40°、90°处，在春分、夏至、秋分、冬至时大气上界水平面上太阳辐射日总量的值（Q d ）。
说明这三个纬度上Q d 年变化的不同特点。
-2-1()()2d m 0000000sin sin cos cos cos π864001367sin sin cos cos cos πcos tan tan ,T Q d S in radωϕδϕδωωϕδϕδωωδϕω=+=⨯⨯+=-春分δ=0；夏至δ=23O27‘；秋分δ=0；冬至δ=-23O27‘8、设有一气层，可只考虑其吸收作用，有一平行辐射，波长为λ，射入气层前的辐射通量密度为10Wm -2 μm -1，经气层中吸收物质的含量u = lg/cm 2的吸收后，辐射通量密度为5W μm -1。
求该气层的吸收率及质量吸收系数（k λ）。
答案：0.7 cm 2/g()()2205/50%10/a W m m E A E W m m μμ⋅===⋅ 0,0,',,0',,0,0,,0221e e1'ln 1ln 0.510.693k ul k ul l E E E E E k u E gcm cm g λλλλλλλλλ-⋅-⋅--==⎛⎫=-⎪ ⎪⎝⎭=-= 或0,'0,22111e0.51'ln 0.51ln 0.510.693k uA k u gcm cm g λλτ-⋅--=-=-==-=-=9、波长λ = 0.6μm 的平行光束，垂直入射10m 厚的人工云层，射入前及透过云层后的辐照度分别为：F 0=100(mW cm -2)及F =28.642(mW cm -2)。
设云中水滴数密度N （个/cm 3）及云滴半径r = 10μm 各处均一。
只考虑Mie 的一次散射。
求 ① 云层的容积散射系数βλ’=?；② 云中水滴数密度N ；③ 若光束与云层法线成60°角入射，则射出云层后的辐照度F =？。
答案：①1.25⨯10-3 cm -1；②200个/ cm 3；③8.2(mW cm -2) 1）0,0,,0,0,0,0,0,,01eln 1'ln 10128.642ln 101000.125lk dl l l ll E E E k dl EE k m E m m λλλλλλλλλ--⎰=⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭⎛⎫=- ⎪⎝⎭=⎰ 2）()232262210104.720.620.125198.9221010scsc sc sc sc rmmQ r k N k N cm r m ππλαλμσπσππ--⨯===∴=≈====⨯3）()0,0sec ,,00.1251022e1008.21zk dz l E E e mWcm λθλλ--⨯⨯-⎰===10、对于λ = 0.32μm 的太阳辐射，若只考虑大气的气体分子散射与O 3的吸收，当地面气压为1个大气压，O 3总含量uO = 2mm ，，太阳天顶角θ = 40°时，求整层大气对此波长的透射率。
答案：0.254()()()()()(),, 4.05,,0.008813 4.05exp 802100.00880.32 1.3037exp 0.160.8884 1.30370.254O R O O O O k u m meem m λλλδθδθλλτθ-⎡⎤-+⎣⎦-+---==⎡⎤=-⨯⨯+⨯⨯⎣⎦=-+⨯⎡⎤⎣⎦=11、求大气的透明系数P ∆λ，光学厚度τ∆λ及大气上界处S ∆λ,0=？答案：0.68465，0.373，22.31 Wm -2 即为长法求大气顶太阳辐射通量密度。
(),,0ln ln 0m S S m λλλδ=- (5.4.39)y A Bx =+ (5.4.40)假定不同太阳天顶角时大气性质不变，则透过率为常数。
当测得几组观测值后，可用线性回归求出斜率和截距： θ： 40 50 60 70 m=secθ： 1.3037 1.5525 1.9927 2.8999 S λ： 13.95 12.55 10.46 7.67 lnS λ： -3.91202 -4.01738 -4.19971 -4.50986 A=3.10932 S λ0= 22.4058 (Wm -2) B=-0.3726 (光学厚度τ∆λ)透明系数：透过率：exp(B)=0.6889412、由飞机探测得到各高度的水平面上向上、下的辐射通量密度如下表（P 为各高度气压值）：P (hPa) 1010 786 701)m (W 2-↓⋅F672.9 725.2 751.7)m (W 2-↑⋅F56.9 82.3 94.1求各高度间气层的辐射变温率（℃/24h ）。
答案：1.46℃/24h各高度E*为：P (hPa) 1010 786 701E*（Wm -2）616 642.9 657.6 )m (W 2-↑⋅F56.9 82.3 94.11010-786hPa:()24*2436009.8642.9616243600100478610101001.013/24hp Tg E tc pC h∆∆=-⨯⨯∆∆-=-⨯⨯-⨯=786-701hPa()24*2436009.8657.6642.924360010047017861001.458/24hp T g E tc pC h∆∆=-⨯⨯∆∆-=-⨯⨯-⨯=13、设有一温度T =300K 的等温气层，对于波长λ=14μm 的定向平行辐射当只有吸收削弱时，垂直入射气层的透射率T r =0.6587。