第二节地面和大气辐射

3、地—气 系统 的辐射差额
如果将地面和大气看作是一个系统那么收入的辐射和支出 的辐射之差就是地—气系统的辐射差额
得：(Q+q)(1-a)——地面吸收的太阳辐射能
qa ——大气吸收的太阳辐射 失： F∞ ——透过大气层地面辐射和大气辐射射向宇宙空 间的能量 也可变为：Rş= (Q+q)(1-a) +qa-F∞ 就个别地区来说，地—气系统的辐射差额即可以为正也 可以为负。就整个地气系统来讲，这种辐射差额的多年平 均值因为零，整个地球所吸收的能量和放出的辐射能量是 相等的，从而使全球达到辐射平衡。
大气对地面的保温作用
太 阳 辐 射 射向宇宙空 间
地
面 吸
大气吸收
大 气 辐 射
大气上界
大 气 吸 收
收
射向地面 地面
地面增温
“太阳暖大地” “大气还大地” “大地暖大气”
大气温室效应和阳伞效应
温室效应
大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的
玻璃一样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面有 保温和增温作用，这种现象称为大气温室效应。 阳伞效应 大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，
太阳、地面和大气之间的热传递
削弱作用
太 阳
太阳辐射
地 面
地面辐射
大气逆辐射
保温作用
大 气
大气辐射
宇 宙 空 间
地面辐射
气 大
大气吸收地 面辐射增温
圈
大气逆辐射 把热量还给地面 地面吸收太阳辐射增温
分析比较赤道地区和热带沙漠地区的昼夜温差
30℃ 赤道地区
25℃
40℃ 热带沙漠
15℃
赤道地区
热带沙漠
地面得到的太阳辐射能+大气逆辐射
地面辐射
（Q+q太阳直接辐射和散射辐射） Rg (Q q)(1 a) Eg Eg a为反射率
Rg (Q q)(1 a) F0
地面有效辐射
为正时地面有热量积累，地面温度将上升 为负时地面有热量亏损，地面温度将下降 为零时地温没有变化，处于辐射动态平衡状态
10—15微米。所以将地面大气的辐射称为长波辐射。而 将太阳辐射称为短波辐射。
太阳辐射 0.2——3.0µ m 短波辐射 长波辐射
地面大气辐射 3——120 µ m
4、大气辐射的特点：
（1）大气对长波辐射的吸收 大气对长波辐射的吸收非常强烈，大气中对长波吸收其重 要作用的成分有水汽、液态水、二氧化碳、和臭氧，他们对 长波辐射的吸收同样具有选择性。
时空分布： 日变化：白天为正,夜间为负。由正值变为负 值是日落前1—1.5小时，由负值变为正值时是 日出后1小时。 年变化：夏季为正，冬季为负，低纬度地区辐 射差额保持正值的月份越多，高纬度地区辐射 差额保持正值的月份越少。
就整个地球表面平均来讲收入是大于支出 的,也就是说,地球表面通过辐射的交换来获得 热量。
辐射平衡1
（一）什么是辐射 一、辐射的基本知识 （二）物体对辐射的吸收、反射和透射
（三）辐射差额
太阳辐射
（一）太阳辐射光谱和太阳常数
二、太阳辐射 （二）太阳辐射在大气中的衰减 （三）到达地面的太阳辐射 （四）地面对太阳辐射的反射
第二节
地面和大气辐射
一、地面、大气的辐射 二、地面有效辐射 三、地面及地气系统的辐射差额
Βιβλιοθήκη Baidu
（2）大气窗口：
在8—12 µ m ，大气中的各种物质吸收地面长波辐 射最弱因此这个波段的辐射不受阻挡，可以畅通无阻 的进入宇宙空间投射率最大，而其他波段被大气中的 物质吸收，不能出去，像被墙挡住一样，就像大气特
地为这个波段开了一个窗口一样，所以把这个波段叫
做大气窗口，即大气对这个波段无影响。（P32） 这个波段的辐射，正好位于地面辐射能力最强处， 所以地面辐射有20%的能量经过这个窗口射向宇宙空间。



（3）大气直接热源——地面的长波辐射 （4）大气逆辐射：地面辐射是向上的，大气辐射 既有向上的，也有向下的，大气辐射中向下的那 一部分因为刚好和地面辐射相反，故称大气逆辐 射。 （5）大气对地面的保温作用
保温作用 大气对地面辐射的强烈吸收 大气逆辐射
月球表面没有大气，因而没有大气的保温效应，白天太阳辐射的地方温度可 达127℃ ，夜晚则降到-183℃ 。
3、地面辐射与大气辐射的共同特点：
根据斯蒂芬—波尔兹曼定律物体温度越高放射辐射的 能力越强所以太阳辐射的能力远远高于地面和大气，白 天高于夜晚，也可以通过公式具体计算出大气、地面在 一定温度下的辐射能量。 根据维恩定律可以计算出大气、地面在自然温度幅度 内的波长范围根据计算地面和大气的辐射波长范围大概 在3—120微米属于红外辐射其辐射能最大的波段集中在
E
Ea
地面有效辐射的变化规律：
日变化：中午前后达到最大值以后逐渐变小，到早晨 达到最小
年变化：夏季大，冬季小，但由于水汽和云的影响，
最大值出现在春季。
三、地——气系统的辐射差额（一个研究对象）
1、地面的辐射差额：
Rg 地面吸收的辐射与放出的辐射之差。
即 地面的辐射差额=地面得到的能量—地面失去的能量
减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称之
为大气阳伞效应。
玻璃温室
二、地面有效辐射（二个研究对象
辐射就意味能力损失
）
地面辐射与大气逆辐射是经常存在的，地面放出辐射和地 面吸收的大气逆辐射之差称为地面有效辐射。
F0 Eg Ea
F0
Eg
地面有效辐射 地面辐射
地面吸收的大气逆辐射 F0 在通常情况下为正，是地面通过长波辐射失去热量 F0 为负时（逆温、潮湿），是地面通过长波辐射获得热量
一、地面、大气的辐射
1、地面辐射：宇宙中的任何物质，只要它的温度高于
绝对零度时都能放射能量，地面吸收太阳辐射后（45%-
反射掉）转变为热能后，使地面增温，然后日夜不停的
向外放射辐射，这就是地面辐射。 2、大气辐射：大气对太阳辐射的吸收很少（24%）但能 强烈的吸收地面的辐射，大气主要靠吸收地面辐射后升 温，它也日夜不停的向外放出辐射，叫大气辐射。
2、大气的辐射差额：
大气得到的辐射能与大气失去的能量之差 得：大气直接吸收的太阳辐射+地面辐射 失：大气逆辐射+大气辐射到宇宙空间
得—失 Ra (qa Eg ) (Ea F )
(qa Eg )
(Ea F )
Ra qa F0 F
整个大气层的辐射差额为负值，也就是说，大 气是通过辐射能量来失去热量的。