农业气象学第二章辐射(2)
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2
积分结果： EBT=δT4 δ是斯第芬—波尔兹曼常数5.67×10-8J/( m2.s.k4)。
光合有效辐射（PAR） 太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分称为光 合有效辐射。 PAR是Photosynthetically Active Radiation 的英文缩写。PAR的波长范围在0.4～0.7μm,与可见光基 在光合有效辐射波长范围内，决定植物光化学反应的 本重合。 不是叶片吸收了多少辐射能量，而是吸收了多少辐射光量 子个数μEi或Ei。按光化学原理，一个分子吸收一个光量 子，可以引起一个分子的化学反应。即要使1 mol的化合 物起反应，则需要吸收1 Ei（爱因斯坦）的光量子。 因此，在研究辐射与植物光合作用的关系时，实验所 用观测仪器宜采用光量子辐射仪，其单位宜采用光量子通 量密度较合理。近年来一些学者作了大量的有关“不同波 长光量子光合产量测定”的科学实验，并从量子理论的角 度加以证明后，建议采用光合光量子通量密度（Ei/(m2· s) 或μEi/(m2·s））表示被植物光合作用利用的辐射光量子 数。
任何高于-273℃的物体都会向外发射辐射，那么，物体 发射辐射的波长和能量是多少呢？ 发射辐射又要受哪些因子影响呢？
2. 普兰克第二定 律
黑体发射辐射分布定律
2 hc E B 5 hc exp 1 KT
2
式中：h是普兰克常数6.63×10-34（J.s），c是光速 3×108m/s，K是波尔兹曼常数1.38×10-23(J/k)。
0.99 0.99 0.10
0.1~0.02 0.1~0.01
0.01 0.01 0.90
作物植被 a 1
新雪 旧雪 金属铝箔
④辐射通量密度(radiation)：
• 物体在单位面积上单位时间内发射 或吸收、反射、透射的辐射能量，单位 W/m2 或J.m-2.s-1。 黑度 :同一温度下，实际物体的辐射能力恒小于同温
5.01………………….. 5.85………………….. 6.67…………………..
爱因斯坦和爱因斯坦值： 从上面看到每一个光量子所含 能量太小,使用很不方便。采用爱因斯坦值“E”作为光量 子所携带的能量，即1mol光量子，也叫1个爱因斯坦（ 6.02×1023个光量子）所携带的能量E =e×6.02×1023。1 个爱因斯坦指的是6.02×1023个光量子数。
a T T
黑体吸收能力最强，那么它的反射能力就
最弱。 解释：为什么冬季化雪融冰要往地上一些撤土？
4. 斯第芬—波尔兹曼定律： 物体所发出的所有波长的能量进行积分就得到物体在一 定温度下发出的总辐射能量。即
2 hc E d B T 0 hc 5 exp 1 KT
从右图可看出： 1）T越高，曲 线下面积越大 ，发出的总辐 射就越多； 2）发射辐射波 长峰值（即在 这一波长发出 的辐射通量密 度最大）随T下 降向右偏移， 即随温度降低 ，发射辐射的 波长峰值就越 长。
普朗克定律说明：某物体，当温度一定(如：太阳 6000K，地球平均为288K)，它是可以发出不同波长的辐 射的；当给定一个波长λ后，就可计算出此物体在这个温 度下，所发出的这个波长λ的能量是多少。
度下黑体的辐射能力。不同物体的辐射能力差别较大 ，用黑度e表示物体的辐射能力：
黑度表示实际物体接近黑体的程度。黑度是物体 的一种性质，只与物体本身的情况有关，与外界因素 无关，其值可实验测定。
实际 物体 辐 射能力 E 黑体的 辐射能力 Eb
二、基本定律 普朗克第一定律：
e hc /
其中：h—普兰克常数,它等于6.63×10-34J.S，c—光 速=3×108m/s，λ—波长 (μm)。 从公式看出：波长越短,e就越大，即：波长超短，每 个光量子所带的能量越多。Gamma刀可作脑手术、X光照 片等，因其波长短，能量很大。λ越长,e越小,携带的能量 越少。 例：0.4μm是可见光中的蓝紫光，它的每个光量子所含 能量是多少？ e=hc/λ=6.63×10-34J.S×3.0×108m/s /0.4×106m =4.97×10-19J
第二章 辐 射 §2.1 辐射的基本知识 1、辐射的基本概念
自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上, 都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能 量的方式称为辐射。物体通过辐射所放出的能量，称为 辐射能，简称辐射。 辐射是以电磁波的形式向外放散的。是以波动的 形式传播能量。
2、光谱
λ 0.4
E(J) 4.97×10-19
E 值（ kJ) E/J（1J能量含几个爱因斯坦） 299.2 3.34×10-6(个爱因斯坦光量子群)
0.5
0.6 0.7 0.8
3.97………
3.31……… 2.ຫໍສະໝຸດ Baidu7……… 2.49………
239.4
199.5 171.0 149.9
4.18…………………..
思考和讨论：
太阳和地球的辐射光谱曲线关系如何？
讨论并判断： (1).太阳辐射是短波辐射，地球辐射是长波辐射。 ╳ 地球发射的λ＝0.1～ 3.0 μm的短波辐射Ee 0
(2）.太阳发出的长波辐射比地球的长波辐射少。
╳
3.基尔霍夫定律
俄国科学家基尔霍夫（Kirchhoff）发现：在自然界 中，在一定温度下，物体对某波长的吸收率等于该物体 在同温度下对该波长的发射率。
c
波！
短波波长0.1～3.0μm，长波3.0～+∞。
3. 自然界物体辐射特性 ① 吸收率(absorptivity)：
物体吸收的辐射 投射于物体表面的辐射
② 反射率(reflectivity)： ③ 透射率(transmissivity)：
物体反射的辐射 投射于物体表面的辐射
透过物体的辐射 t 投射于物体表面的辐射
t 1 其中 ， 如物体不透明则 1
关于黑体(a=1)和灰体(a <1)
短波 长波
长波吸收率aL 长波反射率γ
L
下垫面
a 1 土壤
短波反射率α
0.05~0.40 0.15~0.25
0.95 0.4~0.7 0.95
0.90~0.98 0.90~0.99
积分结果： EBT=δT4 δ是斯第芬—波尔兹曼常数5.67×10-8J/( m2.s.k4)。
光合有效辐射（PAR） 太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分称为光 合有效辐射。 PAR是Photosynthetically Active Radiation 的英文缩写。PAR的波长范围在0.4～0.7μm,与可见光基 在光合有效辐射波长范围内，决定植物光化学反应的 本重合。 不是叶片吸收了多少辐射能量，而是吸收了多少辐射光量 子个数μEi或Ei。按光化学原理，一个分子吸收一个光量 子，可以引起一个分子的化学反应。即要使1 mol的化合 物起反应，则需要吸收1 Ei（爱因斯坦）的光量子。 因此，在研究辐射与植物光合作用的关系时，实验所 用观测仪器宜采用光量子辐射仪，其单位宜采用光量子通 量密度较合理。近年来一些学者作了大量的有关“不同波 长光量子光合产量测定”的科学实验，并从量子理论的角 度加以证明后，建议采用光合光量子通量密度（Ei/(m2· s) 或μEi/(m2·s））表示被植物光合作用利用的辐射光量子 数。
任何高于-273℃的物体都会向外发射辐射，那么，物体 发射辐射的波长和能量是多少呢？ 发射辐射又要受哪些因子影响呢？
2. 普兰克第二定 律
黑体发射辐射分布定律
2 hc E B 5 hc exp 1 KT
2
式中：h是普兰克常数6.63×10-34（J.s），c是光速 3×108m/s，K是波尔兹曼常数1.38×10-23(J/k)。
0.99 0.99 0.10
0.1~0.02 0.1~0.01
0.01 0.01 0.90
作物植被 a 1
新雪 旧雪 金属铝箔
④辐射通量密度(radiation)：
• 物体在单位面积上单位时间内发射 或吸收、反射、透射的辐射能量，单位 W/m2 或J.m-2.s-1。 黑度 :同一温度下，实际物体的辐射能力恒小于同温
5.01………………….. 5.85………………….. 6.67…………………..
爱因斯坦和爱因斯坦值： 从上面看到每一个光量子所含 能量太小,使用很不方便。采用爱因斯坦值“E”作为光量 子所携带的能量，即1mol光量子，也叫1个爱因斯坦（ 6.02×1023个光量子）所携带的能量E =e×6.02×1023。1 个爱因斯坦指的是6.02×1023个光量子数。
a T T
黑体吸收能力最强，那么它的反射能力就
最弱。 解释：为什么冬季化雪融冰要往地上一些撤土？
4. 斯第芬—波尔兹曼定律： 物体所发出的所有波长的能量进行积分就得到物体在一 定温度下发出的总辐射能量。即
2 hc E d B T 0 hc 5 exp 1 KT
从右图可看出： 1）T越高，曲 线下面积越大 ，发出的总辐 射就越多； 2）发射辐射波 长峰值（即在 这一波长发出 的辐射通量密 度最大）随T下 降向右偏移， 即随温度降低 ，发射辐射的 波长峰值就越 长。
普朗克定律说明：某物体，当温度一定(如：太阳 6000K，地球平均为288K)，它是可以发出不同波长的辐 射的；当给定一个波长λ后，就可计算出此物体在这个温 度下，所发出的这个波长λ的能量是多少。
度下黑体的辐射能力。不同物体的辐射能力差别较大 ，用黑度e表示物体的辐射能力：
黑度表示实际物体接近黑体的程度。黑度是物体 的一种性质，只与物体本身的情况有关，与外界因素 无关，其值可实验测定。
实际 物体 辐 射能力 E 黑体的 辐射能力 Eb
二、基本定律 普朗克第一定律：
e hc /
其中：h—普兰克常数,它等于6.63×10-34J.S，c—光 速=3×108m/s，λ—波长 (μm)。 从公式看出：波长越短,e就越大，即：波长超短，每 个光量子所带的能量越多。Gamma刀可作脑手术、X光照 片等，因其波长短，能量很大。λ越长,e越小,携带的能量 越少。 例：0.4μm是可见光中的蓝紫光，它的每个光量子所含 能量是多少？ e=hc/λ=6.63×10-34J.S×3.0×108m/s /0.4×106m =4.97×10-19J
第二章 辐 射 §2.1 辐射的基本知识 1、辐射的基本概念
自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上, 都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能 量的方式称为辐射。物体通过辐射所放出的能量，称为 辐射能，简称辐射。 辐射是以电磁波的形式向外放散的。是以波动的 形式传播能量。
2、光谱
λ 0.4
E(J) 4.97×10-19
E 值（ kJ) E/J（1J能量含几个爱因斯坦） 299.2 3.34×10-6(个爱因斯坦光量子群)
0.5
0.6 0.7 0.8
3.97………
3.31……… 2.ຫໍສະໝຸດ Baidu7……… 2.49………
239.4
199.5 171.0 149.9
4.18…………………..
思考和讨论：
太阳和地球的辐射光谱曲线关系如何？
讨论并判断： (1).太阳辐射是短波辐射，地球辐射是长波辐射。 ╳ 地球发射的λ＝0.1～ 3.0 μm的短波辐射Ee 0
(2）.太阳发出的长波辐射比地球的长波辐射少。
╳
3.基尔霍夫定律
俄国科学家基尔霍夫（Kirchhoff）发现：在自然界 中，在一定温度下，物体对某波长的吸收率等于该物体 在同温度下对该波长的发射率。
c
波！
短波波长0.1～3.0μm，长波3.0～+∞。
3. 自然界物体辐射特性 ① 吸收率(absorptivity)：
物体吸收的辐射 投射于物体表面的辐射
② 反射率(reflectivity)： ③ 透射率(transmissivity)：
物体反射的辐射 投射于物体表面的辐射
透过物体的辐射 t 投射于物体表面的辐射
t 1 其中 ， 如物体不透明则 1
关于黑体(a=1)和灰体(a <1)
短波 长波
长波吸收率aL 长波反射率γ
L
下垫面
a 1 土壤
短波反射率α
0.05~0.40 0.15~0.25
0.95 0.4~0.7 0.95
0.90~0.98 0.90~0.99