辐射过程参数化辐射的基本物理概念
第一节 辐射的基本知识
第一节辐射的基本知识一、辐射（radiation）的概念（一）辐射一切物体只要它的温度高于绝对温度零度，都能以电磁波的形式放射能量，这种过程称为辐射。
（二）辐射能（radiant energy）传递的能量就是辐射能。
辐射既指电磁波传递能量的方式，又指借此方式传递的能量。
二、辐射的基本特征量（一）辐射通量（radiation flux）它是指单位时间通过任一表面的辐射能。
单位为j/s或w。
（二）辐射通量密度（radiation flux density）单位时间通过单位面积的辐射能。
单位为w·m-2。
过去气象学上常用卡·平方厘米·分-1(cal·cm2·min-1)，两者的关系为：1cal·cm2·min-1＝697.8w/m2三、辐射的基本定律（一）基尔霍夫定律1、几个基本概念射到物体上的辐射能E，其中一部分被物体吸收（Eα），一部分被物体反射出去（Er），一部分透射过该物体（Et），其式为：E＝Eα＋Er＋Et（Eα/E）×100%＋（Er/E）×100%＋（Et/E）×100%＝1α＝（Eα/E）×100%，称为吸收率。
r＝（Er/E）×100%，称为发射率。
t＝（Et/E）×100%，称为透射率。
当物体完全不透明时，t＝0，α＋r＝1，所以对于完全不透明的物体来说，反射率大，吸收率就小；反射率小，吸收率就大。
（1）绝对黑体如果物体对投射来的所有波长的辐射都能全部吸收（即α＝1），吸收率不随波长而改变，αλ＝1，这种物体称为绝对黑体。
（2）黑体如果物体对某一波长来说全部吸收，则此种物体称为该波长的黑体。
（3）灰体如果物体的吸收率小于1，且不随波长而改变，则此种物体称为灰体。
2、基尔霍夫定律（1）基尔霍夫定律的内容在一定的温度和相应的波长下，任一物体的发射率ε与吸收率α的比值是一常数，可用公式表示为：ελ·T：αλ·T＝常数该常数为同一温度下黑体的辐射能力E（λT）。
10-1光辐射基本概念和规律19
E
d dS2
L cos1 cos2
r2
dS1
L cos2
d2
圆面光源照明距离为r的平行表面中心的光照度
将光源分割为许多宽度很小的圆环，圆环宽度引起j的变 化量为dj，则圆环对物面中心所张的立体角为 d 2 sinjdj
圆环对表面中心照度为 dE L cosj d 2L sinj cosj dj
E
dE
U
0
2L
sinj
cosj
dj
L sin2
U
三、光亮度的传递规律
光亮度在同一介质中的传递——光束的光亮度
在不考虑光传播中的光能损失的情况下：
三、光亮度的传递规律
光束投射到两种介质界面上经过折射后的光亮度变化
在不考虑光传播中的光能损失的情况下：
(设入射光束的光亮度为L1，介质折射率为n1，折射光束 的光亮度为L2，介质折射率为n2)
视见函数（光谱光视效率） 人眼的光谱灵敏度即为视见函数，用符号Vλ 表示。 人眼对λ=555nm的黄绿光最敏感，取该光的视见函数
值V555=1 ，则 Vothers<1，因此，视见函数是人眼的相 对光谱灵敏度。
3、光通量和发光效率—基本物理量
光通量（Φv）
把辐射通量中经过视见函数V 折算到能引起人眼光刺激的等 效能量称为光通量。单位：流明（lm）。
L1 n12
L2 n22
L0
讨论：
基本亮度
当光在界面上的反射 (n2= -n 1)时，L1=L2。 当光在均匀介质中传播(n2= n 1)时， L1=L2。
说明：光学系统中间任一平面上沿光传பைடு நூலகம்方向的基本亮度是一个
常数，这是联系光学系统物像空间亮度的基本关系。
核辐射物理知识点总结
核辐射物理知识点总结核辐射物理是一门研究核能放射性衰变、核反应、离子辐射和电磁辐射等现象的学科，涉及核物理、粒子物理、原子物理、化学物理等多个学科知识。
核辐射物理对于我们了解宇宙的起源和演化、研究原子核结构和核反应、应用核技术等方面都有着重要的意义。
本文将介绍核辐射物理的基本概念、辐射种类、辐射防护、核裂变和核聚变等方面的知识点，希望能为读者提供一些参考。
一、核辐射的基本概念1.1 核辐射的定义核辐射是指原子核发生自发性变化时放出的一种高能射线。
这种高能射线能够穿透物质，使物质产生电离、激发和损伤等作用，因此具有很强的穿透能力和生物学危害性。
1.2 核辐射的种类核辐射主要包括α射线、β射线、γ射线和中子射线四种。
其中，α射线是一种带正电荷的粒子束，由氦原子组成，其穿透能力相对较弱；β射线是高速电子束，其质子数变化，穿透能力大于α射线；γ射线是一种电磁波，其能量较高，能够穿透物质达数厘米，具有很强的穿透能力；中子射线是由中子组成的射线，穿透能力最强，很难被阻挡。
1.3 核辐射的单位核辐射的单位有居里（Ci）、贝克勒尔（Bq）、辐（rad）、格雷（Gy）等。
其中，居里是衡量放射性核素活度的单位，1居里等于1秒内放出2.7×10^10次核变化；贝克勒尔是国际单位制中用于衡量放射性衰变速率的单位，1贝克勒尔等于1秒内有1个核衰变事件发生；辐是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1辐等于1克组织吸收1爱因斯坦能量；格雷是国际单位制中用于衡量辐射吸收剂量的单位，1格雷等于1焦尔/千克。
1.4 核辐射的生物学危害核辐射对人体的生物学危害主要表现在辐射照射后会对细胞和组织产生电离、激发和损伤，导致遗传变异和癌症等疾病。
因此，正确了解核辐射的危害性并采取适当的防护措施是非常重要的。
二、核辐射的辐射防护2.1 核辐射的防护原则核辐射的防护原则包括时间原则、距离原则、屏蔽原则和个人防护原则。
在实际工作中，人们可以通过缩短接触辐射源的时间、增加与辐射源的距离、使用屏蔽材料和配备防护设备等方式来降低辐射的危害。
辐射物理学知识点总结
辐射物理学知识点总结辐射物理学是研究辐射现象和辐射与物质相互作用的物理学分支。
辐射物理学涵盖了很多领域，包括核能、医学、天文学等，广泛应用于生产和科研领域。
本文将对辐射物理学的基本知识点进行总结，希望能够为读者对该领域有一个全面的了解。
一、辐射的定义辐射是指由物质释放出的能量或粒子，通过空间传播的过程。
其形式包括电磁波辐射和粒子辐射。
电磁波辐射包括了光波、微波、射线等，而粒子辐射包括了α射线、β射线、中子等。
辐射物理学主要研究辐射的产生、传播和相互作用规律。
二、辐射的产生辐射的产生主要包括了自然辐射和人工辐射两种形式。
自然辐射是指地球和宇宙空间中存在的自然放射性物质释放出来的辐射，如地壳放射、宇宙射线等；而人工辐射是指由人类活动引起的辐射，如医疗放射、工业放射等。
辐射的产生源头有很多，其中包括了核反应堆、医学放射源、射线装置等。
三、辐射的传播辐射的传播是指辐射能量和粒子在空间中的传播过程，其中包括了辐射的传播路径、传播速度和传播规律。
辐射的传播途径有很多，包括了空气传播、物质传播、真空传播等。
而辐射的传播速度一般遵循光速，但也会受到介质的影响。
辐射的传播规律包括了辐射的衰减、散射和吸收等。
四、辐射与物质的相互作用辐射与物质相互作用是指辐射与物质之间的相互影响和相互作用过程。
辐射与物质的相互作用包括了辐射的散射、吸收、衰减等。
辐射与物质的相互作用规律及其影响是辐射物理学的核心内容之一。
五、辐射的测量和防护辐射测量是指对辐射强度、能量分布和剂量进行测量，以便评估辐射对人体和环境的影响。
辐射防护是指采取措施，减少辐射对人体和环境的危害。
辐射测量和防护是辐射应用的基础，对核能、医学和工业等领域具有重要意义。
六、核辐射核辐射包括了α射线、β射线和γ射线等，这些射线是由原子核放射性衰变产生的。
核辐射的性质和作用机制对核物理和核工程有重要意义，常用于医学诊断、治疗和工业检测等领域。
七、辐射治疗辐射治疗是指利用辐射对癌细胞进行杀伤和控制的治疗方法，是肿瘤学中的重要治疗手段之一。
辐射基础知识
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大气环境模拟中的参数化方案研究
大气环境模拟中的参数化方案研究随着现代科技的发展，人们对于大气环境的模拟与预测需求日益增长。
大气环境模拟是通过数值方法来模拟和预测大气运动、大气化学反应等过程，以便更好地理解和预测气候变化、大气污染等现象。
在大气环境模拟中，参数化方案的选择和研究是至关重要的。
一、参数化方案的意义大气环境模拟中，无法直接模拟和解析全部物理和化学过程，因为这些过程是非常复杂的，并且存在各种尺度的不均匀性。
而参数化方案是一种将这些复杂过程简化为数学方程和物理参数的方法。
通过选择适当的参数化方案，可以准确又高效地模拟大气环境，同时保证计算资源的充分利用。
二、参数化方案的分类在大气环境模拟中，参数化方案涉及到各个组分和过程，包括大气运动、湍流、辐射输送、云微物理、大气化学等。
根据具体的模拟需求，可以将参数化方案划分为以下几个方面：1. 大气运动参数化：大气运动是大气环境模拟的核心。
基于大气动力学的基本方程，通过参数化方案来描述和模拟大气的垂直运动、水平运动、辐合和辐散等现象。
2. 辐射参数化：辐射是大气过程中重要的能量转换过程之一。
通过辐射参数化方案，可以模拟和计算太阳辐射、地球辐射、云辐射等过程，从而准确地模拟大气的能量转换。
3. 云微物理参数化：云是大气中的重要组成部分，对于大气模拟有着重要的影响。
云微物理参数化方案主要用于模拟和计算云的物理性质，如云水含量、云粒子分布、云的辐射和气候效应等。
4. 大气化学参数化：大气化学是指大气中的气体和气溶胶的化学反应过程。
通过大气化学参数化方案，可以模拟和计算大气中的各种气体和气溶胶的浓度分布、反应速率等，从而准确地模拟大气的化学特性。
三、参数化方案的研究方法参数化方案的研究方法主要包括观测与实验研究、数值模拟以及模型评估等。
观测与实验研究可以通过现场观测和实验室实验来获取大气各个组分和过程的观测数据，从而验证和改进参数化方案。
数值模拟则通过数值模型来模拟和计算大气的物理和化学过程，通过对比模拟结果和观测数据，来评估和优化参数化方案。
高中物理辐射
高中物理辐射辐射是一种在物理学中十分重要的概念，它指的是能够从一个物体传播到另一个物体的能量或者粒子的过程。
在高中物理学习中，辐射是一个被广泛讨论的话题，因为它涉及到很多基本的物理理论和现象。
本文将从辐射的定义、种类、特性、应用以及防护等多个方面进行讨论，帮助读者更好地理解和掌握有关辐射的知识。
在物理学中，辐射指的是由发射体向周围环境传播的能量或者粒子。
根据辐射的性质，可以将其分为电磁辐射和粒子辐射两种类型。
电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等，而粒子辐射则包括α射线、β射线和中子等。
这些不同种类的辐射具有不同的穿透能力和危害性，需要我们在使用和接触时特别注意。
电磁辐射是一种很常见的辐射形式，我们可以在日常生活中的各种电器、设备以及自然界中找到。
比如，太阳光就是一种电磁辐射，人们利用可见光进行观察和生活。
但是，过度暴露于紫外线辐射下可能会导致皮肤晒伤甚至皮肤癌等问题。
另外，X射线和γ射线是高能电磁辐射，常用于医学诊断和治疗，但由于其较强的穿透能力，也存在一定的危险性，需要专业人员进行操作。
粒子辐射则是由原子核放射出的带电或者不带电的粒子流。
α射线是由α粒子组成的辐射，穿透能力较弱，但对人体组织的伤害性较高；β射线是由高速电子组成的辐射，对人体组织穿透较强，但相对较易阻挡；中子是中性粒子，穿透能力很强，对人体组织的伤害性也很大。
因此，在核能工业和医学等领域，需要加强对粒子辐射的防护和控制。
在实际应用中，辐射具有广泛的用途，比如在医学诊断中的X射线拍片、CT检查、放射治疗等，还有在工业领域的材料检测、辐射灭菌等。
但是，应用辐射时需要严格控制剂量，减少辐射对人体组织的危害，保障操作人员和环境的安全。
除了应用外，我们也需要了解如何有效防护辐射。
比如，在医学X 射线检查中，患者和医护人员可以通过佩戴铅衣、减少曝光时间、选择合适的检查方式等来减少辐射的危害。
在核能工业中，人员需要严格遵守安全操作规程，加强辐射监测和控制，确保工作环境的安全。
大气辐射传输参数化方案改进与应用
大气辐射传输参数化方案改进与应用是气象学中的重要研究领域。
通过对大气辐射传输的研究，可以更好地理解和模拟大气中的能量传输和分配过程，为气象预测、气候变化研究以及环境保护提供重要的科学依据。
一、大气辐射传输的基本概念大气辐射传输是指太阳辐射经过大气层与地球表面发生相互作用的过程。
大气辐射传输过程涉及到辐射的发射、吸收、散射以及透过等多种物理过程。
了解这些过程对于我们准确预测天气和气候变化至关重要。
二、常用的大气辐射传输参数化方案为了模拟大气辐射传输过程，研究人员根据实际观测数据和物理原理，提出了一系列参数化方案。
其中最常用的包括K模型、长波辐射传输模型（RTM）以及斑模型。
1. K模型K模型是一种简化的大气辐射传输参数化方案，通过将大气分为几个层次，在每个层次中采用不同的辐射强迫系数进行计算。
虽然K模型简化了计算过程，但其精度受到较大的限制，不适用于复杂的气象环境。
2. RTM长波辐射传输模型（RTM）是一种比较复杂的大气辐射传输参数化方案，通过考虑大气中的各种组分和复杂的辐射相互作用过程进行计算。
RTM在模拟大气辐射传输方面具有较高的精度，但计算复杂度也较高。
3. 斑模型斑模型是一种介于K模型和RTM之间的参数化方案，它在考虑大气分层的基础上，采用斑模型系数来描述不同层次之间的辐射传输过程。
斑模型相对于K模型而言更加精确，而且计算复杂度相对较低。
三、大气辐射传输参数化方案的改进尽管现有的大气辐射传输参数化方案能够满足一定的研究需求，但仍然存在一些不足之处。
为了改进这些参数化方案，研究人员开展了一系列针对不同问题的研究。
1. 气溶胶辐射气溶胶是大气中的重要组分之一，对太阳辐射和地球辐射的传输过程有重要影响。
目前的大气辐射传输模型在计算气溶胶辐射过程时存在一定的局限性。
因此，改进气溶胶辐射参数模型是当前的研究重点之一。
2. 近地表辐射大气辐射传输模型通常忽略了近地表辐射的传输过程，这在某些特定情况下可能导致误差。
1.辐射学和光度量学基本概念
d
ds1
L0
ds0 sin 2 u0 ds1 f l f l f 1 f
n0 r0 sin u0 n1 r1 sin u1 , l ' n12 E L0 2 sin 2 u1 ds1 n0 E L0
l
d
2 D 2 l '
辐[射]出[射]度 Me 辐出度只表示面辐射源表面不同位置的辐射特性，而不考虑 辐射方向。其定义为：面辐射源的单位面积上辐射的辐通量， 也就是把辐亮度Le对所有可能方向的角积分，即 ,单位为W/m2。 辐[射]照度 Ee 它表示每单位受照面接受的辐通量，即 ,单位为W/m2。 这里无需考虑面元dA所接受的辐通量来自何方，故与该面 的取向无关。
dE
I cos
l2 I L dA cos L dA cos cos l
A A 2
dE
L cos d
E dE L cos d E L cos d Ls
A
dA1 rdrd , dE L cos d L cos l dA1 cos l2
亮度 Lv
面光源的亮度定义为: ,其单位为cd/m2。
光出射度 Mv 它过去也称为面发光度。其定义为面光源从单位面积上辐射
的光通量，即
,单位为lm/m2, lx(勒克斯 )。
照度 Ev 入射到单位面积上的光通量称为照度，即 , 单位为lx(勒克斯).
根据眼睛的视见函数Vλ ，可将辐射度学单位表示的量值换算 为以光度学单位表示的相应值。例如，已知某一波长λ 的光 谱辐照度Eeλ 时，与之相当的光谱照度Evλ 为
WRF物理过程参数化方案简介
WRF物理过程参数化方案简介(WRF V2)1 辐射过程参数化1.1 RRTM长波辐射方案来自于MM5模式,采用了Mlawer等人的方法。
它是利用一个预先处理的对照表来表示由于水汽、臭氧、二化碳和其他气体,以及云的光学厚度引起的长波过程。
1.2 Dudhia 短波辐射方案来自于MM5模式,采用Dudhia的方法,它是简单地累加由于干净空气散射、水汽吸收、云反射和吸收所引起的太阳辐射通量。
采用了Stephens的云对照表。
1.3 Goddard短波辐射方案它是由Chou和Suarez发展的一个复杂光学方案。
包括了霰的影响,适用于云分辨模式。
1.4 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL)长波辐射方案这个辐射方案来自于GFDL。
它将Fels和Schwarzkopf的两个方案简单的结合起来了,计算了二氧化碳、水汽、臭氧的光谱波段。
1. 5 Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory(GFDL) 短波辐射方案这个短波辐射方案是Lacis和Hansen参数化的GFDL版本。
用Lacis和Hansen的方案计算大气水汽、臭氧的作用。
用Sasamori等人的方案计算二氧化碳的作用。
云是随机重叠考虑的。
短波计算用到时间间隔太阳高度角余弦的日平均。
2 微物理过程参数化2.1 Kessler暖云方案来自于COMMAS模式,是一个简单的暖云降水方案,考虑的微物理过程包括:雨水的产生、降落以及蒸发,云水的增长,以及由凝结产生云水的过程,微物理过程中显式预报水汽、云水和雨水,无冰相过程。
2.2 Purdue Lin方案微物理过程中,包括了对水汽、云水、雨、云冰、雪和霰的预报,在结冰点以下,云水处理为云冰,雨水处理为雪。
所有的参数化项都是在L in等人以及Rutledge和Hobbs的参数化方案的基础上得到的,某些地方稍有修改,饱和修正方案采用Tao的方法。
辐射参数化方案
辐射参数化方案辐射参数化方案是一种用来描述和模拟地球大气中辐射传输过程的数学方法。
在地球科学和气候研究中，辐射参数化方案被广泛应用于气候模型中，用来计算并预测大气中辐射能量的分布和变化，对地球气候系统的理解和预测具有重要意义。
辐射参数化方案主要包括以下几个方面内容：辐射传输方程的数值求解方法、辐射通量的计算方法、气溶胶和云的辐射参数化模型以及地表辐射的参数化模型。
首先，辐射传输方程是描述辐射传输过程的基本方程，它可以分为短波辐射和长波辐射两个部分。
对于短波辐射，参数化方案通常使用向下短波辐射通量作为一个参考值，然后通过考虑反射和散射过程估计向上短波辐射通量。
对于长波辐射，参数化方案通常使用向上长波辐射通量作为一个参考值，然后通过考虑辐射平衡条件估计向下长波辐射通量。
其次，在计算辐射通量时，需要考虑不同波段的辐射能量的传输和吸收过程。
对于太阳辐射，参数化方案通常考虑太阳高度角、透射比和气溶胶光学厚度等因素，通过考虑不同波长的太阳光的吸收、散射和透射过程，估计大气层中的太阳辐射分布。
对于地球辐射，参数化方案通常考虑大气温度、水汽含量、气溶胶含量等因素，通过考虑不同波长的大气辐射的吸收和发射过程，估计大气层中的地球辐射分布。
此外，气溶胶和云是大气中重要的辐射参数化对象。
对于气溶胶，参数化方案通常使用气溶胶光学厚度和气溶胶粒子的光学参数（如散射系数和吸收系数）来描述气溶胶对辐射的散射和吸收作用。
对于云，参数化方案通常使用云的几何特征和云的光学特性来描述云对辐射的反射和吸收作用。
通过考虑不同类型、高度和粒子大小的云，以及云顶和云底的辐射特性，可以估计云对辐射的影响。
最后，地表辐射是大气辐射传输模型中的另一个重要参数。
地表辐射通常包括短波辐射和长波辐射两个部分。
短波地表辐射通常通过考虑太阳辐射的入射角度和地表反射率来估计。
长波地表辐射通常通过考虑地表和大气的温度差和地表和大气的辐射平衡条件来估计。
总之，辐射参数化方案是一种用来描述和模拟地球大气中辐射传输过程的数学方法。
辐射参数化方案 -回复
辐射参数化方案-回复辐射参数化方案是一种用于模拟大气辐射传输过程的方法。
在气候和大气科学领域，理解和估计辐射传输是非常重要的，因为它对于气候变化、天气预报、农业生产、植被和海洋生态系统的研究等有着重要的影响。
辐射参数化方案通过将大气的物理和化学特性进行参数化，简化了辐射传输的复杂性，使得气候模型能够更有效地模拟大气辐射传输过程。
下面我将一步一步回答关于辐射参数化方案的问题。
第一步：什么是辐射传输？辐射传输是指太阳能从太阳辐射到地球并通过大气层传输的过程。
在大气科学中，通常将辐射分为短波辐射和长波辐射。
短波辐射是太阳从太阳辐射到地球的可见光和紫外线辐射，而长波辐射是地球向太空辐射的红外辐射。
第二步：为什么需要辐射参数化方案？大气辐射传输过程非常复杂，受到大气中各种气体、云、气溶胶和地表特征的影响。
模拟这种复杂过程需要考虑大量的物理、化学和数学因素，导致计算量非常大。
辐射参数化方案的目的是简化辐射传输模拟过程，通过将大气的物理和化学特性进行参数化，降低计算复杂性，提高模拟效率。
第三步：辐射参数化方案的原理是什么？辐射参数化方案的原理是将辐射的各种过程和影响因素进行统计和整合，构建一个简化的数学模型。
这个模型基于大量的观测数据和实验数据，通过对大气中各种气体、云、气溶胶的光学性质进行参数化，将它们的影响转化为数学公式和参数。
然后，模型可以根据大气的温度、湿度、云量、云高等变量计算辐射的强度和方向。
第四步：辐射参数化方案的应用范围是什么？辐射参数化方案主要应用于气候模型和天气模型中，用于模拟和预测大气辐射传输过程。
它可以提供有关短波辐射和长波辐射的信息，帮助研究人员了解大气能量平衡、地球能量收支以及气候和天气变化的机制。
此外，辐射参数化方案还可以用于评估和验证遥感数据，如卫星和雷达观测数据。
第五步：辐射参数化方案的发展趋势是什么？随着计算机技术和数据处理能力的不断改进，辐射参数化方案也在不断发展和完善。
九年级物理知识点放射
九年级物理知识点放射放射是物理学中的重要知识点，涉及到辐射、辐射能量、辐射衰减等多个方面。
在本文中，我们将详细介绍九年级物理中与放射相关的知识点。
一、辐射的概念及分类辐射是指物质或物体从一个地方向周围空间发送出能量的过程。
辐射可以分为电磁辐射和粒子辐射两种形式。
1. 电磁辐射电磁辐射是指由电场和磁场交替变化所产生的波动现象。
根据波长不同，电磁辐射可以分为可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等多种类型。
2. 粒子辐射粒子辐射是指由带电粒子以高速运动形式传播的现象。
常见的粒子辐射有阿尔法粒子、贝塔粒子和中子等。
二、辐射能量与功率辐射能量指单位时间内辐射出的能量量，用焦耳（J）表示。
而辐射功率则是单位时间内辐射出的能量，用瓦特（W）表示。
辐射能量和功率的计算公式为：能量 = 辐射功率 ×时间三、辐射衰减辐射在传播过程中会存在衰减现象，即由于各种原因导致辐射的能量逐渐减小。
辐射衰减常用的表达方式是半衰期。
半衰期是指辐射物质的衰减至原来的一半所需要的时间。
常见的辐射物质如放射性同位素，其衰变过程中的半衰期可以通过实验测量得到。
四、核能与核反应核能是指由原子核内部的结合能所变化而产生的能量。
核能的释放与核反应密切相关。
核反应包括两种类型：1. 人工核反应人工核反应是通过人工手段引起的核反应，常见的应用是核能的利用和放射性同位素的制备等。
2. 自然核反应自然核反应通常是指自然界中发生的自发的核反应，例如太阳的能量来源——核聚变。
五、辐射与生活辐射在我们的日常生活中是无处不在的，有着广泛的应用。
例如：1. 医学影像学中的X射线被广泛应用于断骨检查、肿瘤诊断等；2. 科学研究和工业生产中的同步辐射技术可以实现纳米级物质的研究和制备；3. 核能的利用可供电力、热力和医疗等领域使用。
总结：放射作为物理学的重要知识点，包括辐射的概念与分类、辐射能量与功率、辐射衰减、核能与核反应以及辐射在生活中的应用等内容。
1.辐射学和光度量学基本概念 v2.0
根据眼睛的视见函数V 根据眼睛的视见函数Vλ，可将辐射度学单位表示的量值换算 为以光度学单位表示的相应值。例如，已知某一波长λ 为以光度学单位表示的相应值。例如，已知某一波长λ的光 谱辐照度E 时，与之相当的光谱照度E 谱辐照度Eeλ时，与之相当的光谱照度Evλ为
:
如果照明光源不是单色的，则总的照度可用积分求出: 如果照明光源不是单色的，则总的照度可用积分求出:
辐射度学基本物理量
辐[射]功率(辐[射能]通量)Φe 功率( 射能]通量) 对辐射源来说，其辐功率定义为单位时间内向所有方向发射 的能量，对于电磁波的传播来说，辐功率的定义是单位时间 通过某一截面的辐射能。单位为W(瓦 ])。 通过某一截面的辐射能。单位为W(瓦[特])。
辐[射]强度 Ie 点状辐射体在不同方向上的辐射特性用辐强度I 点状辐射体在不同方向上的辐射特性用辐强度Ie表示。若在 某方向上，一个小立体角d 内的辐通量为d 某方向上，一个小立体角dΩ内的辐通量为dΦe，则点源在该 方向的辐强度I 方向的辐强度Ie为: ,单位为W/sr(瓦/球面度)。 单位为W/sr(瓦 球面度)
光通量 Φv 为了从数量上描述电磁辐射对视觉的刺激强度，引入一个新 的物理量，称为光通量，也称为光功率。定义为 :
光通量的单位为1m，称为流明；比例系数C=683lm/W。 光通量的单位为1m，称为流明；比例系数C=683lm/W。 发光强度 Iv 与辐射度学的辐强度很相似，定义为：
发光强度的单位应是lm/sr， 流明每球面度) cd(坎德拉 发光强度的单位应是lm/sr，(流明每球面度)，cd(坎德拉 ).
辐射学和光度量学基本概念
辐射度学研究各种电磁辐射的传播和量度， 包括可见光区域。 辐射度学单位是纯粹物理量的单位，例如， 熟悉的物理学单位焦耳和瓦特就是辐射能和 辐射功率的单位； 光度学所讨论的内容仅是可见光波的传播和 量度，因此光度学的单位必须考虑人眼的响 应，包含了生理因素。例如，光度学中光功 率的单位不用瓦特而用流明。
辐射参数化方案
辐射参数化方案辐射参数化方案是研究辐射传输过程的一种数学模型，它在地球科学、大气科学、遥感等领域具有重要的应用价值。
本文将从辐射参数化方案的概述、分类、应用、优化与改进以及未来发展趋势等方面进行详细阐述。
一、辐射参数化方案的概述1.定义与作用辐射参数化方案是对辐射传输过程进行数学描述和数值计算的一种方法。
它通过建立辐射传输方程，描述了物质内部或物质与辐射之间的相互作用。
辐射参数化方案在地球辐射传输、大气辐射传输等领域发挥着重要作用，为科学研究和实际应用提供了理论依据。
2.重要性辐射传输过程在自然界中普遍存在，对地球气候、生态环境、遥感观测等方面具有重要影响。
辐射参数化方案的研究，有助于揭示辐射传输的规律，提高辐射传输模型的精度和实用性，为我国遥感事业和气候变化研究提供科学支持。
二、辐射参数化方案的分类1.直接辐射传输模型直接辐射传输模型是一种基于辐射传输方程的数值解法，它通过求解辐射传输方程，得到辐射强度在各个方向上的分布。
直接辐射传输模型在地球辐射传输、大气辐射传输等领域得到了广泛应用。
2.辐射传输方程的数值解法辐射传输方程的数值解法是一种基于辐射传输方程的离散化求解方法。
通过对辐射传输方程进行离散化处理，得到辐射强度在空间和频率上的离散分布。
这种方法在大气辐射传输等领域具有较高的计算精度和可靠性。
3.辐射传输方程的解析解法辐射传输方程的解析解法是一种基于辐射传输方程的解析求解方法。
通过对辐射传输方程进行特殊处理，得到辐射强度在各个方向上的解析表达式。
这种方法在地球辐射传输、大气辐射传输等领域具有较高的计算效率。
三、辐射参数化方案的应用1.地球辐射传输地球辐射传输模型是研究地球表面与大气之间辐射交换的关键模型。
辐射参数化方案在地球辐射传输中的应用，有助于提高地表温度、地表辐射平衡等参数的计算精度，为气候研究提供理论支持。
2.大气辐射传输大气辐射传输模型是研究大气层内辐射传输过程的重要模型。
辐射参数化方案在大气辐射传输中的应用，有助于提高大气辐射传输参数的计算精度，为气象预报和气候变化研究提供理论依据。
辐射
•辐射通量：即辐射功率，指单位时间内通过某一面积的辐射能量。
•辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量。
•辐照度：是一种物理参数，是在某一指定表面上单位面积上所接受的辐射能量。
单位：瓦特/平方米。
若为投射到一平表面上的辐射通量密度，则称为辐照度，用符号E表示，指到达一表平面上，单位时间，单位面积上的辐射能。
辐照度又称为辐射通量密度（flux density），是辐亮度对立体角的积分。
对辐照度进行面积积分可得到辐射功率即辐射通量（power）。
•辐射出射度：即辐出度，若是从一表平面向外发出的辐射通量密度，则称为辐射出射度，或简称辐出度，用符号M表示，指单位时间，从单位面积上发出的辐射能。
E、M的单位同为瓦特／平方米。
•数学描述：若辐射源的微小面积△A向半球空间的辐射功率为△Φ，则△Φ与△A之比的极限值定义为辐射出射度. 单位：w/㎡•物理描述：扩展源单位面积向半球空间发射的功率（或辐射通量）。
扩展源总的辐射通量，等于辐射出射度对辐射表面积的积分。
•辐射强度：在给定方向上包含该方向的立体角元内辐射源所发出的辐射通量dφ除以该立体角元dΩ，单位为W/Sr。
辐射强度是描述点源特性的辐射量。
数学描述：若点辐射源在小立体角△Ω内的辐射功率为△Φ，则△Φ与△Ω之比的极限值定义为辐射强度.•物理描述：点辐射源在某一方向上的辐射强度，是指辐射源在包含该方向的单位立体角内所发出的辐射通量。
•辐射亮度：假定有一辐射源呈面状，向外辐射的强度随辐射方向不同，则L定义为辐射源在某一方向，单位投影表面，单位立体角内的辐射通量。
即辐射源面上一点在给定方向上包含该点的面元dA的辐射强度dI除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积，单位为W/Sr/m2。
物理描述：辐射源在给定方向上的辐射亮度，是源在该方向上的投影面积上、单位立体角内发出的辐射功率.可能蒸散摘要可能蒸散，指由被低矮绿色植物充分覆盖，对水流没有或仅有微小阻力的一个广阔表面，在保持充足水分供应条件下的蒸散。
放射物理基本概念
电子俘获后，有时原子核具有较高能量， 处于激发态，放射出γ射线回复到基态；
也可以把能量直接传给核外内层电子， 使之发射出去，称为内转换电子(internal conversion electron，IE)。
发生内转换后该层轨道空缺，也将由外 层电子填补，从而放射特征X射线或俄歇 电子。
4. 衰变 ➢ 核素由激发态向基态或由高能态向低能态跃
137N → 136C + β+ + υ + Q
+
+ ++
+ +
+
+ +
中微子
+
质子转变成中子 释放一个正电子
中子转变成质子 释放一个负电子
－
反中微子
中微子和反中微子不带电荷、质量数基本为0， 两者自旋方向相反。 三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能谱。
3. 电子俘获（Electron capture, EC）
质子变成中子
X射线
12553I + e- → 12552Te + υ + Q
核外轨道电子
• 电子俘获后，外层轨道电子填充到内层轨 道上，多余的能量以X线形式释放，称为 特征X射线（characteristic X ray）。
• 多余的能量也可传递给更外层的 电子， 使之脱离轨道释出，此电子称为俄歇电子 （Auger electron）。
激发(excitation ) ：如果核外电子获得的能 量不足以使其形成自由电子，只能由能量 较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，使原 子处于能量较高的激发态。
• 单位路径上形成离子对的数目称为电离 密度(ionization density )或比电离。
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太阳(SW)和地球(LW)辐射的发射谱
为线 作界 分 以 常
大气分子对辐射的消光：吸收和散射 Absorption
k: absorption coefficient
大气对长波主要是吸收！ Rayleigh Scattering
ω0: single-scatter albedo (0~1) g: asymmetry parameter (-1~+1) P(Θ): Scattering phase function
•
各层的相当光学厚度是各种吸收性气体浓度Ni的 函数，每种吸收性气体的吸收率ki是给定的； 对于各层的相当光学厚度的处理，难点在于如何 考虑压力加宽效应（吸收率与p和T有关），从而 p 修正给定的k； kλ ∝ T 常见的考虑压力加宽效应的方法是：
a. scaling approximation（与标准p/T的比值） b. two-parameter approximation（参数化方法） c. linearly interpolates（与line-by-line辐射模式结果比较，插值）
F ↓ ( z ) = ∫ ∫ πBv ( z )
0 z
∞∞
dτ z dzdv dz
辐射项
双流模型中的计算核心：
1. Transmissivity 2.
计算每一层的光学厚度，及 垂直积分的光学厚度（黄） Frequency 对辐射频谱的积分（蓝）
5
2010-12-15
双流模型：处理光学厚度 (Transmissivity)
3 1 v
Wien位移定律：
cv exp 2 T −1
λ
1
c exp λ 2 k λT − 1 B
5
v=
λ
λmax =
2897.8µm ⋅ K T
Stefan-Boltzmann定律： ∫∞ B v = σT 4 0
1
2010-12-15
双流模型框架
在任意界面（通常是模式格点的交界面，即w层），向 上和向下辐射通量构成双流模型(Two-stream Method):
F ↑ ( z ) = ∫ πBv (0)τ 0→ z dv + ∫ ∫ πBv ( z )
0 0 0 ∞
Water Vapor Absorption
传输项
∞ z
辐射项
dτ z dzdv dz
0
I λ (s)
ds
s −τ
s
I λ ( s ) = I λ (0)e + ∫ Bλ (T )e −τ dτ
0
入射辐射的出射量 大气发射长波的出射量 传输项 辐射项
4
2010-12-15
长波辐射参数化方案
1.
2.
3.
4.
地球长波出射，不需要考虑散射。因为 散射只发生在“短波+大气分子”尺度 上，而“长波+大气分子”没反应。 由于GCM中格点的水平格距（约100km） 远远大于垂直格距（约1km），可采用 plane-parallel assumption，即只考虑 column大气，而忽略侧向格点的作用。 Water Vapor是对地球长波辐射最重要 的吸收性气体，但10um前后水汽不吸 收，形成LW的大气窗区。但9.6um的 Ozone是此窗区中重要的吸收线；15um 的CO2也是此窗区中重要的吸收带。 某些温室气体的吸收线（带），如N2O 和CH4，大部分位于LW窗区，因而是温 室效应加剧的原因之一。也有学者称作 “GHGs污染了LW大气窗区”。
•
•
双流模型：处理频谱积分 (frequency integration)
•
Narrow-band approach
•
•
真实模式中从几个 到300个band都有， 常见的使用几个 Correlated-k or k-distribution 将频域上的吸收率转换为相关吸收率的概 率密度函数，更简单地表达了一段频域的 平均吸收效果，准确度较高 Wide-band/Emissivity approach 当使用很少的band时，或干脆只考虑整个 LW为一个band时，则对频谱的积分消失， 只剩下用一个比辐射率(emissivity)来表达 吸收比例，这是最简单的方法，对水汽尤 其有效！在早期的辐射模块中大量使用
大气对短波的R散射作用明显！ M散射对气溶胶而言较明显
4um LW/SW
2
2010-12-15
大气分子对辐射的吸收散射谱
SW Window
谱线的压力加宽
例：单Na原子的吸收固定的 在特殊情况下，谱 线往往会出现“加 宽(Broadening)”效 应，如Doppler加宽 和压力加宽 真实大气中常发生 的是压力加宽，模 式中需显式计算这 种变化。显然的是， 中高层大气基本没 有这种效应。
2010-12-15
5.3 辐射过程参数化
1. 2. 3. 4. 5.
辐射的基本物理概念 辐射传输方程 长波辐射参数化方案 短波辐射参数化方案 各模式辐射方案概览
辐射的基本物理概念
原子的电子能级跃迁对应着吸收和放射高能量 太阳短波辐射 分子的化学键振动对应着吸收和放射低能量的 地球长波辐射 Planck函数： c c cv B = B =
15um CO2 band 9.6um O3 band 6.3um/20um H2O band band band
6
2010-12-15
长波辐射参数化方案中云的处理
1.
2.
3.
4.
云的主要组成为液态云滴cloud droplet，是较大的液相颗粒，但通 常不考虑对长波的scattering！ 云对LW的吸收谱非常宽广，过去认为几乎100%地把LW全部吸收， 因此常采用”black body”假设（或近似黑体的”gray body”假设），即 某格点一旦认为有云，则几乎全部LW被此格点吸收，同时，此格点 也大量释放长波 研究表明，云中含水量的多少决定了到底是黑体还是灰体，并且有 多“灰”（即比辐射率），常用来表达云中含水量的物理量是“云 水路径”Cloud Water Path (CWP) 长波参数化方案中，常采用基于CWP的Wide-band/Emissivity方法简 单地计算云对长波的吸收和辐射 CWP = ∫ wdz ε cloud = 1 − e a⋅CWP W是水含量（g/m3），a=0.13（向上LW），a=0.158（向下LW）
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2010-12-15
辐射传输与光学厚度
I λ ( 0)
0
Beer’s Law
I λ (s)
ds s
I λ ( s ) = I λ (0) ⋅ e −τ λ
τ λ = ∫ kλ ρds
0 s
称为“光学厚度” 代表一定厚度的空气对 消光而言的相当“厚度” 消光包括吸收和散射
辐射传输方程
I λ ( 0)