第二章 太阳辐射(2)
2 第二章 太阳辐射

机电工程学院
College of Mechanical and Electrical Engineering, Hohai University
10
日地关系与赤纬角
太阳赤纬角
一年中有两天,太阳正好位于赤道平面内,即春分、秋分日; 太阳位于北纬23.45°处, 取最大正值,即夏至日;
取最小负值,即冬至日。 太阳位于南纬23.45°处,
ts L Ls t 15 102 120 1.4 e t t 1.18 60 15 60
19
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地平坐标系
描述:以观察者所在地为原点,正南方、正东方、正上方 (天顶)为三个坐标轴的坐标系,单位矢量分别为i、j、k。 V 太阳天顶角 z 太阳高度角 s s 太阳方位角 在此坐标系内,由观察者指向太阳位 置的单位矢量s可以表示为: E
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7
太阳的构造
太阳内部构造(外三层)
光球层 肉眼可见的太阳表面,厚约500km,温度约为 6000K,由强电离气体组成,能够吸收和发射连续的辐射 光谱,是最大辐射源。 色球层 在光球以外2500km范围内,主要组成为氢和氦,温 度约5000K。 日冕层 色球层伸向太空的银白色辉光层,温度高达106K, 厚度有时可达太阳半径的几十倍。
31+i
59+i 90+i 120+i 151+i 181+i 212+i 243+i 273+i
(农业气象学原理)第二章太阳辐射与农业生产

2、影响叶片对光的反射、透射和吸收能力的因 素
2021/6/18
表 含水率(%)与反射率(%)之间的关系
450 nm (blue) 550 nm (green) 650 nm (red) 850 nm (infrared)
equatations y=43.8x-21.8 y=29.2x+13.1 y=27.2x+17.6 y=42.6x+20.4
(2)、光周期感应的时期 所谓感应的时期,即感应的是光期长度还是
暗期长度。
2021/6/18
0
8
光
光照处理
16
24
暗
32 小 时
开花效应
短日性植物 长日性植物
开花
不开花
光
暗
开花
不开花
光
暗
不开花
开花
光
暗 光暗ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不开花
开花
光 暗光
暗
光
暗
光
光、暗期交替处理开花效应示意图
2021/6/18
不开花
开花
不开花
开花
在实际应用中,禾谷类作物的K值比较稳定, 因而使用平均值代替。
一般而言,K值小于1。据门司和佐伯测算, 草中K值为0.3~0.5,水平叶子作物层中0.7~ 1.0。而中科院上海植物生理研究所测得的水稻 叶层的K值为0.68~0.74,平均为0.71。
门司—佐伯公式适用的条件象均一介质是不 可能满足的。但在实际观测中,光在群体中的垂 直变化确实符合负指数规律,所以门司—佐伯公 式目前还是得到了广泛的应用。
22群体结构和叶片组织本身造成的损失群体结构和叶片组织本身造成的损失由于叶层较厚上层叶片吸收和反射了大部分光致使上层叶片处于光饱和点之上的光强下层叶片受光很弱即出现了上饱下饥的现象浪费了部分光这是由于群体中光分布不合理造此外透入叶组织中的光合有效辐射能只有一部分为叶绿素吸收而用于光合作用1030的光能被非光合色素以及细胞壁细胞质等吸收而损失了
园林生态学 第二章 园林植物与太阳辐射的生态关系

• *配置植物上,上层可选阳性喜光的树种, 下城市的低云量、雾、阴天日数比郊区多,晴 天日数、日照时数比郊区少。 2.城市太阳直接辐射减少。 3.东西向街道北侧接受的太阳辐射远比南侧多, 而南北向的街道两侧接受的光照和遮光状况 基本相同。 4.建筑物越高,街道越狭窄,街道所接受到的 太阳辐射愈弱。偏冠现象。
第二章 园林植物与太阳辐 射的生态关系
• 了解光的性质及变化规律、光污染的表 现,理解光对植物的生态作用及园林植 物对光的生态适应。
一、城市光环境 识记:光的定义,可见光,不可见光。 理解:地表光照变化的规律,植物群落光照变化的 特点,城市光照条件的特点,城市光污染表现及 产生的原因。 应用:光污染防御措施。 二、光对园林植物的生态作用(次重点) 识记:光补偿点,光饱和点。光周期。 理解:光照强度对光合作用的影响。光照强度对植 物生长和形态的作用。光质的生态作用。 三、园林植物对光的生态适应(一般) 识记:植物对光照强度的适应类型,植物对日照长 度的适应类型。
光饱和点:C4>C3>CAM 阳性>阴性 光补偿点:耐荫植物<喜光植物 光合速率除手光强影响外,还受温 度、叶片的水分供应状况以及二氧 化碳浓度、养分供应状况影响。
(2)光强对植物的生长发育和形态 建成有重要的作用
光影响叶绿素形成
光对植物的形态建成和生殖器官的发育影响很大。植物的 光合器官叶绿素必须在一定光强条件下才能形成,许多其他器 官的形成也有赖于一定的光强。在黑暗条件下,植物就会出现 “黄化现象”。
阴生叶和阳生叶形态结构差别
形态结构 叶片 角质层
叶肉组织分化
阳生叶 厚而小 较厚
栅栏组织较厚或多层
阴生叶 薄而大 较薄 海绵组织较丰富 疏 较多 较稀
2024届高考地理一轮复习课件 太阳对地球的影响

示意1961~2007年我国年平均PAR强度的空间分布。据此完成1~2题。
1.如仅考虑光合有效辐射,我国农业生产潜力
最大的地区是
A.长江中下游平原
B.四川盆地
C.华北平原
√D.青藏高原
2.乙地PAR值高于甲地的主要原因是
A.纬度高
B.植被少
C.地势高
√D.云雨少
情境来源
水分条件和光热条件是最重要的农业自然资源,目前农业生产控制温度的能力、 节水技术都有了长足的进步。因此进一步挖掘农业生产潜力的关键就是光资源的 合理、充分利用。 知识载体 太阳辐射对人类活动的影响;影响太阳辐射分布的因素。 能力立意
C.太阳能资源清洁、可再生、能量集中
B.是我国太阳能资源最丰富的地区 D.经济发达,能源蕴藏量大
落实 跟踪训练过关
(2022·江西临川一中模拟)2020年底,多能互补清洁能源综合利用供热系统,又称槽式
太阳能供暖系统(下图)成功落户海拔4 200米的西藏山南军分区某边防连驻地,使官兵享受
到了“全时暖”。据此完成5~7题。
水的运动、大气运动
植物的生长
夯基 基础知识梳理
一、太阳辐射
4. 太阳对地球的影响
直接提供能量 太阳直接为地球提供了光、热资源,地球上生物的生长发育离不 开太阳。
间接提供能量 太阳辐射能维持着地表温度,是促进地球上的水、大气运动和生 物活动的主要动力。
日常应用太阳能 太阳辐射能是我们日常生活和生产所用的太阳灶、太阳能热水 器、太阳能电站的主要能量来源。
2.下列关于该山地太阳辐射强度最大的月份及原因,正确的是( )
√ A.8月,日照时间少 B.8月,晴天多
3.从山麓到山顶,太阳辐射强度( )
部编版高中地理必修一第二章地球上的大气带答案经典大题例题

(名师选题)部编版高中地理必修一第二章地球上的大气带答案经典大题例题综合题1、阅读图文材料,完成下列问题。
在切洋葱的时候,我们常常会“泪流满面”。
为此,砧板两边放置点燃的蜡烛就能有效解决这一问题。
下图是切洋葱的场景示意图。
(1)解释点燃蜡烛为何能缓解切洋葱“流泪”问题。
(2)在下图中用箭头画出点燃蜡烛后形成的热力环流。
2、阅读图文资料,完成下列问题。
某同学在研究冬季供暖时发现了一种“被动式节能房屋”,该房屋不需要主动加热,基本可以依靠房屋外侧搭建的暖棚被动收集的热量,使内室增温,使房屋本身保持一个较为舒适的温度。
下图为该同学绘制的被动式房屋冬季“制热”模式示意。
(1)分析暖棚内温度较高的原因。
(2)分别在图中A、B两个通风口处,用箭头绘制暖棚和内室之间的气流运动方向,并运用热力环流原理阐述暖棚使内室增温的过程。
3、下图是北半球某地海平面等压线分布图,读图,回答下列问题。
(1)若相邻两条等压线相差2百帕,则图中甲、乙两处的等压线值分别为:甲是____百帕,乙是____百帕。
(2)A和B两处风力较大的是____,原因是____(3)图中A、B、C、D所标风向正确的是:____4、阅读图文资料,完成下列各题。
材料一:北京时间2021年6月17日搭载神舟十二号载人飞船的长征二号运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射之后,该飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波三名航天员送上太空。
7月4日,航天员刘伯明成功开启天和核心舱节点舱出舱舱门,航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服,已先后从天和核心舱节点舱成功出舱,并完成在机械臂上安装脚限位器和舱外工作台等工作后续将在机械臂支持下,相互配合开展空间站舱外有关设备组装等作业。
材料二:下图中,甲为大气的垂直分层图图示意刘伯明太空出舱。
(1)推测航天员太空出舱后所面临的宇宙环境特征。
(2)说明图甲所示圈层对地球生命活动所起的作用。
第二节 太阳辐射

S m AD sinh Sm AB
单位面积上所获得的太阳能为, 朗伯定律:
Rsb Rsc sinh
天文辐射
地面
Rm RSC a m sinh
三、到达地面的太阳辐射
太阳直接辐射 单位时间内以平行光形式投射到地表单位水平面积上 的太阳辐射能。
Rsb a m RSC sinh
空辐射强度的总和。
RS Rsb Rsd
影响因子 海拔、云 纬度 坡度坡向
到达地面的太阳辐射
• • • •
直接辐射:日变化、年变化、纬度变化 散射辐射:日变化、年变化、纬度变化 总辐射:日变化、年变化、纬度变化 全球太阳总辐射分布
三、下垫面对太阳辐射的反射
地面反射率
地面反射的太阳总辐射R与投射到地面的太阳总辐射RS的. 百分比。
时,米散射。
雷莱(分子)散射
i
c
4
入射光波长愈短,散射能力愈强。 漫射
当大气混浊,入射光的各种波长具有同等散射能力,散射系
数不再随波长改变,称之为漫射。此时天空呈乳白色。
图 漫反射
3.大气云层反射作用 参与反射作用的物质
大气中较大的尘粒和云滴、云层。
云的反射作用 其反射能力随云状、云量和云厚而不同。云层平均
反射率为50%~55%。
大气对太阳辐射的削弱方 100%
式:吸收、散射、反射
紫外线、红外线
臭氧、二氧化碳等吸收
反射
散射
47%
地
面
作用 形式 吸收
参与作用的 大气成分
臭氧(平流层)
水汽、二氧化 碳(对流层)
波长范围
紫外线 红外线 各种波长同 样被反射
作用特点
光伏发电技术2太阳辐射

2.3.2 地平坐标系
地平面:天文学上指与地球半径成直角 的平面。
地平坐标系:太阳相对于地球的位臵是 相对于地平面而言的。(天顶和天底)
1.天顶角θs 太阳光线与地平面法线之间的夹角。 2.高度角αs 太阳光线与其在地平面上投影线之间的夹角, 表示太阳高出水平面的高度。 3.方位角γs 太阳光线在地平面上的投影和地平面上正南 方向线的夹角。
到达地球表面的太阳辐射能大体分为三个部分: 一部分转变为热能(约4.0 × 1013kw),使地球的 平均温度大约保持在14℃,同时使地球表面的水 不断蒸发,是云、雨、雪、江、河形成的原因; 13kw )用来推动海水及大 一部分( 约有3.7 × 10 × 气的对流运动,这便是海洋能、波浪能、风能的 由来; 还有一少部分( 约有0.4× 1013kw )被植物叶子 的叶绿素所捕获,成为光合作用的能量来源。
2.3 天球坐标
天球:以观察者为球心,以任意长度为半径,其 上分布着所有天体的假想球面。 按照相对运动原理,太阳似乎在这个球面上自东 向西周而复始的运动。 赤道坐标系
常用的天球坐标
地平坐标系
2.3.1 赤道坐标系 天球赤道面:通过天球中心,与天轴相垂直的平 面。 天子午圈:通过南天极和北天极的大圆。 赤道坐标系:以天赤道QQ ´为基本圈,以与天 子午圈的交点Q为原点的天球坐标系。 通过北天极和球面上太阳 的半圆垂直于天赤道,两者 相交于B点。 在赤道坐标系中,太阳 的位臵由时角ω和赤纬角δ 两个坐标决定。
4.日照时间 N= (ω ss + ∣ ω sr ∣)/15 =2arccos(-tan φ tan δ)/15 (2.6) 例2.6 计算上海地区在冬至日12月22日前后的 日出、日落时角及全天日照时间。 解:上海的φ=31.12°, 冬至日δ=-23.45°,代入(2.5)式得 cos ω s =-tan 31.12° tan (-23.45°) =0.2619 ω sr =- 74.82° ,ω ss = 74.82° 全天日照时间 N= (2× 74.82 °)/15=9.98h
遥感导论第二章

M
(,
T
)
(,
T
)
•
M
(,
T
)
0
精品PPT
比辐射率(发射率)
波谱特性曲线的形态
特征反映(fǎnyìng):
地面物体本身的特性,
包括物体本身的组成、
温度、表面粗糙度等
物理特性。
精品PPT
曲线的形态特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体,
尤其在夜间,太阳辐射消失(xiāoshī)后,地面发出的
第2章 电磁辐射与地物光谱特征
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波谱 ;二、电磁辐射的度量(自学为主)
1、电磁波谱按频率由高到低排列主要
由 、 、 、 、 、 、
等组成。
2、遥感(yáogǎn)应用的电磁波波谱段有哪些?有什么特点?
3、名次解释:辐射能量(W)、辐射通量(Φ)、辐射通量密度。
三、黑体(hēitǐ)辐射(问题讨论)
的相互作用
太阳辐射主要
(zhǔyào)集中在0.32.5μm,在紫外、可见
光、到近红外区段
地球(dìqiú)自身辐射
主要集中在6μm以上的
热红外区段
2.5-6μm,即中红外
波段两种辐射共同起
作用(避免太阳辐射)
精品PPT
太阳辐射近似温度为6000K的黑体辐射,而地球
辐射接近于温度为300K的黑体辐射。最大辐射的对
2.2 太阳辐射及大气对辐射的影响
(yǐngxiǎng)
2.3 地球的辐射与地物波谱
精品PPT
2.1 电磁波谱与电磁辐射
(diàn cí fú shè)
(1) 电磁波谱
◆电磁波:
◆电磁波性质
(完整版)第二章大气辐射学

d
o
r
dl
dα r
dα = dl/r
第2章大气辐射学
2.2 辐射的基本定律
一、普朗克函数(The Planck Function):
黑体单色辐射强度Iλ*与其温度(T)和辐射的波长(λ)之间具有如下的 关系:
Il*
l5
2hc2 ehc / klT
1
其中,h、k及c 依次为普朗克常 数、Boltzmann常数及光速:
lT
第2章大气辐射学
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
d ds / r 2 sin dd
沿整个球面积分,得整个球面立体角
2
2
d sindd 4
00
00
立体角单位为立体弧度(steradians, sr) 立体角与平面角的比较
ds r sin d rd
(ds)的辐射能dΦ,称为该方向的辐射强度,用Iλ表示,单位为W m-
2 sr-1 μm-1;
Il
d dtddsdl
dΦ I
辐射强度表示辐射场内任一空间点任一
z
ds
时刻任一方向上的辐射强弱,即
θ
I l
I( x ,y ,z, ,,t ,l)
dω
若I与x, y, z无关,则I是均匀;若I与θ, φ
o
y
2.1 辐射的基础知识
短波辐射 长波辐射
第2章大气辐射学
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
第二节太阳辐射

第二节-太阳辐射第二节太阳辐射(solar radiation)气象上所讨论的太阳辐射、地面辐射和大气辐射,其波长范围约在0.15-120μm之间。
太阳辐射的主要波长范围在0.15-4μm;地面和大气辐射的主要波长范围是3-120μm。
因此,将太阳辐射称为短波辐射,而把地面辐射和大气辐射称为长波辐射。
一、太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
太阳辐射光谱分三个光谱区,紫外区(λ<0.39μm )、可见光区(λ为0.39-0.76μm)和红外区(λ>0.76μm)。
其中可见光区占能量的50%,红外区占43%,紫外区占7%。
可见光区又分为红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七色光波段。
红光(0.76-0.622μm)、橙光(0.622-0.597μm)、黄光(0.597-0.577μm)、绿光(0.577-0.492μm)、青光(0.492-0.480μm、蓝光(0.480-0.455μm)和紫光(0.455-0.390μm)。
太阳辐射中可见光部分不仅辐射能量大,而且是辐射最强的部分,所以太阳光是可见的。
二、太阳常数(solar constant)在日地平均距离的条件下,地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受到的太阳辐射通量密度,称为太阳常数。
用S0表示。
世界气象组织(WMO)测得S0为1367.7w/m2。
由于日地距离的变化,S0有7%的变化。
1cal·cm2·min-1=697.8w/m2,所以,S0=1367.7/697.8=1.96cal·cm2·min-1。
三、太阳辐射在大气中的减弱太阳常数是到达大气上界的太阳辐射通量密度。
当它通过大气层时,被大气中的各种气体分子和云层选择性地吸收,一部分被气体分子和悬浮的微粒散射,一部分被它们反射,所以,到达地面的太阳辐射显著地减少了。
(一)吸收作用大气中的臭氧、氧、水汽和二氧化碳都能直接吸收一部分太阳辐射。
第二节 太阳辐射

第二节太阳辐射(solar radiation)气象上所讨论的太阳辐射、地面辐射和大气辐射,其波长范围约在0.15-120μm之间。
太阳辐射的主要波长范围在0.15-4μm;地面和大气辐射的主要波长范围是3-120μm。
因此,将太阳辐射称为短波辐射,而把地面辐射和大气辐射称为长波辐射。
一、太阳辐射光谱太阳辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
太阳辐射光谱分三个光谱区,紫外区(λ<0.39μm )、可见光区(λ为0.39-0.76μm)和红外区(λ>0.76μm)。
其中可见光区占能量的50%,红外区占43%,紫外区占7%。
可见光区又分为红、橙、黄、绿、青、蓝和紫七色光波段。
红光(0.76-0.622μm)、橙光(0.622-0.597μm)、黄光(0.597-0.577μm)、绿光(0.577-0.492μm)、青光(0.492-0.480μm、蓝光(0.480-0.455μm)和紫光(0.455-0.390μm)。
太阳辐射中可见光部分不仅辐射能量大,而且是辐射最强的部分,所以太阳光是可见的。
二、太阳常数(solar constant)在日地平均距离的条件下,地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接受到的太阳辐射通量密度,称为太阳常数。
用S0表示。
世界气象组织(WMO)测得S0为1367.7w/m2。
由于日地距离的变化,S0有7%的变化。
1cal·cm2·min-1=697.8w/m2,所以,S0=1367.7/697.8=1.96cal·cm2·min-1。
三、太阳辐射在大气中的减弱太阳常数是到达大气上界的太阳辐射通量密度。
当它通过大气层时,被大气中的各种气体分子和云层选择性地吸收,一部分被气体分子和悬浮的微粒散射,一部分被它们反射,所以,到达地面的太阳辐射显著地减少了。
(一)吸收作用大气中的臭氧、氧、水汽和二氧化碳都能直接吸收一部分太阳辐射。
臭氧主要吸收波长小于0.3μm的紫外辐射。
第2章-太阳辐射与农业生产2

4
● 由于云的变化、叶片的相互遮挡和风
引起的叶片摆动,均会造成同一植株上不同
叶片甚至是同一叶片上不同部位的光强不同, 光质也不同,从而导致其光合作用强度不同。
5
2、群体的光合作用
将群体内光强的垂直分布模型即门司—佐伯 公式代入单叶光合作用强度公式中,并考虑植物 的呼吸作用,就可得到一定光强下任意一层叶面 的净光合强度计算公式: bI P r 净 1 aI
●当I→∞,P→b/a;显然b/a为光合作用
强度的极限值,也就是说 ,b/a是光饱和点时 的光合作用强度。 ●当I→0时,P/I→b;显然 b为光—光合 作用曲线起点(I=0)处的斜率。 因此a、b值可通过试验获得的资料,绘制 成P-I图,用上述的生物学意义来确定。 当然,不同的作物、同一作物不同发育期 以及环境条件不同,a、b值亦不同。
Fopt
k
ln
9
I 0 b 2 ar 2r
上式中,r可以通过实测确定,a、b则由叶片光合特性所决 定,主要是F与k能够有一个合适的比例关系。
● 实测结果
一般,大田作物在封行后的最适叶面积指数在3~5之间。
10
冠层中辐射模型参数(史为民等,2008)
11
小麦阴阳叶太阳辐射与P日变化(申双和等,2011)
= 117 kg DM ha-1 d-1
作物生长率:dw/dt = 0.7 * (30/44) * 700 – 86.2)
= 274 kg DM ha-1 d-1
例二: 水稻生长模拟模型
ORYZA2000
作物文件
气象文件
试验文件
土壤文件
模型参数校正
作物模型参数表
参数 EMD(播种期) (d ) NPLH(每穴植株数) TOD(水稻最适温度) (℃) PPSE(光周期敏感系数) (h-1) RGRLMX(最大叶面积相对增长率) (℃d-1) KDFTB(叶片消光系数) EFFTB(光能利用率) 初始值 131 2 24 0 0.0055 0.2 0.42 结束值 140 10 38 0.25 0.0115 0.6 0.66 步长 1 2 2 0.05 0.0015 0.2 0.04 基准值 134 2 30 0 0.0085 0.4 0.54
《植物生产与环境》第二章:植物生产与光照

1 植物生产的光环境
1.3 昼夜和季节变化
(2)二十四节气
二十四节气是根据地球在公转轨道上所处的位置确定的(图2 -3),把地球 公转轨道一周360°等分为24段,春分 位于0°位置上,夏至、秋分和冬至则分别 位于90°、180°和27(?位置上,其间各有5个节气,两节气间隔15、地 球公转一 周是一年365天,所以两节气间隔日期大约为15天,所以每一节气出现的日期 基本上也是固定的。
绿色植物光合作用的细胞器是叶绿体,在叶绿体内含有叶绿素a、叶绿素b 和胡萝卜素等光合色素,在绿色植物的光合作用过程中,上述光合色素吸收光 能 的能力都很强,但它们只吸收0. 38—0. 7微米波长范围内的可见光。光合色 素吸收太阳光后,便处于激发状态,从而引起氧化还原反应,称为光化学反应。 光化学合成反应引起一系列电子传递过程,水被分解放出氧和氢,并将CO2固 定合成糖类。
1 植物生产的光环境
1.2 地面和大气的辐射、有效辐射
(3)地表面的净辐射
地表面的净辐射是指地面长、短波辐射的收入和支出的差只额,地面吸收的太阳总辐射,包括直 接辐射和散射辐射,是收入部分;有效辐射,是支出部分。
一日之中,地面净辐射,白早天是正值,因为地面获得的太阳辐射(总 辐射)远大于有效辐射支出;夜间,只有有效辐射支出,没有太阳辐射收 入,故为负值。但是净辐射由正转为负,由负转为正,并不正好是日落、 日出之时,而是在日落前1〜1.5小时,日出后1小时。上午净辐射逐渐增大, 最大值出现在午前0.5-1. 0小时, 此后逐渐减小,日落后不久达最小值。
光呼吸作用过程并不是真正的细胞呼吸作用,行光呼吸细胞中进行的真正呼 吸作用被专称为暗呼吸(细胞呼吸是细胞内分解有机物质产生能量的过程)。 加 上“暗”字是为了与光呼吸有所区别,因为光呼吸只在光照下才会发生。而 暗呼 吸既在有光,也在没有光的情况下发生。
气象学与气候学第二章 第一节 太阳辐射ppt

• 黑体的总放射能力与它本身的绝对温度 的四次方成正比:
• ET=σT4 , σ为斯—玻常数。
• 可计算出黑体在T时的辐射强度,也可 由黑体的辐射强度求得其表面温度。
维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928) 热辐射定律的发现
等各种颜色组成的光带,其中红光波长最长,紫光波长最短。其他各色 光的波长则依次介于其间。波长长于红色光波的,有红外线和无线电波; 波长短于紫色光波的,有紫外线,X射线、丫射线等,这些射线虽然不 能为肉眼看见,但是用仪器可以测量出来(图2-1)。
v气象上着重研究的是太阳短波辐射(0.15-4 µm) 和地气长波辐射(3-120 µm)。
4
一、辐射的基本知识
3. 波长:电磁波长范围有很大的差异,如宇宙射线的波 长为10-10 微米,而无线电波长可达几公里根据波长可将 电磁波分为γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、 无线电波。
气象学研究的是太阳、地球、大气的热辐射,他们的 波长范围大约在0.15~120微米。
可见光经三棱镜分光后,成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫
等。各种波长的太阳辐射都要被散射。 如:当空中存在较多的尘埃、或雾等粗 粒时,太阳辐射的长短波都被同等的散 射,使天空呈现灰白色,也叫漫射。
云层、尘埃具有强烈的反射作用对各种波段的光都反射,因
而呈白色。随着云层增厚反射能力也增强。平均为50%——
55%:高云25%;中云50%;低云65%;薄云10-20%;厚云 90%。
纬度越低总辐射越大。反之,越小。
一般情况下,一年中总辐射量最大的时候往往不会 出现在雨季云量最大的时间。在我国北方出现在雨季到 来之前的5、6月份。
第二章 辐射

第一节 辐射的基本知识
一、辐射的基础知识 (一)辐射的概念 物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方 式称为辐射。传递交换的能量称为辐射能。 任何物体在绝对零度以上都具有辐射的本领。
绝对零度:理论上所能达到的最低温度,在此温度下物 体没有内能。把-273.15℃定作热力学温标的零度,即绝 对零度。
0.76微米~3.0微米
3.0微米~6.0微米 6.0微米~15微米 15微米~1000微米 1~10毫米
蓝 青 绿
黄
橙
0.56~0.59微米
0.59~0.62微米
1~10厘米 10厘米~1米
红
0.62~0.76微米
(三)辐射粒子性
辐射粒子学说认为,电磁辐射是由具有一定质量、能量和动量 的微粒子流组成,每个光量子的能量(EL)与频率或波长的关 系式为: EL= hf = hv / λ
∵日出日没时太阳高度角 hθ = 0° 日出日没方位角公式:
sinδ cosA cos
用本公式能算出一正一负两个值,分别是日出、 日没的方位角。
北半球A的季节变化 除北极外,一年中只有春分日和秋 分日,日出正东日没正西。 夏半年内, 日出东偏北方向,日没西偏北方向;且 愈近夏至日,日出日没方位愈偏北。冬 半年内,日出东偏南方向,日没西偏南 方向;且愈近冬至日,日出日没方位愈 偏南。 南半球相反
(三)昼长
1、昼夜、四季的形成 昼长(可照时数)由纬度和季节决定,相同纬度不同季节 的昼长不同,相同季节不同纬度的昼长也不同。
地球昼夜不停的进行两个基本运动:(1)绕自身轴的运动, 称为自转,自转一周的时间为23h 56’ 04’’,产生了昼夜交 替;(2)绕太阳的运动,称为公转,公转一周的时间为 365d 5h 48’ 46’’,产生了四季轮换。
云南省师范大学五华区实验中学高考地理一轮复习 第二章 第三节 第二课时 太阳辐射教案教案 新人教版

云南省师范大学五华区实验中学高考地理一轮复习第二章第三节第二课时太阳辐射教案新人教版【引入新课】猜谜语(猜中国西部的两座城市)天无三日晴(贵阳)临时抱佛脚(拉萨)这是中国的日光城,今天就讲太阳辐射【讲授新课】【板书】第三节大气圈2、太阳辐射(1).太阳辐射【讲解】太阳辐射能是地球表面各种能量最主要的来源,其变化是产生各种天气现象的根本原因,太阳辐射中仅有极微小的部分到达地球。
一分钟内地球得到太阳的热能,相当于燃烧4亿吨煤所产生的能量。
从地球内部传到每平方厘米的地面上的热量,仅为来自太阳辐射能的万分之一。
所以,太阳辐射是地球上的主要能量来源。
那么,什么是太阳辐射呢?【板书】(1)概念学生回答:太阳源源不断地以电磁波的形式向宇宙空间放射能量,称为太阳辐射。
【提问】太阳福射的波长范围,能量分布状况如何?【读图】请同学们阅读课本第47页的“太阳辐射能随波长的分布图”,回答问题。
【指图讲解】太阳辐射的波长范围是0.15~4微米,划分为三部分:太阳辐射能主要集中在波长较短的可见光部分,可见光区差不多占太阳辐射总能量的一半。
因此,人们把太阳辐射称为短波辐射。
【板书】(2)波长范围:0.15~4.0微米(3)能量【提问】为什么太阳辐射的能量集中在波长较短的可见光部分呢?【讲解】这与太阳本身的温度有关。
由实验得知,物体温度愈高,它的辐射中最强部分的波长愈短;物体的温度愈低,辐射中最强的部分波长愈长。
太阳表面温度高达6000K,因此它的辐射能主要集中在波长较短的可见光部分。
同理,由于地球表面平均温度约300K,对流层大气平均温度约250K,所以地面和大气的辐射波长主要集中在3~120微米的波长范围,都是人眼不能直接看到的红外辐射。
习惯上把它们称为长波辐射。
【板书】 2.太阳辐射强度(1)概念【讲解】太阳辐射强度就是1平方厘米的表面上,在1分钟内获得的太阳辐射能量。
单位是:焦/厘米2·分。
【展示投影】“太阳高度角与受热面大小的关系图”,请同学们仔细观察,当太阳直射和斜射时,受热面大小有何不同?太阳辐射强度有何变化?学生回答:当太阳直射时,受热面较小,光热集中,地表单位面积上获得的太阳辐射较多,太阳辐射强度较大;当太阳斜射时,受热面变大,光热分散,太阳辐射强度较小。
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壮年期:主序星阶段
太 阳 的 X 射 线 图 片
太阳黑子
核反应区 :太阳中心区域这种超高温高压 条件下,不断进行着大规模的氢热核聚变 反应,释放出巨大的能量。
辐射区: 热核反应产生的高能射 线经过这个辐射区逐步降低频 率,最后成为太阳向空间辐射 的较低能量的可见光和其他形 式的辐射。
对流区 : 稠密炽热的气体处于升降起伏 的对流状态。在太阳大气中产生的 各种活动现象(如黑子、耀斑等)都 与对流区的活动有关。
物体的辐射能力与黑体辐射能力之比,称作物体的 比辐射率 T又称相对辐射能力,因此基尔霍夫定律
还可以写成另一种形式: I
T
at
I Tb I Tb ( , T )
T
=
即物体的吸收率就是它的比辐射率
各种自然表面的比辐射率
表面
比辐射 表面 比辐 率 射率
干沙
湿沙 粘土 黑土
• 如果某物体能把投射其上的所有波长的辐 射全部吸收,即其吸收率为1,这种物体称 为绝对黑体,简称黑体。 、 • 如果某物体仅对某一波长辐射的吸收率为1, 则称该物体为对某波长的黑体。 • 如果物体的吸收率小于1,且不随波长而改 变,则这种物体称为灰体。
城镇 14~18 %
林带 9~19 %
陆地表面反照率主要取决于表面的组成和入 射辐射的光谱分布和入射角度
各向同性辐射
若某点处的辐射率都不随方向而变, 则称该点处的辐射为各向同性辐射。 若某辐射面所有点处的辐射都是各向 同性的,则称该辐射面为各向同性辐 射面。常把它称为Lambert辐射面或 吸收面。 黑体是各向同性的,而且只有黑体,其 辐射的吸收和发射才具有各向同性的特 征。太阳表面经常被看作Lambert辐射 面。
物体对辐射的吸收,透射和反射
媒介对辐射的三种作用: • 吸收: Qa Q0 = Qr • 反射: Qr Q0 • 透射: Qd
Qa
+
Qa
+
Qd
Qr
Qd
定义三个无量纲比率:
Qa Qr Qd • 吸收率: a = Q Q Q 1 0 0 0
• 反射率:
Qa Qr Qd 1 r= Q0 Q0 Q0
太阳辐射及其在大气中的衰减
太阳辐射是地球上最主要的能源,也是地 球大气中各种物理化学过程的总能源,太 阳辐射在到达地表前,要经过大气层,大 气层对太阳辐射有吸收和散射作用,从而 导致到达地射
• 太阳直径约为140万公里,相当于地球直 径的109倍,体积约为地球体积的130万 倍,质量约为地球质量的33万倍,约等 于太阳系所有的行星、卫星总质量的750 倍。但在宇宙中,它的质量在平均值附近, 而它的大小却低于平均值。 • 是地球最主要的能源,但这只不过是太阳 辐射总能量的22亿分之一。 • 太阳光球表面温度约为5800K,内部中心 7 温度可达 15 . 10 K 。
辐 射 能 量 的 分 布
Peak Wavelength Sun 0.5 micrometers Earth 10 micrometers Max. Intensity 7.35 X 107 W/m2 390 W/m2
三.斯蒂芬-玻耳兹曼定律
1879年Stefan 从热力学实验得出:黑体辐射通 量密度E0(T)与其自身热力学温度的四次方成正比。 1884年 Boltzmann在理论上给与了证明。 随着温度的升高,黑体对各波长的放射能力都相 应地增强,因而辐射通量密度也随温度增大。斯 蒂芬-玻尔兹曼定律表明:黑体的辐射通量密度与 绝对温度的四次方或正比,即
0.39 0~ [μm] 0.45 5
波长 范围
0.45 5~ 0.48 5
0.48 5~ 0.50 5
0.50 5~ 0.57 5
0.57 5~ 0.58 5
0.58 5~ 0.62 0
0.62 0~ 0.76 0
典型 波长
0.43 0.47 0.49 0.54 0.58 0.60 0.64 [μm] 0 0 5 0 0 0 0
等效黑体辐射温度
• 由实际测量到的辐射通量密度,根 据Stefan-Boltzmann 定律计算得到 的温度称为等效黑体辐射温度。 Te • 研究辐射问题时常用 等效黑体辐射
温度
四 维恩位移定律(Wein )
维恩是一位理论、实验都 有很高造诣的物理学家。
正象劳厄所评价的那样: “他的不朽的业绩在于引导我们 走到量子物理学的大门口”。 1911因发现了热辐射定律 或诺贝尔物理学奖。
• 物体既向外辐射能量,也会吸收外界的 辐射能量。 • 物体放出的辐射等于吸收的辐射,它的 热状态保持不变,此时称为辐射平衡 。
辐射的物理过程
• 辐射都是由带电粒子在原子、分子内部 的轨道跃迁,或原子、分子自身振动或 转动能级的转移而产生的。 • 辐射都具有统一的电磁波本质,在真空 中有相同的传播速度——光速,在媒介 中传播时都会产生干涉、衍射和偏振等 现象。 • 轨道跃迁和振动或转动只允许在某些能 级间进行,两个能级间的能量差是固定 的,从而产生的辐射为量子形式,每一 份能量称为光子。
大气运动的能量来源于太阳辐射,地面 和大气中的辐射过程从大尺度 开始控制了地球大气系统的能量平衡, 从而决定了地球气候的基本特征。
第1节 辐射概述 一辐射的基本概念
• 辐射:是能量的一种形式,物质以电磁波 的形式放射能量。
• 辐射热交换:自然界的一切物体都能以电 磁波的形式放射能量,同时也在不断地吸 收外界的辐射。各种物体之间的通过辐射 来交换热量,称为辐射热交换。 • 根据Kelvin定义的热力学温度,任何物体 只要其绝对温度不为零度,就会向外辐射 能量,辐射能力依赖与其热力学温度。
• 均匀辐射
L与观测位置(x, y, z) 无关( L是观测位置的 函数—非均匀辐射)
• 定常辐射
L与时间t无关( L与时间t的函数—非定常辐射)
• 辐射强度J: 辐射强度是指点辐射源在某一方向 上单位立体角内的辐射通量 • 辐射率、辐射通量密度等辐射量随波长的变化
热辐射的基本定律
一、 Kirchhoff 定律 二、 Planck 定律 三、 Wein 定律 四、 Stefan-Boltzmann 定律
设有一真空恒温器(温度为T),放出黑体 辐射 。 代表在温度T,波长λ时的黑体 辐射率,在其中用绝热线悬挂一个非黑 体物体,它们温度与容器温度一样亦为 T,它的辐射率为 I T ,吸收率为a T 。这 样,非黑体和器壁之间将要达到辐射平 衡。器壁放射的辐射能、非黑体放射的 辐射能和未被吸收的非黑体反射辐射能, 三者达到平衡,则
电磁波谱
• 将不同频率电磁波按频率高低排列,组成电 磁波谱。 • 不同频率的电磁波具有不同的物理性质。 • 人的视网膜能够感应的电磁波,称为可见光 区,在可见光区分为几个不同波段,各波段 具有不同颜色。 • 电磁波谱-包括γ射线、X射线、紫外线、可 见光、红外线、超短波和无线电波 。可见 波部分,波长范围约为0.4~0.76微米
FTb T
4
σ= 5.67*10-8 [W m-2 K-4]
斯蒂芬-玻尔兹曼定律可以从普朗克定律 中推导出来。将上式对整个波长积分
FTb FTb d
0
2hc 2
0
5
e
1
hc kT
d 1
2 5 k 4 4 4 FTb 2 3 T T 15c h
FTb
2hc 2
5
e
1
hc kT
1
其中h为普朗克常数6.62*10-34Js-1 K为玻尔兹曼常数1.38*10-23 Jk -1
由于
1
,
f
c
因此普朗克定律可以表为
I fTb
2hf 3 c
5
1 e
2
hf kT
1
I Tb
2hc e
hc kT
5
1
以4微米作为分长线,把太阳辐射称为短波辐射, 而把地球和大气的辐射称为长波辐射或红外辐射。
二.普朗克定律
1900年普朗克 (M.Plank)依据量子理论导 出了黑体辐射随温度T和波 长λ的分布函数形式,这就 是普朗克定律
Max Karl Ernst Ludwig Planck
(1858-1947) 德国物理学家,量子 力学的开创人
I Tb
2hc 2
5
e
1
hc k T
1
第二章 太阳辐射
基本内容
主要讲解大气中辐射传输的基本规 律和物理过程,以及地球大气系统的辐 射能量收支问题,地球大气系统能量的 主要来源是太阳的辐射能,它从根本上 决定了地球、大气热状态,从而成为制 约大气运动和其它大气过程的能量,是 产生各种大气物理、大气化学过程和天 气现象的根本原因,也是气候形成的重 要因子之一。
一 基尔霍夫定律 (Kirchhoff )定律
• 研究物体的发射能力与 吸收能力之间的关系 • 1859年由基尔霍夫根据 实验得到:物体的发射 能力与吸收能力之间关 系密切,在同一温度下, 吸收能力大的物体其发 射能力也大;反之亦然。 且发射能力是温度和波 长的函数。
G.R.Kirchhoff (1824-1887) 德国物理学家
维恩 (1864-1928)
德国物理 学家
黑体光谱辐射率极大值对应的波长 m 与绝对温度 成反比。其表达式为
m T=2897.6(微米· 开)
辐射体愈热(温度愈高),所发出的光就愈“白”
图5.4黑体光谱辐射率曲线最大值连线表 示Wein位移定律
色温度
• 由测量到的最大单色辐射通量密度对应 的波长值,根据Wein 定律计算得到的温 度称为色温度。 Tc • 色温度仅仅表示辐射体的主体颜色。 • 色温度传统应用于冶金工业和高温加热 工程领域,随着高温遥感探测技术发展, 色温度的直接应用逐渐减少。