大气科学概论课件到达地面的太阳辐射

因为P是一个时空和m的复杂函数，日总量 的公式不好积分。
为简单起见，假定p=0和p=0.7,(大气完全透明 和大气衰减的一般情况），结果如p44图2.15和 图2.16，尽管上述处理是一致的，但仍然可以看出 大气对太阳辐射的消光作用。
6.3.3.3 到达地表的太阳散射辐射
由于大气的存在，到达地表的辐射除太阳直接 辐射外，还有从天空各方向散射而来太阳散射辐 射，散射辐射来自整个半球天空，又称天空辐射。
cos
cos)
因为中午ω=0°，将相关值代入公式: S=1318w/m²s
思考题：
1、入射到大气上界水平面上太阳辐照度。 2、大气上界水平面的太阳辐射能积分日总量。 3、什么叫地面总辐射？到达地面的散射辐射
的大小取决于那些因子？
☺太阳高度角h：阳光与水平面的夹角。 ☺天顶角θ：太阳高度角的余角。 ☺时角ω：观测点的经圈与太阳重合后（即当地 正午）地球自转的角度。
每天ω从0°变到360°，正午为0°，日出日落ω0的需计算。 ☺方位角α：太阳在赤道面所处的位置。
正南为0o,正西为90o, 正北为180o,正东为270o。 ☺太阳赤纬δ：日地连线与赤道平面的夹角。 北半球春秋分δ=0；ω0=90o或270o 。 夏至日δ=23.5o ； 在φ=66.5处ω0=180o 。 冬至日δ=-23.5o ；在φ=66.5处ω0=0o 。
在日出日落时刻，因为h=0o，可求出日出 日落的时角和方位角为：
cos0 tan tan cos 0 sin / cos
◇对北半球的春分秋分日， δ=0o，ω0=±90o ,α0=90o和270o 即日夜等长,太阳从正东升起，从正西落下。
◇对北半球的夏至日， δ=23.5o，在φ=66.5o,ω0=±180o , 说明北极圈内全天太阳不落。
6.3.3.2 到达地面的太阳直接辐射
由于大气对太阳辐射有吸收和散射的消光作 用，直接到达地面的太阳辐射 有S所 衰减。
设S为到达大气上界的太阳直接辐射通量密度； 为S到 达地面的太阳直接辐射通量密度。
根据皮耳定律：（p38的指数削减定律）
S S er m S pm
m为大气质量数，P为所有波长范围内的平均透明系数。
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6.3.3.4 地面总辐射
到达地面的太阳直接辐射与散射辐射之和 称为地面总辐射。
地面总辐射=直接辐射+散射辐射
地面总辐射的日变化：
夜间为0，日出后增大，正午最大，午后逐 渐减少，有云使最大值提前和推后出现。
地面总辐射的年变化：
与直接辐射的年变化一致,中高纬度夏季最大， 冬季最小，赤道一年两个最大值出现在春分和秋 分，最小值出现在夏至和冬至。
和SS00分别为距太阳r和r0处垂直于太阳光的
辐射通量密度。
因为通过半径为r的球面的太阳辐射通量与 通过半径为r0的球面的太阳辐射通量相等，
4r02S0 4r2S0
所以，有
S0
(
r0 r
)
2
S0
rm=(r0/r)²为日地距离订正系数，也称地球轨道偏心率。
二、任何日期到达大气上界水平面上 太阳辐射通量密度S的计算
S S0sinh
因为 S AC S所0以，AB
S S0sinh
即
S
S0 sinh
S0
(
r0 r
)2 (sin
sin
cos
cos
cos)
介绍一些天文知识：
☺黄道平面:地球以椭圆轨道绕太阳旋转，地球 公转轨道平面称为黄道平面。
☺天文单位AU:日地之间的平均距离为1AU ☺近日点： 1月3日，日地 距离为0.973AU ☺远日点： 7月4日，日地 距离为1.017AU
散射辐射的大小取决于太阳高度角、大气透明系数、 云量、海拔高度，并受地面反射率影响，其变化范围较大
h越小，S散越小； p越小，散射粒子越多，S散越大；云层越厚， 云量很大时，因直接辐射少，S散越小。海拔越高，S散越小；反射率 越大，因反复散射，S散越大。
散射辐射一般比直接辐射弱（中纬度S散仅是直接辐射的35%-90% 但有时会大于直接辐射。如高纬云多的地区，有时会大几倍。
所以，有
S
S0
(
r0 r
)
2
s
inh
P
m
太阳直接辐射的日总量只要对上式积分即可：
QG
t2 t1
S0
(
r0 r
)2 (sin
sin
cos
cos
cos)dt
0
d 2mS 0(sin sin cos cos cos)
T
d
0
2
t1和t2分别为日出日落的时间， ω０和－ω０为对应的时角，
T为一昼夜的时间，T=T(ω+π）/2πdω，
到达地面的太阳辐射
6.3.3.1 大气上界的太阳辐射能
一、不同日地距离日期的太阳常数
◇在平均日地距离的日期，垂直到达
大气上界的太阳常数S0： S0 1367 w / m2
◇在非平均日地距离的其他日期，垂直到达
大气上界的太阳常数 S0须 订正：
S0
( r0 r
)2 S0
推导：设日地距离为r，平均日地距离为r0，
对地面上处于纬度φ和经度λ的观测者 而言，在某一时刻观测到的太阳高度角h和 方位角α可以用下列方程计算。
sinh sin sin cos cos cos cos (sin sin cos ) / cos sin
其中，δ为太阳赤纬，变化在正负23o27’； ω为时角，每天从0o变至360o 。
地面总辐射的日总量随纬度的分布，由高纬向 低纬增加，如p46图2.19。
练习p54,6：
若大气透明度系数为0.8，求南京地区 （φ=32°Nω）夏至日中午时刻入射到地表水平 面上的辐射通量密度。 （δ=23°27′，r/r0=1.016)
解：S
S0 sinh
S0
(
r0 r
)2 (sin
sin
cos