大气科学基础第二章

可见光波长范围
色彩名称 紫 蓝 青 绿 黄 橙 红
波长范围 0.40～0.43微米 0.43～0.47微米 0.47～0.50微米 0.50～0.56微米 0.56～0.59微米 0.59～0.62微米 0.62～0.76微米
§1.2 辐射的传播—电磁波
3、大气科学研究对象：太阳短波辐射、地球和大气长波辐射
F：积分辐出度，表示
Fλ
单位时间通过单位面积
全部波长的总辐射能。
λ dλ
பைடு நூலகம்
已知F可计算空间某一面积A上的辐射通量Φ。
dFdA FdA
A
若 F C ，则辐射通量 FA
§1 复习题
1、什么是黑体和灰体？黑体与黑色物体有何区别？ 2、辐射通量、辐射通量密度、辐出度、辐照度、
分光辐出度、积分辐出度的概念。
§1.3 黑体与灰体(1)
Q0QaQ rQ t
Q0
Qr
Qa
1Qa Qr Qt Q0 Q0 Q0
Qt
吸收率 反射率 透射率
AR1
水分含量对玉米叶子反射率的影响
不同土壤的反射波谱曲线
各种地表对太阳辐射的反射率（%）
地表 森林 田地（绿色） 田地（已开垦的干地） 草地 裸地
沙地
反射率 3～10 3～15 20～25 15～30 7～20
ET
0 E,T
d
有效温度Te：将物体视作绝对黑体时计算出的温度。
5、维恩定律
▪ 黑体辐射光谱极大值对应的波长(λmax) 与其本身温度(T) 的乘积为一常数。
max
b T
（ b=2897.8μm·K） 颜色温度Tc：由光谱测定物体温度。
卫星在火灾监测中的应用
小 结：普朗克定律给出绝对黑体的分光辐出度与波长、温
波）＜无线电波
(微米)
不同电磁波的具体波长范围
名称
紫外线
可见光
近红外
红
中红外
外
线
远红外
超远红外
毫米波
微
波
厘米波
分米波
波长范围 100埃～0.4微米 0.4微米～0.76微米 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 1～10厘米 10厘米～1米
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
§1 辐射概述
§1.1 辐射的定义 §1.2 辐射的传播—电磁波 §1.3 黑体与灰体 §1.4 辐射场物理量
A=1,R=Т=0 若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为相对黑体。
灰体：A小于1且不随波长而变化的物体。 若物体不透明,则透射率Т=０ ，吸收率A=1-R。
§1.3 黑体与灰体(3)
▪ 实验室黑体:
Q0
§1.3 黑体与灰体(3)
▪ 实验室黑体:
Q0 RQ0
§1.3 黑体与灰体(3)
▪ 实验室黑体:
第二章 大气辐射学
§1 辐射概述 §2 辐射平衡的基本规律 §3 太阳辐射及其在大气中的衰减 §4 到达地面的太阳辐射 §5 地气辐射 §6 地面辐射差额和气温变化 §7 地气系统能量平衡
§2 辐射平衡的基本规律
§2.1 辐射平衡 §2.2 基尔霍夫定律 §2.3 普朗克定律 §2.4 玻尔兹曼定律 §2.5 维恩定律
15～25
地表 雪地（新雪） 雪地（陈雪）
冰 水面hθ＞40° 水面hθ=5～30°
反射率
80 50～70 50～70
2～4 6～40
以上图表可以说明什么？
▪ 物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长 和物体的性质而改变。
§1.3 黑体与灰体(2)
黑体：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部 吸收的物体称为绝对黑体。故有：
§1.4 辐射场物理量
1、辐射通量Φ：单位时间内通过某一平面的辐射能，也称 为辐射功率，单位为J/S或W。
dQ dt
2、辐射通量密度F：单位面积的辐射通量，或是单位面积 单位时间内通过的辐射能，单位为W·m-2
Fd dQ dA dAdt
Fd dQ dA dAdt
辐照度
辐出度
辐射光谱
Fλ：分光辐射出射度或者叫单色辐射通量密度，指物体温 度为 T 时，单位时间内从单位表面发出的波长在dλ附 近单位波长间隔内的电磁波能量，它表示热辐射能量按 波长的分布。
§2.3 普朗克定律
绝对黑体辐射率仅是波长和温度的函数，单位为W·m-2·μm-1。
E(,T)c1
c2
(eT
1)1
5
第一辐射常数C1=3.7427×108W·μm4·m-2
第二辐射常数C2= 14388μm·K
§2.4 玻尔兹曼定律
黑体的积分辐出度ET与温度T的四次方成正比。
ET T4
（σ=5.6696×10-8 W·m-2·K-4）
§1.1 辐射的定义
地球和太阳的辐射
§1.1 辐射的定义
▪ 辐射能是能量的一种形式，物质以电磁波的形式放射的 能量，称为辐射能，而这种能量传播方式称为辐射。
§1.2 辐射的传播—电磁波
1、传播速度：3×108m/s 2、波长范围：10-16m—103m λ： 宇宙射线＜ γ射线＜X射线＜紫外线＜可见光＜红外线（＜微
R2Q0 Q0
RQ0
§1.3 黑体与灰体(3)
▪ 实验室黑体:
R2Q0
RnQ0 Q0
RQ0 吸收率1-Rn
§1.3 黑体与灰体(4)
▪ 黑色物体与黑体的区别？？？ 黑色物体只表明它对可见光的反射性质，而对非可见光 的吸收无法判定，而黑体是对整个电磁波谱范围内所有 波长或某一特定波长而言，它对辐射是全部吸收的，它 考虑的是对辐射的吸收性质。
F,T E(,T)
A,T
E(λ,T)：绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出 度。
§2.2 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律的意义： ▪ 它将物体的放射与吸收联系起来了，只要知道某物体的
吸收率就可以知道其放射率，反之亦然。 ▪ 它把各种物质的吸收、放射与黑体的辐射能力联系起来。
使我们有可以通过研究黑体的辐射来了解一般物体的辐 射。而对于黑体的研究，无论从理论上还是实验上都比 较简单。
§2.1 辐射平衡
当物体放射出的辐射能等于它吸收的辐射能时，物体处于 辐射平衡状态，可用态函数—温度T来描述，因此平衡辐 射又称为温度辐射。
§2.2 基尔霍夫定律
在一定温度下，对某一特定波长而言，任何物体的辐出度 与吸收率之比是一个普适函数，该函数只与温度和波长有 关，而与物体的其它性质无关。即具有选择吸收性：