大气科学基础期末背诵

第四章 大气热力学基础

1、热力学第一定律

Q = ΔU + W

1）热力学定律的 (T,V) 形式

2）热力学定律的 (T,P) 形式

2、在绝热条件下，热力学方程变为

（泊松(Poisson)方程）

3、位温（θ）：将任意高度上的空气块按干绝热过程 把它移到1000百帕高度上时具有的温度

4、凝结高度

自由对流高度——气块温度大于环境温度的高度 5、始终保持饱和状态的绝热过程，称为湿绝热过程。

6、假相当温度和假湿球温度

假相当温度θse ——湿空气块绝热上升到水汽全部凝结降落后，再沿干绝热过程下降到1000mb 时所具有的温度。假相当温度不仅考虑了气压变化对气温的影响，还考虑了水汽凝结潜热对气温的影响。

假湿球温度θsw ——气块沿干绝热过程上升到凝结高度后，再沿湿绝热过程下降到1000mb 时所具有的温度。实际不存在，设想下降过程中外界不断有水汽补充以供蒸发，使气块始终保持饱和状态其目的是最大限度地考虑蒸发耗热对温度的影响。

7、温度-压力对数图

当露点曲线远离温度曲线表示空气干燥；两者接近表示空气湿润，越接近相对湿度越高。当两者重合表示空气达到饱和，有可能产生云。

实际比湿等于露点温度下的饱和比湿

1）坐标：横坐标是温度，纵坐标为ln(1000/p)

2）基本线条

● 等温线 平行于纵轴的黄色直线

● 等压线 平行于横轴的黄色直线

● 等饱和比湿线 自右下方向左上方倾斜的绿色实线

● 露点温度

● 干绝热线 黄色斜实线

● 湿绝热线 绿色虚线

● 温度层结曲线 红色

● 露点层结曲线 蓝色

● 状态曲线 绿色

3）温度-对数压力图解的应用

a 、确定湿度参量

b 、确定各种特征高度

c 、确定各种温度参量

第五章 太阳、地面和大气的辐射

1、基本概念

1）辐射(Radiation )：以电磁波传递能量的过程。通过辐射过程传播的能量成为辐射能。辐射能的传播不需要介质，辐射能在传播过程中会被吸收或者被反射。

2）热辐射(Thermal Radiation )：由于热的原因而发生的辐射 。物体减少本身的内能或者是物体吸收外界传来的热量而产生的辐射。热辐射是电磁波，它有一般电磁波的共性，即它是以光速在空间传播的。 3）辐射通量（P ）：单位时间内通过空间任一表面的辐射能。

4）辐射通量密度（辐射能力or 辐射出射度）

辐射通量密度（F ）：单位面积上的辐射通量，即单位面积单位时间内通过的辐射能。

5） 对于到达接受面的辐射通量密度称为辐照度

6） 辐射强度：单位时间内，通过垂直于选定方向上的单位面积（对于球面坐标来说，即单位立体角）的辐射能就是辐射强度

7）辐射亮度：是指通过某一选定方向上，单位立体角中单位面积的辐射通量。

辐射通量——单位时间灯泡的总辐射能量（W ）

辐射通量密度——单位时间单位面积的辐射能量（ Wm -2）

辐射强度——单位时间单位立体角的辐射能量（ Wsr -1）

辐射亮度(L)——选定方向上，单位立体角中单位面积的辐射通量

8）太阳辐射强度就是太阳在垂直照射情况下在单位时间单位面积上所得到的辐射能量。

在日地平均距离的条件下，在地球大气上界，垂直于太阳光线的单位面积上，在单位时间内所接受的太阳辐射能量，就称为太阳常数。1981年WMO 推荐的太阳常数值为1367W/m 2，多数文献上采用1370W/m 2。

太阳辐射在大气上界的时空变化是由太阳和地球间的天文位置决定的，又称为天文辐射。

2、太阳辐射的波长范围主要在0.15-4微米——太阳短波辐射

地面和大气的辐射波长范围在3-120微米——地面长波辐射、大气长波辐射

3、辐射的基本定律

任何00K 以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。热辐射具有连续

λ

f c =)(W dt dQ P =dA dP

F =Ω

d dA P d θcos 2

的辐射谱，波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。下面介绍热辐射的一些基本定律。

1） Kirchhoff's Laws （基尔霍夫定律）

● 基尔霍夫定律是研究热辐射的基础，它说明了一定温度下物体辐射能力与

吸收率之间的关系

● 基尔霍夫定律表明：在辐射平衡条件下，任一物体的单色辐射能力与物体

对该波长的吸收率之比值，是一个温度与波长的普适函数，而与物体的性质无关

● 如果该物体对某一波长为黑体，吸收率等于1，这样普适函数就和黑体的

辐射能力相等。因此，基尔霍夫定律也可以表达为：任何物体的辐射能力与其吸收率之比等于相同温度下的黑体辐射能力。

● 基尔霍夫定律的意义：把物体的吸收率、放射率和黑体辐射联系在一起

2） Planck Radiation Law （普朗克定律）

① 对应任一温度，单色辐射出射度随波长连续变化，且只有一个峰值，对应

不同温度的曲线不相交。因而温度能唯一确定单色辐射出射度的光谱分布和辐射出射度（即曲线下的面积）

② 单色辐射出射度随温度的升高而增大

③ 单色辐射出射度的峰值随温度的升高向短波方向移动

3） The Wien （维恩定律） and Stefan-Boltzmann Laws （斯蒂芬-波尔兹曼定律）

Stefan-Boltzmann 定律指出，黑体发射辐射的能力与其绝对温度的四次方成正比。

维恩定律：辐射能峰值与波长

Stefan-Boltzmann 定律：黑体的总辐射能

维恩定律：随着温度的增加辐射能峰值向短波方向移动

Stefan-Boltzmann 定律：随着温度的增加，黑体辐射能增加，并且是快速猛增，因为是与温度的4次方成正比

4、太阳辐射在大气中的散射（solar radiation scatter in atmosphere ）

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