气象学与气候学第二章PPT课件

太阳常数——就日地平均距离而言，在大气上界垂直于
太阳光线的1cm2的面积，1分钟获得的太阳辐射能。用IO来 表示。
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太阳辐射在大气中的减少
大气对太阳辐射的吸收
水汽——主要集中在红外区。太阳辐射因水汽的吸收可以减少415%。所以，大气因水汽直接吸收太阳辐射而引起的增温并不显著。
臭氧——在可见光区、紫外区都有较强的吸收带，但因大气中臭氧 含量甚微，故大气因臭氧直接吸收太阳辐射而引起的增温不显著。
云层、尘埃的反射
云的反射最强，对太阳辐射的反射可达50-55%。
结论：在吸收、散射和反射三种方式中，反射最主要，
散射次之，吸收最少。---从大气对太阳辐射的减弱的影 响程度。 就全球平均状况而言，太阳辐射有30%被反射和散射到宇 宙空间，20%被吸收，50%可直接到达地面。
解释现象：日出、日落，太阳四周呈红色。
3、辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的 辐射能量。
它分为入射辐射通量密度和放射辐射通量密度。
4、辐射强度（I）：单位时间内，通过垂直于投射在单 位面积上的辐射能。
5、辐射光谱：是辐射能按波长分布的函数。它能确定
物体的辐射特性。
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6、吸收率（a）：物体吸收的辐射与投射于其 上的辐射之比。
7、反射率（r）：物体反射的辐射与投射于其 上的辐射之比。
第二章 大气的热能和温度
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凤凰网资讯 : 中国北方强降温 内蒙迎今年首场降雪 2010年09月17日 07:59凤凰卫视
受冷空气东移的影响，中国北方部分地区出现大幅降温 天气，内蒙古甚至降下近几年来、最早的一场雨夹雪。 呼伦贝尔根河巿，15号降下了近几年来，入秋后最早的 一场雨雪。伴降着冰雹，风雪持续了近六个小时。当地 16号最低温度降至零下摄八度。
太阳直接辐射的强弱和许多因子有关，其中最主要的有两个，
即太阳高度角和大气透明度。
太阳高度角的大小对太阳直接辐射的影响有两个方面 。
①高度大小不同，影响到太阳辐射投射到地面上的面积的大小。 ②太阳高度角的大小，还直接影响到太阳辐射通过大气层的厚度 和大气质量。
一般以太阳高度角为90º（直射），在地面为标准气压（海平面压 力为1013hPa）时，太阳光垂直投射到地面所经路程中，单位截面
8、透射率（d）：透过物体的辐射与投射于其 上的辐射之比。 物体的吸收率、反射率和透射率随辐射 的波长和物体的性质而改变。
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电磁波谱
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二、辐射的基本定律
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基尔霍夫定律
它的基本形式为： KλT=eλT 它表明：
①对于不同物体而言，放射能力较强的，其吸收能力 也强。黑体的吸收率最大，所以它也是最好的放射体。
②对于同一物体而言，如果在温度T时，它放射某一 波长的辐射，那么在同样T下，它也吸收同一波长的 辐射。
基尔霍夫定律说明，不管什么物体，只要T、λ相 同，它的放射率和吸收率的比值是一样的。
基尔霍夫定律适用于处于辐射平衡的任何物体， 对流层、平流层和地表均可看作是处于辐射平衡状态， 因此可直接应用这一定律。
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到达地面的太阳辐射
太阳辐射经过大气层的吸收、反射和散射后剩余的50%就可到达地 面。到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以平行光线的形式直接投 射到地面上的，称为太阳直接辐射；一是经过散射后自天空投射到地面 的，称为散射辐射，两者之和称为总辐射。
一、直接辐射 二、散射辐射 三、总辐射
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直接辐射
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章节介绍
第一节 太阳辐射 第二节 地面和大气辐射 第三节 大气的增温和冷却 第四节 大气温度随时间的变化 第五节 大气温度的空间变化
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一、辐射的基本概念
1、辐射：自然界中一切物体都以电磁波的方式向四周 放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。
2、辐射能：通过辐射传播的能量称为辐射能。它是通 过电磁波的方式传输的。单位是：焦耳（J）。
积的空气柱的质量，称为一百度文库大气质量。
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大气透明度 在相同的大气质量下，到达地面的太阳辐射也不完
全一样，因为还受大气透明度的影响。 一个地区在一天中大气透明度的变化很小，所以影
式中σ=5.67×10-8W/（m2·K4）为斯蒂芬-波 耳 兹曼常数。
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黑体放射能力与波长、温度的关系
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维恩位移定律
黑体单色辐射极大值所对应的波长（λm）是随 温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。根据 研究，黑体单色辐射强度极大值所对应的波长与其 绝对温度成反比，即
λmT=C 上式为维恩定律表明。
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大气对太阳辐射的散射
1、当太阳辐射遇到的是直径比波长小的空气质点时，波长越短，散 射越强。这被称为分子散射或蕾利散射。
解释现象：雨过天晴，天空呈蔚蓝色。 2、当太阳辐射遇到的是直径比波长要大的空气质点时，此 时各波段的电磁波均被散射，这叫粗粒散射、米散射或漫 射。
解释现象：灰色而浑浊的天空
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如果波长以微米为单位常数C=2896μm.K。则：
λmT=2896μm.K
这表明：物体的温度愈高，其单色辐射极大值
所对应的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其辐
射的波长则愈长。
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三、太阳辐射
太阳辐射光谱和太阳常数
太阳辐射光谱——太阳辐射中，辐射能按波长大小的分布。
大气上界的太阳辐射光谱是在0.1-5微米的范围内，其中 99%以上的能量集中在0.15-4微米之间，且主要分布在可见 光和红外区，其中可见光占太阳辐射总量的50%，并以 0.475微米附近的辐射能量最强，这一波长相当于青光；红 外区占总能的43%，紫外区只占7%。
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斯蒂芬-玻耳兹曼定律
由实验得知，物体的放射能力是随温度、波长而 改变的。随着温度的升高，黑体对各波长的放射能力 都相应地增强。因而物体放射的总能量（即曲线与横 坐标之间包围的面积）也会显著增大。
根据研究，黑体的总放射能力与它本身的绝对温 度的四次方成正比。即
ETb=σT4 上式称斯蒂芬-波耳兹曼定律。
CO2——对太阳辐射的吸收仅在红外区的4.3微米处，该区域太 阳辐射强度小，被吸收后对整个太阳辐射并无多大影响。
结论：大气对太阳辐射的吸收带均位于太阳辐射光谱两端的低能区， 大气成分对太阳辐射的减弱并不明显。也即大气因直接吸收了太阳 辐射而引起的增温不明显。因此说，太阳辐射并不是低层大气的直 接热源。---主要由于地面散射。