辐射概念规律
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• Remarks: used to derive aerosol properties, and total column water vapor, as part of the AERONET global net–work (an in–house modified version for cloud properties has been implemented in recent campaigns)
• 以这种方式传递的能量，称为辐射能。 • 以横波形式在空间传播，速度即光速。
5.1.1 电磁波谱
例：波长10 m对应的频率和波数？
c = speed of light in a vacuum = 3.0 x 108 m/s
= wavelength (m) v = frequency (1/s or s-1)
• 辐亮度L (Radiance)：单位立体角、单位时间、单位面积所通过的 辐射能量，单位为 Wm-2sr-1 .
L( x , y , z , , ,t ) dE d dQ
d dA d dA dt d
• 太阳直接辐射 L 的测量
• 全自动太阳分光光度计 CE318（法国 CIMEL）
• Spectral channels: 340, 380, 440, 500, 675, 870, 936, 1020, 1640 nm (alternate channels and polarization exist on many instruments as well)
dQ
dt
• 辐射强度I：点辐射源 在某方向上单位立体角
内传送的辐射通量。
I d
d
• 辐射通量密度E (Radiant Flux Density) 单位时间通过单位面积的辐射功率，单位为W/m2。
设面元为dA，则E为： E d dQ
dA dtdA 当表示面元接受的F时，又称辐照度（Irradiance）；表示从物体 表面发射出的E，又称辐出度、辐射度、辐射能力（Emittance）。
FAQ 1.1, Figure 1. Estimate of the Earth’s annual and global mean energy balance. Source: IPCC_AR4_Kiehl and Trenberth (1997).
学习、研究的意义
• 辐射能是地面和大气的基本能量来源，辐射是地 气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式。
立体角的计算
d rd r sin d
d
d
r2
sin d d
wk.baidu.com
辐射场物理量包括： • 辐射能； • 辐射功率； • 辐射强度； • 辐射通量密度； • 辐亮度，等。
• 辐射能Q：焦耳、热力学卡（1k=4.1840J）；
• 辐射功率φ（或Radiant Flux 辐射通量W）：
单位时间内通过任意表面的辐射能量，单位J/s。
第五章 地面和大气中的辐射过程
• 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。
• 大气辐射学：研究辐射能在地球-大气系统内传输 和转换的规律及其应用，属大气物理学的一个重 要分支；是天气学、气候学、动力气象学、应用 气象学、大气化学和大气遥感等学科的理论基础 之一。
大气辐射场的基本特性
• 各向同性：辐亮度L与观测方向(q ,φ)无关；
• 均匀辐射：L与观测位置(x, y, z) 无关； • 定常辐射：L与时间t无关。
• 平面平行大气：考虑到大气中各种变量在水平方向的变化率远小 于垂直方向的变化率，因此经常可假设大气是水平均一的，相应 的大气模型在大气辐射学中称为平面平行大气。
• 例如：紫外线：uv-A(0.315-0.4), uv-B(0.28-0.315), uv-C(0.150-0.28) unit: um • 红外线：近红外(0.7-2.5)，远红外(2.5-1000)；微波：1mm到1m波段。
5.1.2 描述辐射场的物理量
预备知识 ① 通量的概念
② 平方反比定律：表示辐射能通过空 间传播方式的原则,表示光的强度与 到光源的距离的平方成反比。
Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
= c, E = h v = h c /
E = Energy (joules, or j), h = Planck’s constant = 6.63 x 10-34 j -s, v = frequency (1/s or s-1)
③ 立体角概念：锥体所拦截的球面积σ与半径r的平方之比，单位
为球面度（sr: Steradians）。
r2
Solid angle units are steradians [sr]. For a sphere of surface area r, the solid angle subtended by the entire sphere is 4, by a hemisphere is 2, etc.
c = speed of light in a vacuum (m / s), = wavelength (m)
• 不同波长的电磁波有不同的物理特性，因此可以用波长来区分辐 射，并给以不同的名称，称之为电磁波谱。
• Most significant spectral regions associated with radiative energy transfer in atmosphere lie between ultraviolet light and microwaves.
• 辐射传输规律是大气遥感的理论基础。 • 数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程。 • 气候问题——辐射强迫。
5.1 辐射的基本知识
5.1.1 电磁波谱 5.1.2 描述辐射场的基本物理量
5.1 辐射的基本知识
• 自然界一切物体都时刻不停地以电磁波的形式向四周传递能 量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种能量传递的方式 称为辐射。
• 以这种方式传递的能量，称为辐射能。 • 以横波形式在空间传播，速度即光速。
5.1.1 电磁波谱
例：波长10 m对应的频率和波数？
c = speed of light in a vacuum = 3.0 x 108 m/s
= wavelength (m) v = frequency (1/s or s-1)
• 辐亮度L (Radiance)：单位立体角、单位时间、单位面积所通过的 辐射能量，单位为 Wm-2sr-1 .
L( x , y , z , , ,t ) dE d dQ
d dA d dA dt d
• 太阳直接辐射 L 的测量
• 全自动太阳分光光度计 CE318（法国 CIMEL）
• Spectral channels: 340, 380, 440, 500, 675, 870, 936, 1020, 1640 nm (alternate channels and polarization exist on many instruments as well)
dQ
dt
• 辐射强度I：点辐射源 在某方向上单位立体角
内传送的辐射通量。
I d
d
• 辐射通量密度E (Radiant Flux Density) 单位时间通过单位面积的辐射功率，单位为W/m2。
设面元为dA，则E为： E d dQ
dA dtdA 当表示面元接受的F时，又称辐照度（Irradiance）；表示从物体 表面发射出的E，又称辐出度、辐射度、辐射能力（Emittance）。
FAQ 1.1, Figure 1. Estimate of the Earth’s annual and global mean energy balance. Source: IPCC_AR4_Kiehl and Trenberth (1997).
学习、研究的意义
• 辐射能是地面和大气的基本能量来源，辐射是地 气系统与宇宙空间能量交换的唯一方式。
立体角的计算
d rd r sin d
d
d
r2
sin d d
wk.baidu.com
辐射场物理量包括： • 辐射能； • 辐射功率； • 辐射强度； • 辐射通量密度； • 辐亮度，等。
• 辐射能Q：焦耳、热力学卡（1k=4.1840J）；
• 辐射功率φ（或Radiant Flux 辐射通量W）：
单位时间内通过任意表面的辐射能量，单位J/s。
第五章 地面和大气中的辐射过程
• 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。
• 大气辐射学：研究辐射能在地球-大气系统内传输 和转换的规律及其应用，属大气物理学的一个重 要分支；是天气学、气候学、动力气象学、应用 气象学、大气化学和大气遥感等学科的理论基础 之一。
大气辐射场的基本特性
• 各向同性：辐亮度L与观测方向(q ,φ)无关；
• 均匀辐射：L与观测位置(x, y, z) 无关； • 定常辐射：L与时间t无关。
• 平面平行大气：考虑到大气中各种变量在水平方向的变化率远小 于垂直方向的变化率，因此经常可假设大气是水平均一的，相应 的大气模型在大气辐射学中称为平面平行大气。
• 例如：紫外线：uv-A(0.315-0.4), uv-B(0.28-0.315), uv-C(0.150-0.28) unit: um • 红外线：近红外(0.7-2.5)，远红外(2.5-1000)；微波：1mm到1m波段。
5.1.2 描述辐射场的物理量
预备知识 ① 通量的概念
② 平方反比定律：表示辐射能通过空 间传播方式的原则,表示光的强度与 到光源的距离的平方成反比。
Electromagnetic radiation is characterized by its frequency ,
wavelength , wave number
or photon energy
= c, E = h v = h c /
E = Energy (joules, or j), h = Planck’s constant = 6.63 x 10-34 j -s, v = frequency (1/s or s-1)
③ 立体角概念：锥体所拦截的球面积σ与半径r的平方之比，单位
为球面度（sr: Steradians）。
r2
Solid angle units are steradians [sr]. For a sphere of surface area r, the solid angle subtended by the entire sphere is 4, by a hemisphere is 2, etc.
c = speed of light in a vacuum (m / s), = wavelength (m)
• 不同波长的电磁波有不同的物理特性，因此可以用波长来区分辐 射，并给以不同的名称，称之为电磁波谱。
• Most significant spectral regions associated with radiative energy transfer in atmosphere lie between ultraviolet light and microwaves.
• 辐射传输规律是大气遥感的理论基础。 • 数值天气预报中需要定量化考察大气辐射过程。 • 气候问题——辐射强迫。
5.1 辐射的基本知识
5.1.1 电磁波谱 5.1.2 描述辐射场的基本物理量
5.1 辐射的基本知识
• 自然界一切物体都时刻不停地以电磁波的形式向四周传递能 量，同时也接收外界投射来的电磁波，这种能量传递的方式 称为辐射。