气象学与气候学第二章
气象学与气候学第二章
I T K T
ITb
第二章 气候形成的辐射和热力因素
• 同温度下，该规律适用各种波长的 I T 辐射体，因此基尔荷夫定律又可写成： K T
ITb
•• 辐适射用平性衡：条处件于下辐，射物体平在衡某的波任长何（物 ）体的。辐对射流强 度层和和对平该流波层长大的气吸以收率及之地比球值表与面物都体可的性认质为无是关处。于所
第二章 气候形成的辐射和热力因素
教学要点
❖重点 1. 气候形成的辐射因素基本概念、原理、
热力因素及转换机制； 2. 大气中各种热力过程状况及气温的时
空分布特点。 ❖难点：气候形成的热力因素及其转换
机制。
第二章 气候形成的辐射和热力因素
引言
❖气候形成的因素
➢ 太阳辐射（Solar Radiation）：大气活动的能量之 源，大气过程的主宰力量（外部因素）。
第二章 气候形成的辐射和热力因素
主要内容
2.1 气候形成的辐射因素 2.2 气候形成的热力因素 2.3 全球气温带
第二章 气候形成的辐射和热力因素
教学目标
❖ 了解气候形成辐射因素基本概念及基 本原理；
❖ 理解气候形成的热力因素及其转换机 制；
❖ 掌握大气中的各种热力过程状况及气 温的时空分布特点。
ETb T 4
：斯蒂芬－玻耳兹曼常数，其值为 5.6710 8W /m 2g K 4 。
该式表明：高温物体在单位面积上放射的能量比 低温物体多。
第二章 气候形成的辐射和热力因素
3. 维恩（Wien）位移定律：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： mT C
若波长以微米为单位，则常数
各种辐射的波长范围
第二章 气候形成的辐射和热力因素
第二章 第2节作用于流体的力应力张量
这个四面体的运动方程：
（2.21） （体力 上式中的 +面力） 是三阶小量， 是二阶小量， 含 的项比含 的项可以略去， 2.21中含 的略去
的项小一个量级。当四面体无限缩小时，含 则得到： 又因为：
9
上式又可以写成：
移项为： 上式中的三个小面积 是 （2.24）
在三个坐标面上的投影，即： （2.25）
6
根据牛顿的作用力与反作用力定律：
注意：pn 一般而言不平行于法线（不垂直于作用面），下标的
n只是表示面元的法向。 （3）应力矢
在直角坐标轴上的投影。记为：
注意：第一个下标表示面元的法向，第二个 下标表示应力的投影方向。 （4） 一般而言不平行于法线（不垂直于作用面），因而它在
面元的法向和切向都有投影，即：
17
1、牛顿实验： 1687年，建立了此关系 实验（如书上P53图2.5）
实验： 开始-------两块很长的平行板，中间充满不可压缩粘性流体。 上板以速度U 平行于下板移动，下板静止。 此时，粘在上板上的流体速度是U，下板上的流体速度为零。
过一定时间后测量两板间各层的流体速度，发现-------速度分布如下： ------显然： 这是一种切变分布。
25
4、牛顿流体 流体中流点的应力和变形速度间的关系满足广义 牛顿公式（2.36）的流体称为牛顿（粘性）流体。 如水和空气。
还有一些流体不满足（2.36）式，称为非牛顿流体， 如颜料、低温下的润滑油等，这些属于胶体化学。
26
总
结
27
End
28
可见前面的牛顿粘性定律是（2---3）的一个特例。 （2---3）还可以改写成与粘性有关的部分和与粘性无关 的部分，即：
B1气象学与气候学第二章1
I / I0 p
Ｉ0：为大气上界太阳辐射通量，Ｉ为到达地面后的太阳辐射量
和式第二章 大气的热能和温度
第一节 太阳辐射
太阳辐射——到达地面的太阳辐射——直接辐射 （3）变化规律：Q随太阳高度角加大（日变化，年变化）而增大，随纬度变化而 变化。
见图2.10
其中： σ =5.67×10-8 w/ m2.k4 为斯玻兹曼常数 根据上式，可计算出黑体在温度Ｔ 时的辐射强度Ｅ，或由黑体的辐射强度 求得其表面的温度Ｔ。
第二章 大气的热能和温度
第一节 太阳辐射——辐射的基本知识 3、维恩（Wein）位移定律
黑体单色辐射极大值所对应的波长是 随温度的升高而逐渐向波长较短的方 向移动。
第二章 大气的热能和温度
第一节 太阳辐射
2、散射辐射q （1）影响因素：太阳高度h、大气透明度p （2）变化规律：随太阳高度h加大（日变化，年变化）而增大，随大气透明系数p 减少而增强，随云量变化而变化。 问题：1、为什么一年内夏季和一日内中午前后，散射辐射最强？阴天又比晴天 散射辐射大得多？ 2、 阴天白天的光亮由何种光构成？ 散射辐射容易被植物吸收，故茶叶中的 云雾茶为茶中极品
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面积内，1分钟内获得的太阳辐射能量，即太阳常数，用Ｉ0表示， 其有周期变化，可能与太阳黑子活动周期有关，一般黑子活动越多，越 大。多数文献上取值1370Ｗ／ｍ２
第二章 大气的热能和温度
第一节 太阳辐射
第二章 大气的热能和温度
第一节 太阳辐射 （二）太阳辐射在大气中的减弱 主要变化有： (1)总辐射能有明显地减弱； (2)辐射能随波长的分布变得极不规则； (3)波长短的辐射能减弱得更为显著。
气象学与气候学—2 辐射与热量平衡
3. 辐射的基本定律
（1）普朗克定律
绝对黑体：能够全部吸收投射到物体上的各种波长的电磁 波的物体。 绝对黑体对单色波的辐射强度与波长、温度的关系：
I
*
2hc 2 5 hc / kT (e 1)
式中，Iλ*单位为 W/（ m2· μm · sr ）；T为物体的绝 对温度，单位为T；λ为波长，单位为μm ；h=6.626×1034J· s，称为普朗克常数；k=1.38×10-23J/K，称为玻尔兹
2.5 地面热量平衡及地气系统的热量收支 2.6 地面温度和气温的（周期性或日、年）变 化
1. 辐射与辐射能（radiation and radiant energy）
手机辐射
贴膜能屏蔽96%手机辐射
手机发射信号的位置是在它的顶端和背面
有效防辐射：用耳机接电话
辐射：物体以电磁波的方式向四周放射能量，这种能量传
在晚间，由于没有太阳照射，而地面又不断散发热能，因 此地面温度下降。这种夜间降温现象称为「辐射冷却」 。 晚间气温下降的幅度多寡跟云量、风力及湿度有关。在晴
天、微风及干燥的情况下，温度下降是最大的。
云层可以减低热能向外散发，因此在多云时的降温比晴天 时小。
1. 太阳辐射光谱和太阳常数
太阳辐射能量随波长的分布
设太阳的半径为7×108m，那么太阳的辐射通量密度计算
如下：
3.90 10 7 2 Fs 6 . 34 10 W / m 4 (7 108 ) 2
26
辐射强度（I）：单位时间内，通过垂直于选定方向上的 单位面积的辐射能，单位：W/（ m2· sr ），或4.1868J/ （cm2· min· sr）（sr为球面度）
相对湿度和饱和差则表示空气距离饱和的程度。
【2021】气象学原理与气候学第二章.完整资料PPT
高
B
A
C
（3）气象要素（指温度、气压、湿度、风向、风速、
辐射等）的水平分布不均匀
2、平流层（stratosphere）
平流层的主要特征： （1）气温随高度的上升而 升高 （2）空气以水平运动为主 （3）水汽含量极少，大多 数时间天气晴好
3、中间层(meosophere)
特征：气温对高度的增加迅 速降低，气流有强烈的垂直 运动，故又称为高空对流层。 其顶部的气温可降至－ 113℃～－83℃。
为正值，通常以 表示， 即
。 T
Z
0 表示气温随高度的升高而降低；
0 表示气温随温度的升高而升高，这种气层称
为逆温层；
0 表示气温随高度不产生变化，这种气层称为等
温层。
根据温度、成分、电荷等物理性质，同时考虑 大气的垂直运动状况，将大气分为对流层、平 流层、中间层、热层和散逸层五层。
分布： 10～50㎞高度的平流层大气中，极大值在20～30 ㎞ 高度之间。
平流层臭氧的作用： （1）阻挡强紫外辐射到达地面，保护了地球上的生 命。 （2）臭氧层吸收的太阳紫外辐射能量使平流层大气 增温，对平流层的温度场和大气环流起着决定性作用。
对流层内的臭氧是一种大气污染物
（1）是一种强氧化剂，能促进二氧化硫的氧化及氮 氧化物的转化，这些过程是酸雨和光化学烟雾的主要 成因之一；
4、热层（thermosphere）
特征： （1）气温随高度的增加迅 速升高。 （2）空气处于高度电离状 态。
五颜六色的极光
5）散逸层（exosphere ）
大气的最高层，温度 随高度很少变化；大 气粒子经常散逸到宇 宙空间，是大气圈与 星际空间的过渡地带。
第二节 主要的气象要素
气象学与气候学
⽓象学与⽓候学第⼀章引论1、为什么对流层的⾼度因纬度⽽异？对流层对流运动的产⽣，主要由于地表不均匀受热。
⽽地表所获得的热量因为纬度异⽽有不同，⼀般情况下，低纬强⾼纬弱，夏季强冬季弱。
因此对流层⾼度由⾚道向两极递减。
同⼀纬度夏季厚度⼤冬季厚度⼩。
2、对流运动是怎样产⽣的？对流层的主要热源是地⾯，由于下垫⾯性质、纬度、季节等的差异造成地⾯不均匀受热，地⾯和⾼空产⽣⽓压差，进⽽产⽣对流运动。
3、为什么在对流层中上冷下热？因为对流层的主要热源是地⾯。
对流层下部距离地⾯近，得到热量多；上部反之。
4、为什么云⾬现象都集中在对流层？①由于地球引⼒作⽤，对流层集中了整个⼤⽓3/4的质量和⼏乎全部⽔汽；②对流层垂直对流运动强烈，空⽓经对流和湍流运动，⾼低层空⽓进⾏热量交换，是地⾯的⽔汽、杂质等易于向上输送，进⽽成云致⾬。
5、为什么平流层⽓温随⾼度增加⽽迅速上升？平流层受地⾯影响⼩，存在着⼤量臭氧吸收太阳辐射使温度升⾼，上层虽然臭氧层稀薄，但紫外线辐射强烈，因此温度随⾼度增加⽽上升。
6、为什么平流层⼤⽓稳定且天⽓晴朗？①⽔汽含量少；②⽓流平稳，空⽓垂直混合作⽤微弱。
7、⾼层⼤⽓中有⼀个与⼈类活动关系密切的层，叫什么？为什么？作⽤是什么？电离层。
由于受强太阳辐射，产⽣带电离⼦和⾃由电⼦，使⾼层⼤⽓中产⽣电流和磁场，并反射⽆线电波，对⼈类通信等有很⼤影响。
第⼆章太阳的热能和温度第⼀节太阳辐射1.概念: 太阳辐射, 太阳辐射光谱, 太阳常数.太阳辐射：太阳以电磁波的形式向外传递能量。
太阳辐射所传递的能量称为太阳辐射能。
太阳辐射光谱：太阳辐射中辐射能按波长的分布。
太阳常数（I0）：在⽇地平均距离上，⼤⽓顶界垂直于太阳光线的单位⾯积上每分钟接受的太阳辐射，称为太阳常数，即1367W／m2 。
2、太阳辐射光谱中能量是如何分布的?太阳辐射主要是可见光，也有不可见的红外线和紫外线。
在全部太阳辐射能中，波长在占99%，且主要分布与可见光和红外线区，前者占50%，后者占43%，紫外线占7%。
气象学与气候学
• 位相(phase)：温度最高值与最低值出现的时间 。
2019-9-30
15
• 气温的周期性变化
(1)气温的日变化(diurnal variation) : 近地层气温的变化主要取决于下垫面温度 的变化，变化特点有：
9
③用层结曲线（大气温度随高度变化曲线）和状态曲线（即上 升空气块的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。
2019-9-30
10
稳定度的综合判定方法:
综合干空气和未饱和湿空气的判定方法，可归纳如下：
<m 绝对稳定 m < <d 对干空气稳定，湿空气不稳定，此为条件性
不稳定；
>d 绝对不稳定。
气象学与气候学
主讲人：XXX
气象学与气候学 第二章 大气的热能和温度
大气温度的时间变化和空间分布
大气稳定度(atmospheric stability)
• 空气在上升过程中的绝热变化是大气中降温最快 的过程；
• 上升过程中的绝热变化会导致水汽的凝结，这是 大气中云、雾、雨、雪形成的最重要的原因；
∴T T' ( d )dZ ………………………………………③
将③代入②式，得
2019-9-30
F1
G
d
T
dZm' g
6
讨论： <1> d 0
气块上升时，dZ↗，F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件；
气块下降时，dZ↘。F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件。
∴ d 0 无论上升、下降均属于不稳定状态。 <2> d 0
• 大气稳定度对烟流扩散有很大的影响，不同稳定度导致从烟囱 排出的烟羽形状不同。下面是与稳定度有关的五种典型烟流：
气象学与气候学复习题第二章
第二章大气的热能和温度一、填空题：1.太阳表面的温度为，地球每年从太阳上获得的热量，仅为太阳热量的。
2.在自然界中的一切物体，只要温度在以上，都在不停地以的形式向外放射能量，这种传递能量的方式称为。
3.电磁波的范围是，可见光的波长范围是。
4.地面和大气辐射的波长为，属于长波辐射。
最大放射能力对应的波长是 um。
5.物体的r、 、d之间关系是，分别代表物体的能力。
6.太阳辐射最大放射能力所对应的波长是，属于光，太阳辐射能量最多的是。
7.大气上界的太阳常数是。
8.进入大气的太阳辐射有三种被削弱的方式9.大气层中主要的吸收物质是，且具有吸收特性，仅占太阳辐射的 %。
10.氧气最强的吸收带属于部分。
11.臭氧最强的吸收带属于部分，而且还吸收属于部分。
12.天空出现白色是因为多。
13.地表面辐射能量的大小主要决定于。
14.地面有效辐射的公式是，影响因素有。
15.地面辐射差额的公式是，白天为值，气温，夜晚为值，气温。
纬度愈低，Ｒg >0的时间愈。
16.地气系统的辐射差额随纬度而逐渐减小，在辐射差额为０，在辐射差额小于零。
17.“大气窗”对地表起到作用。
18.烟幕预防霜冻的原理是。
19.大气辐射差额是值，说明大气的热能是亏损。
20.高低纬间有水平气流的运动，是由于引起的。
21.传导是依靠分子的热运动将从一个分子传给另一个分子。
22.辐射发生于间、间，是最重要的热量交换方式。
23.对流是重要途径。
24.乱流是热量交换的重要方式。
25.潜热交换主要是在中起作用。
26.泊松方程是，此公式表明，干绝热变化中气压降低温度呈。
27.干空气任一高度处的温度表达式是，其中温度递减率是。
28.大气稳定度是指使具有或返回原来位置的或。
29..当γ<0时称，γ＝０称，这样的大气层结是。
30.条件性不稳定的大气层结条件是，对于干空气和未饱和湿空气是，对于饱和空气则是。
31..不稳定能量的类型有。
32.气温随时间的变化主要有两种方式即，其中周期性变化有。
气象学与气候学复习重点
气象学与气候学复习重点第一章绪论1.天气与气候的区别（时间、空间尺度）2.气象学发展历程：气象仪器、无线电报、无线电探空仪、遥感探测、自动气象站第二章大气的基本情况1.大气组成：干洁空气（N2、O2、CO2、O3）、水分、悬浮杂质2.大气的垂直结构（温度、成分、电荷、大气垂直运动）a.对流层：①气温随高度增加而降低②垂直对流运动③气象要素水平分布不均匀④主要大气现象发生在此层分层：贴地层、摩擦层、对流中层、对流上层、对流层顶b.平流层：①25km（臭氧层）以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加而显着升高。
(臭氧层能大量吸收太阳辐射热而使空气温度大大升高)②空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。
③水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适宜飞机航行。
c.中间层：温随高度增加而迅速下降，并有强烈的垂直运动。
d.热层：气温随温度的增加而迅速增高；电离现象e.散逸层3. 气象要素：气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度a.比湿：一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量（水汽与干空气的质量）的比值；b.露点：空气水汽含量不变，气压一定时，使空气达到饱和时的温度,称露点温度气压一定时，露点的高低只与空气中水汽含量有关，水汽含量高，露点高；实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度比气温低第三章辐射系统1.辐射通量及辐射通量密度定义辐射通量：单位时间通过任意面积上的辐射能量辐射通量密度：单位面积上的辐射通量2.辐射规律（选择）a.基尔荷夫定律(选择吸收定律)黑体吸收（放射）能力最强同一物体，温度T时它放射某一波长的辐射，同一温度下也吸收这一波长的辐射。
b.斯蒂芬—波尔兹曼定律：物体温度越高，放射能力越强c.维恩位移定律：物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短，随着物体温度不断增高，最大辐射波长向短位移。
太阳辐射是短波辐射；地面、大气辐射是长波辐射。
3.太阳辐射◆太阳辐射光谱：可见光（50%）、红外区（43%）、紫外区（7%）◆太阳常数：指在日地平均距离条件下，在大气上界，垂直于太阳光线的单位面积，单位时间内获得的太阳辐射能量。
气象学与气候学第二章 第一节 太阳辐射ppt
• 黑体的总放射能力与它本身的绝对温度 的四次方成正比：
• ET=σT4 ， σ为斯—玻常数。
• 可计算出黑体在T时的辐射强度，也可 由黑体的辐射强度求得其表面温度。
维恩 (Wilhelm Wien 德国人 1864-1928) 热辐射定律的发现
等各种颜色组成的光带，其中红光波长最长，紫光波长最短。其他各色 光的波长则依次介于其间。波长长于红色光波的，有红外线和无线电波； 波长短于紫色光波的，有紫外线，X射线、丫射线等，这些射线虽然不 能为肉眼看见，但是用仪器可以测量出来(图2-1)。
v气象上着重研究的是太阳短波辐射（0.15－4 µm） 和地气长波辐射（3－120 µm）。
4
一、辐射的基本知识
3. 波长：电磁波长范围有很大的差异，如宇宙射线的波 长为10-10 微米，而无线电波长可达几公里根据波长可将 电磁波分为γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、 无线电波。
气象学研究的是太阳、地球、大气的热辐射，他们的 波长范围大约在0.15~120微米。
可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫
等。各种波长的太阳辐射都要被散射。 如：当空中存在较多的尘埃、或雾等粗 粒时，太阳辐射的长短波都被同等的散 射，使天空呈现灰白色，也叫漫射。
云层、尘埃具有强烈的反射作用对各种波段的光都反射，因
而呈白色。随着云层增厚反射能力也增强。平均为50%——
55%：高云25％；中云50％；低云65％；薄云10－20％；厚云 90％。
纬度越低总辐射越大。反之，越小。
一般情况下，一年中总辐射量最大的时候往往不会 出现在雨季云量最大的时间。在我国北方出现在雨季到 来之前的5、6月份。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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2体021/的2/22辐射特性。
5
6、吸收率（a）：物体吸收的辐射与投射于其 上的辐射之比。
地面辐射能的与支出之差，称为地面的辐射差额。辐射差额数值的大小，可反映 温度升降的程度。因此，地面温度与近地面空气温度的高低变化特点，在很大程 度上决定于地面辐射差额的大小。
1、地面辐射差额表达式：
Rg=（Q+q）（1-a）-F0 （2·21）
式中Rg 表示单位水平面积、单位时间的辐射差额，（Q+q）是到达地面的太阳总 辐射，即太阳直接辐射和散射辐射之和；a 为地面对总辐射的反射率；F0 为地面 的有效辐射。
2021/2/22
3
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
2021/2/22
4
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）。
2021/2/22
17
直接辐射
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
对太阳辐射的反射率约为10％—30％。
2021/2/22
23
第二节 地面和大气的辐射
一、地面和大气的辐射 二、地面有效辐射 三、地面及地-气系统的辐射差额
2021/2/22
24
一、地面和大气的辐射
地面和大气一方面要吸收太阳辐射，同时也依据其本身的 温度时刻不停的向外放出辐射。
地面的平均温度为300K（27℃），对流层的平均温度约为 250K（-23℃）。在这样的温度下，地面和大气的辐射主要集 中在3—120μm的波长范围内，这些都是用肉眼直接看不到的红 外辐射。
大气对地面的保温作用
太
大气反射与散射
阳
辐
射向宇宙空 间
射
地吸
吸
射收
大气上界
收
射向地面
地面增温
地面
“太阳暖大地” “大气还大地” “大地暖大气”
2021/2/22
26
地面有效辐射
地面有效射是指地面通过长波辐射向外放出的辐射（Eg）与 地面吸收的大气逆辐射（δEa）之差，以F0 表示，则F0=Eg-δEa (2·20)。地面有效射也即地面通过长波辐射实际损失的热量。
由于地面温度高于大气温度，地面有效辐射为正值。这意味着通 过长波辐射的放射和吸收，地表面经常失去热量。
地面有效辐射的大小，同地面温度和底层大气温度之间差值 有关，差值越大，有效辐射也越大。同时地面有效辐射的大小还 与大气湿度、云况和云量等有关系。云不仅能强烈吸收地面辐射， 同时也能强烈的向地面放出辐射，以增强大气逆辐射，从而缓解 地面失热的程度。正因如此，在冬季有云的夜晚通常比无云的夜 晚要暖一些。在冬季，释放“人造夜幕弹”防霜冻的原理也即如 此。
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。
2021/2/22
16
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
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。
式中σ=5.67×10-8W/（m2·K4）为斯蒂芬-波 耳
兹曼常数。
2021/2/22
10
黑体放射能力与波长、温度的关系
2021/2/22
11
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
定
律
2021/2/22
8
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。
2021/2/22
28
地面辐射差额的时空分布
一天中，地面辐射的差额白天为正值，夜间为负值。由负值转到正值的时刻 一般在日出后1h左右，由正值转到负值的时刻一般在日落前1h左右。
年变化随纬度而异，纬度愈低，辐射差额保持正值的月份愈多，反之愈少。
我国大部分地区处中纬度地带，其辐射差额的年际变化随纬度和地理条件而 异。就全国而言，夏季辐射差额大，冬季小。但在个别地区也有差异，如昆明的 辐射差额的最大值出现在湿季来临前的春末夏初。（干季——热季——湿季）
7、反射率（r）：物体反射的辐射与投射于其 上的辐射之比。
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。
2021/2/22
6
电磁波谱
2021/2/22
7
二、辐射的基本定律
基
斯
维
尔
蒂
恩
芬
位
荷 夫 定
-
玻 耳 兹
移 定 律
律
曼
气象学与气候学第二章
1
2021/2/22
第二章 大气的热能和温度
2021/2/22
2
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。
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%。
太阳常数——就日地平均距离而言，在大气上界垂直于
2021/2/22
29
2021/2/22
• 辐射差额以南、北纬30°附近 为转折点。在北半30°N 以南 的辐射差额为正值，以北为负 值。辐射差额的这种分布，使 低纬度地区有多余能量以大气 环流和洋流形式输往高纬度地 区。
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。
2021/2/22
9
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。
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。
2021/2/22
13
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。
P3220221、/2/2大2 气中长波辐射的特点（一，二，三）
27
地面及地-气系统的辐射差额
辐射差额=收入辐射-支出辐射 在没有其它方式进行热交换时，辐射差额决定物体的升温或降温。辐射差额不
为零，表明物体收支的辐射能不平衡，会有升温或降温产生。辐射差额为零时，物 体的温度保持不变。
地面的辐射差额
2021/2/22
20
散射辐射
散射辐射也要受太阳高度、大气透明度的影响，同时 与云量、海拔高度有关。在上述因子影响下，表现为随高 度脚增大而增大，随大气透明度变小而增大，随云量增多 而增多，随海拔增大而减小。
2021/2/22
21
总辐射
地面获得的总辐射一般来说是随着太阳高度的增大而增大随大气透明度 的提高而增大。
2021/2/22
14
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。