第2章-大气的热能和温度--PX.ppt

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1、第二章大气的热能和温度第一节太阳辐射第二节地面和大气的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分布大气的热能地表大多数运动过程的能量直接/间接来自太阳辐射太阳辐射透过地球的大气到达地表，经过一系列能量转换之后，形成对地球生命有深刻影响的大气热力状况。地球上的气温条件是各种生物繁殖和演化的重要条件，也是决定地球上能量和物质输送、转化的重要因素。气温的空间变化是各地理要素地域分异的根本原因之一。一、辐射的基本知识二、太阳辐射第一节太阳辐射辐射：自然界的一切物体都以电磁波的方式向四周放射

2、能量。通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称为辐射。辐射能是通过电磁波的方式传输的。单位：焦耳(J)。单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐射通量密度(E)，单位是w/m2。辐射通量密度没有限定辐射方向，辐射接受面可以垂直于射线或与之成某一角度。如果指的是投射来的辐射，则称入射辐射通量密度；如果指的是自物体表面射出的辐射，则称放射辐射通量密度。其数值的大小反映物体放射能力的强弱，故称之为辐射能力或放射能力。(一)辐射与辐射能一、辐射的基本知识(二)辐射光谱(三)物体对辐射的吸收、反射和透射不论何种物体，在它向外放出辐

3、射的同时，必然会接受到周围物体向它投射过来的辐射，但投射到物体上的辐射并不能全部被吸收，其中一部分被反射．一部分可能透过物体。物体的吸收串、反射率和透射串大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。例如，干洁空气对红外线是近似透明的，而水汽对红外线却能强烈地吸收；雪面对太阳辐射的反射串很大，但对地面和大气的辐射则几乎能全部吸收。(四)有关辐射的基本定律1.基尔荷夫(Kirchhoff)定律2.斯蒂芬(Stefan)—玻耳兹曼(B0ltzman)定律3.维恩(Wein)位移定律(三)有关辐射的基本定律1.基尔荷夫(Kir

4、chhoff)定律：某温度、某波长的一个物体的辐射强度与其吸收率之比等于同温度、同波长的黑体辐射强度(1)对所有物体来说，辐射强度只是某λ与t的函数(2)在一定波长、一定温度下一个物体的吸收率等于该物体同温度同波长的放射率。黑体吸收能力最强，所以它也是最好的放射体。(3)同一物体在温度一定时，放射辐射的波长等于其吸收辐射的波长即：Iλt=kλt·Iλtb2.斯蒂芬(Stefan)—玻耳兹曼(Boltz-man)定律由实验得知，物体的放射能力是随温度、波长而改变的。图2-3是根据实测数据绘出的温度为300K、250

5、K和200K时黑体的放射能力随波长的变化。3.维恩(Wein)位移定律由上图还可看出，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：常数：C=2896微米·度(2—13)式表明，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，其辐射的波长愈长。λmT=C二、太阳辐射(一)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分布太阳常数：在日地平均距离上，大气层顶界垂直于太阳光线的单位

6、面积上每分钟接受的太阳辐射。国际气象组织建议太阳常数用1367W/m3注意：日地平均距离大气上界到达大气上界的太阳辐射太阳辐射光谱长波辐射短波辐射：太阳辐射0.15-4.0μm（可见光:0.4-0.76μm）长波辐射：地面和大气辐射3-120μm(二)太阳辐射在大气中的减弱1.大气对太阳辐射的吸收2.大气对太阳辐射的散射3.大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射太阳辐射通过大气层然后到达地表，在这个过程中太阳辐射光谱有了明显的变化，主要体现在第一：总辐射能有明显减弱；第二：辐射能随波长的分布极不规则；第三：波长短的辐射

7、能减弱更为显著。其原因主要有以下几个方面：太阳辐射主要集中在可见光(0.4-076μm)，此外也有不可见的红外线(＞0.76μm)和紫外线(＜0.4μm)，在全部辐射中，可见光占50%，红外线占43%。紫外区的太阳辐射能只占7%。1.大气对太阳辐射的反射大气中云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中一部分能量反射到宇宙空间去。产生反射:大气质点远大于入射电磁波波长其中云的反射作用最为显著，大气的削弱1）特点：具有方向性，与入射角有关。2）反射电磁波范围：可见光、紫外线、红外线3）大气反射率：反射辐射量与入射辐射量的比值

8、4）影响因子:火山灰：增加反射率云：反射能力随云状和云的厚度而不同，厚度越大、反射率越大；高度越高，反射率越大。一般情况下，云的平均反射率为50%-55%。厚云可反射90%。2.大气对辐射的散射概念：太阳辐射通过大气，遇到空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。方向：四面八方散射并不像吸收那样把辐射能变为热能，而只是改变辐射的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播