第3章 气候系统的能量平衡

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1、第三章　气候系统的能量平衡3.1太阳辐射3.2大气中的辐射传输过程3.3气候系统的辐射平衡3.4地—气系统的热量平衡3.5全球热量平衡辐射的基本定律基尔荷夫(kirchoff)定律(选择吸收定律)定律在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力(eλ,T)与物体对该波长的吸收率(aλ,T)的比值，只是温度和波长的函数，而与物体的其它性质无关。即:Eλ,T只是波长和温度的函数。推论对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑体的吸收能力最强，所以它也是放射能力最强的物体。对同一物体，如果在温度

2、T时它放射某一波长的辐射，那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律定律黑体的总放射能力（ET）与它本身绝对温度（T）的四次方成正比。即：ET＝σT4式中σ＝5.67×10-8W.m-2.K-4为斯蒂芬—波尔兹曼常数。意义物体温度愈高，其放射能力愈强。维恩(Wien)位移定律从图中还可看出，黑色单体辐射极大值所对应的波长是随温度升高而逐渐向波长较短的方向移动λm＝C/T或λmT=C如果波长以nm为单位，则常数C＝2,897×1

3、03nm·K,于是上式为：维恩(Wien)位移定律定律绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(λm)与其本身的绝对温度(T)成反比。即：λmT＝2897×103nm·K本定律由德国物理学家威廉·维恩（WilhelmWien）于1893年通过对实验数据的经验总结提出不同温度下黑体辐射强度与温度的关系意义物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短，随着物体温度不断增高，最大辐射波长由长向短位移。太阳辐射是短波辐射，人、地面和大气辐射是长波辐射。地球上的经线和纬线纬线：垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆经线：南北线（子午线）本初子午线：通过英国Gr

4、eenwich(格林尼治)天文台的0°经线（1884年确定）。纬线和经线纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴经度和纬度纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角；纬度在本地经线上度量，南北纬各分90度。共180度（-90°，90°）经度：本地子午面的东西方向和角距离经度是两面角，本初子午面为起始面，本地子午面为终面；经度通常在赤道上度量，东西经各分180度。共360度（-180°,180°），或者（0,360°）经度和纬度纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角；经度是两面角，即本地子午面与本

5、初子午面的交角。地理坐标一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标（x，y）（经度，纬度）纬向（在同一纬度上）例如“纬向速度”或者“纬向风”u经向（在同一经度上）例如“经向速度”或者“经向风”v经线的间隔随纬度增大而减小EastChinaNormalUniversity地球围绕太阳的公转导致了地球出现了，季节变化、日辐射总量的变化（日出、日落时间的变化）太阳常数1)太阳光谱2)日地距离3)太阳辐射强度第一节太阳辐射太阳光谱太阳表面温度约6000oC,其发出的能量基本为短波辐射黄道面就是地球的公转轨道所在平面黄道（ecliptic）地球绕

6、太阳公转的轨道平面与天球相交的大圆12星座即黄道12宫，是占星学描述太阳在天球上经过黄道的12个区域太阳常数:大气上界、日地平均距离处、垂直于太阳光线方向、单位时间、单位面积接收到的所有波长的太阳辐射能。数值及单位：日地平均距离：r0=1.496×108km近日点日地距离：1.471×108km远日点日地距离：1.521×108km第一节大气上界、任意日地距离时、垂直于太阳光线方向、单位时间、单位面积接收到的所有波长的太阳辐射能。(JM-2S-1)日地平均距离：r0=1.496×108km太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角

7、天顶角即入射光线与当地天顶方向（地面法线）的夹角（与太阳高度角互余）太阳高度角为90°时，地面接收的太阳辐射？纬度–太阳高度角太阳高度角高度角越大,能量越集中高度角越小,能量越分散第一节热带北温带南温带北寒带南寒带北极圈北回归线赤道南回归线南极圈地球的五带GeneralCirculationFig9.2Three-CellModelSeasonsFig3.3Reasonforseasons太阳高度角:太阳光线与地球水平面的夹角第一节ＡＢＣＤＡ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１A1B1C1D1面:垂直于太阳光线ABCD面:平行于地球水平面任意时刻,大气上界,

8、单位时间、单位面积接收到的太阳辐射能为：(J/M2s)基本圈：真地平基本要素：地平纬圈地平经圈坐标：地平纬度h（地平高度）地平经度Ａ（方位角）地平坐标系零地平经圈真地平基本圈：天赤道基本要素：赤纬圈、赤经圈