《大气辐射学》PPT课件

《《大气辐射学》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章大气辐射学主要研究大气中辐射传输的基本规律和物理过程，以及地球大气系统的辐射能量收支问题，地球大气系统能量的主要来源是太阳的辐射能，它从根本上决定了地球、大气热状态，从而成为制约大气运动和其它大气过程的能量，是产生各种大气物理、大气化学过程和天气现象的根本原因，也是气候形成的重要因子之一。研究内容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。第1节辐射概述一辐射的基本概念辐射：是能量的一种形式，物质以电磁波的形式放射

2、能量。辐射热交换：自然界的一切物体都能以电磁波的形式放射能量，同时也在不断地吸收外界的辐射。各种物体之间的通过辐射来交换热量，称为辐射热交换。根据Kelvin定义的热力学温度，任何物体只要其绝对温度不为零度，就会向外辐射能量，辐射能力依赖与其热力学温度。物体既向外辐射能量，也会吸收外界的辐射能量。物体放出的辐射等于吸收的辐射，它的热状态保持不变，此时称为辐射平衡。辐射的物理过程辐射都是由带电粒子在原子、分子内部的轨道跃迁，或原子、分子自身振动或转动能级的转移而产生的。辐射都具有统一的电磁波本质，在真空

3、中有相同的传播速度——光速，在媒介中传播时都会产生干涉、衍射和偏振等现象。轨道跃迁和振动或转动只允许在某些能级间进行，两个能级间的能量差是固定的，从而产生的辐射为量子形式，每一份能量称为光子。电磁波谱将不同频率电磁波按频率高低排列，组成电磁波谱。不同频率的电磁波具有不同的物理性质。人的视网膜能够感应的电磁波，称为可见光区，在可见光区分为几个不同波段，各波段具有不同颜色。电磁波谱-包括γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、超短波和无线电波。可见波部分，波长范围约为0.4～0.76微米图5.1电磁波谱电

4、磁波谱紫外线：uv-A：0.315-0.400微米uv-B：0.280-0.315微米uv-C：0.150-0.280微米可见光红外线：近红外：0.7-2.5微米远红外：2.5-1000微米微波无线电波长波、短波：4微米表5.1可见光电磁波谱颜色紫青蓝绿黄橙红波长范围[μm]0.390~0.4550.455~0.4850.485~0.5050.505~0.5750.575~0.5850.585~0.6200.620~0.760典型波长[μm]0.4300.4700.4950.5400.5800.600

5、0.640物体对辐射的吸收，透射和反射媒介对辐射的三种作用：吸收:反射:透射:Q0QaQrQd=++a+r+d=1定义三个无量纲比率：吸收率：反射率：透射率：则有：a=r=d=对不透明的物体a+r=1，吸收率愈大，反射率愈小，反之亦然。物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而异。物体这种对不同波长的辐射具有不同的吸收率、反射率和透射率的特性称为物体对辐射的吸收、反射和透射的选择性。如果某物体能把投射其上的所有波长的辐射全部吸收，即其吸收率为1，这种物体称为绝对黑体，简称黑体。、如果

6、某物体仅对某一波长辐射的吸收率为1，则称该物体为对某波长的黑体。如果物体的吸收率小于1，且不随波长而改变，则这种物体称为灰体。陆地表面反照率主要取决于表面的组成和入射辐射的光谱分布和入射角度城镇14~18%林带9~19%草地14~20%沙漠18~28%实际地表反射率水面水面森林3~10%田地（绿色）3~15%田地（已开垦的干地）20~25%草地15~30%裸地7~20%沙地15~25%雪地（新雪）80%雪地（陈雪）50~70%冰50~70%2~4%6~40%二.辐射能的量度辐射能：以辐射方式传递的能量

7、，单位为焦耳(J)辐射通量P：它表示单位时间传递的辐射能单位为焦耳/秒（）或瓦(w)。辐射通量密度F：是指单位时间内通过单位面积的辐射能。自放射面射出的辐射通量密度称为辐射度。到达接收面的辐射通量密度称为辐照度辐射率I：单位时间内，通过垂直于给定方向上单位面积的单位立体角内的辐射能。立体角的概念: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：Steradian）定义：整个球形所张立体角为4π[sr]。立体角辐射率L的定义针对传递非平行辐射的曲面。·odAnFA各向同性辐射若某点处的辐射率

8、都不随方向而变，则称该点处的辐射为各向同性辐射。若某辐射面所有点处的辐射都是各向同性的，则称该辐射面为各向同性辐射面。常把它称为Lambert辐射面或吸收面。黑体是各向同性的，而且只有黑体，其辐射的吸收和发射才具有各向同性的特征。太阳表面经常被看作Lambert辐射面。均匀辐射L与观测位置（x,y,z）无关（L是观测位置的函数—非均匀辐射）定常辐射L与时间t无关（L与时间t的函数—非定常辐射）辐射率和辐射通量密度的关系对上式沿半球积分假定辐射是各向同性的