地面和大气的辐射

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1、气象学与气候学气象学与气候学大气科学学院2009年9月1§2.2地面辐射与大气辐射一、地面、大气的辐射和地面有效辐射二、地面及地气系统辐射差额2下垫面——大气的直接热源大气吸收太阳直接辐射很少，下垫面（水、陆、植被等地球表面）却能大量吸收太阳辐射，并供给大气。在研究大气热状况时，须了解地面和大气之间交换热量的方式及地-气系统的辐射差额。3大气对太阳短波辐射吸收很少，但对地面的长波辐射却能强烈吸收。通过长波辐射，地—气之间，以及大气中气—气之间，相互交换热量，并也将热量向宇宙空间散发。一、地面、大气的辐射和地面有效辐射4（一）地面和大气辐射的表示地面

2、和大气不是绝对黑体Eg=δσT4（地面的辐射能力），δ地面相对辐射率Ea=δ′σT4(大气的辐射能力)，δ′大气相对辐射率5长波辐射当地面温度为15C时，根据维恩定理：定义：地表面的实际平均温度约为300K,对流层大气的平均温度约为250K。在这样的温度条件下,地面和大气的辐射能主要集中在3—120微米的波长范围内,均为肉眼所不能看见的红外辐射。这比太阳辐射的波长(0.15—4微米)要长得多。因此,气象学上把地面和大气的辐射称为长波辐射。6（二）地面和大气长波辐射的特点大气中对长波辐射的吸收起重要作用的成分有水汽、液态水、二氧化碳和臭氧等。它们对长

3、波辐射的吸收同样具有选择性。1.大气对长波辐射的吸收79.6μm附近狭窄的臭氧吸收带地面放射的14μm以上的远红外辐射，几乎能全部吸收，故此带可以看成近于黑体大气窗口8大气窗口:是指太阳辐射通过大气层未被反射、吸收和散射的那些透射率高的光辐射波段范围。9大气窗口主要有：0.3～1.3μm，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat卫星的TM的1～4波段，SPOT卫星的HRV波段等。1.5～1.8μm，2.0～3.5μm，即近、中红外波段。在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些

4、波段，比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。10大气窗口主要有：3.5～5.5μm，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面物体反射光谱反射太阳辐射外，地面物体也有自身的发射能量。比如，NOAA卫星的AVHRR传感器用3.55～3.93μm探测海面温度，获得昼夜云图。11大气窗口主要有：8～14μm，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的地物温度。0.8～2.5cm，即微波波段，由于微波穿云透雾的能力。这一区间可以全天候工作。而且由其他窗口区间的被动遥感工作方式过渡到主动遥感的工作

5、方式。如侧视雷达影像，Radarsat的卫星雷达影像等。其常用的波段为0.8cm，3crn，5cm，10cm，有时也可将该窗口扩展为0.05cm至300cm波段。122.大气中长波辐射的特点长波辐射在大气中的传输过程与太阳辐射的传输有很大不同。第一：太阳辐射中的直接辐射是作为定向的平行辐射进入大气。地面和大气辐射是漫射辐射。第二：太阳辐射在大气中传播时，仅考虑大气对太阳辐射的削弱作用，而未考虑大气本身的辐射的影响。这是因为大气产生的短波辐射是极其微弱的。长波辐射在大气中的传播时，不仅要考虑大气对长波辐射的吸收，而且还要考虑大气本身的长波辐射。第三：

6、大气对太阳辐射有散射作用长波辐射在大气中传播时，可以不考虑散射作用。这是由于大气中气体分子和尘粒的尺度比长波辐射的波长要小得多，散射作用非常微弱。13（三）大气逆辐射和地面有效辐射1.大气逆辐射和大气保温效应大气辐射指向地面的部分称为大气逆辐射。大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗的能量得到一定的补偿，由此可看出大气对地面有一种保暖作用，这种作用称为大气的保温效应。14巴山夜雨唐·李商隐君问归期未有期，巴山夜雨涨秋池。何当共剪西窗烛，却话巴山夜雨时。15其中之一的原因是：西南山地潮湿多云。夜间，密云蔽空，云层和地面之间，进行着多次的吸收、辐射、再吸收、

7、再辐射的热量交换过程，因此云层对地面有保暖作用，也使得夜间云层下部的温度不至于降得过低；夜间，在云层的上部，由于云体本身的辐射散热作用，使云层上部温度偏低。这样，在云层的上部和下部之间便形成了温差，大气层结构趋向不稳定，偏暖湿的空气上升形成降雨。16大气逆辐射和保温效应太阳辐射地面吸收太阳辐射大气吸收地面增温地面吸收大气逆辐射大气辐射大气吸收地面保温地面辐射地面宇宙吸收大气上界地面降温17大气逆辐射的作用：其值的大小，决定了地表得到热能补偿的多少，因此其对地面有保温作用。地球—无大气：T=-23℃有大气：T=15℃月球—白天：T=127℃夜晚：T=

8、-183℃182.地面有效辐射地面放射的辐射（Eg）与地面吸收的大气逆辐射（δEa）之差，称为地面有效辐射。以F0表示，则