第2章 辐射与热量平衡.ppt

《第2章 辐射与热量平衡.ppt》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2章辐射与热量平衡2.1辐射的基本知识2.2太阳辐射2.3地面和大气辐射2.4地面及地气系统的辐射差额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变化思考题气象学与气候学自然界中一切物理过程和现象，乃至生命活动和现象，都直接或间接地以辐射能为能源基础，辐射能包括太阳辐射、地面辐射和大气辐射。Visiblelight第2章辐射与热量平衡2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能X-raysl<10nmUltraviolet(UV)10

2、IR)0.7

3、定方向垂直通过任意单位面积的辐射能(△F)，称为该方向的辐射强度，单位为Wm-2sr-1；第2章辐射与热量平衡△S△F△ωI点光源n2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能辐射的度量（3）辐射通量密度与辐射强度的关系：第2章辐射与热量平衡△S上的辐射通量密度为或于是，整个半球面的辐射通量为注：所以，对于各向同性的辐射，辐射通量密度等于辐射强度的倍。dFI2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能附：立体角定义积分得球面弧度ω：球坐标系中，半径为r的球面上位于天顶角和方位角处的立体角微元dω定义为：rdldαdα=dl/ro第2章辐射与热量平

4、衡立体角单位为立体弧度（steradians,sr）r普朗克函数（ThePlanckFunction）：单色波黑体辐射强度Iλ*)与其温度(T)和辐射的波长(λ)之间具有如下的关系：其中，h、k及c依次为普朗克常数、Boltzmann常数及光速:第2章辐射与热量平衡太阳辐射地球辐射2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能基尔霍夫(Kirchhoff)定律：基尔霍夫(Kirchhoff)定律：任何物体对一定波长(λ)的比辐射率ελ与其对同一波长的吸收率aλ相等，即意义：若物体能强烈吸收某一波长的辐射，则一定也能强烈发射同一波长的辐射。任何物体

5、的辐射通量密度Eλ与同温度下黑体辐射通量密度Eλ*之比，称为比辐射率ελ，即第2章辐射与热量平衡2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能作用：任意物体的辐射强度等于黑体辐射强度与其比辐射率之积，即Stefan-Boltzmann定律：将普朗克函数Iλ*对波长(λ)积分，得黑体辐射强度（I*），即上式称为Stefan-Boltzmann定律。表明物体温度越高，其放射能力越强。因黑体辐射为各向同性，根据辐射通量和辐射强度的关系，得黑体辐射通量密度E*，为。推论：根据Stefan-Boltzmann定律计算的温度称为等效黑体温度或亮度温度（Bri

6、ghtnesstemperature）TB。第2章辐射与热量平衡2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能Wien定律：黑体辐射的光谱强度（单色辐射能力）最大值对应的波长（λm）与其热力学温度(T)成反比，其中，常数C=2897×103nmK太阳辐射(短波辐射):T=6000K,则λm=480nm;地球辐射(长波辐射):T=288K,则λm=10.1×103nm;太阳辐射地球辐射第2章辐射与热量平衡2.1辐射的基础知识2.1.1辐射与辐射能太阳常数(I0)：当日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线的单位面积上单位时间内获得的太阳辐射能量，称为

7、太阳常数I0，I0=1370W/m2。由于地球与太阳间的天体运动，大气上界的实际太阳辐射强度是有所变化的。第2章辐射与热量平衡2.2太阳辐射2.2.1太阳辐射光谱和太阳常数太阳光谱：6000K黑体光谱大气上界太阳光谱波长范围：0.15μm~4μm可见光0.4~0.76μm，50%；红外线＞0.76μm，43%；紫外线＜0.4μm，7%。第2章辐射与热量平衡2.2太阳辐射2.2.1太阳辐射光谱和太阳常数日地距离：到达大气上界的太阳辐射又称为天文辐射，与日地距离的平方成反比，若日地平均距离为r0，则实际距离为r时的天文辐射强度I为：第2章辐射与热

8、量平衡-3.5%+3.5%2.2太阳辐射2.2.2到达大气上界的太阳辐射太阳高度：第2章辐射与热量平衡2.2太阳辐射2.2.2到达大气上界的太阳辐射定义：太阳光线与