气象学——辐射.ppt

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1、第三章辐射太阳辐射、地面辐射和大气辐射的基本性质、变化规律本章内容地面辐射差额太阳辐射辐射的基本知识物体以辐射的方式传递交换的能量。第一节辐射的基本知识一、辐射及其特性辐射物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。辐射能基本特性波粒二象性波动性V＝λ·f…………(3-1)波动性的反映电磁波谱名称波长范围紫外线100埃～0.4微米可见光0.4微米～0.76微米红外线近红外0.76微米～3.0微米中红外3.0微米～6.0微米远红外6.0微米～15微米超远红外15微米～1000微米微波毫米波1～10毫米厘米波1～10厘米分米波10厘米～1米色彩名称波长范围紫

2、0.40～0.43微米蓝0.43～0.47微米青0.47～0.50微米绿0.50～0.56微米黄0.56～0.59微米橙0.59～0.62微米红0.62～0.76微米不同电磁波的具体波长范围可见光波长范围粒子性…………(3-2)其中h＝6.626×10-34J·s，称为普朗克常数。辐射的度量和单位辐射通量、辐射通量密度辐射通量及单位：定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位：J·s-1或W辐射通量密度（E）及单位定义：单位面积上的辐射通量。单位：J·s-1·m-2或W·m-2E=dF/(ds.dt)dFdsdFds辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射

3、能力。光通量、光通量密度、照度光通量及单位定义：表征辐射通量而产生光感觉的量。单位：流明（lm）光通量密度及单位定义：单位面积上的光通量。单位：流明/米2（lm·m-2）照度及单位定义：单位面积上接受的光通量。单位：lx，音译为勒克斯，1lx=1lm·m-2物体对辐射的吸收、反射和透射概念吸收率(a)：a=Qa/Q反射率(r)：r=Qr/Q透射率(d)：d=Qd/Q入射反射吸收透射a、r、d的变化黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸收的物体称为绝对黑体。故有：a＝１，r＝d＝０。灰体：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不随波长而变化的物体。二、

4、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:…………(3-4)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)定律定律黑体的总放射能

5、力（ET）与它本身绝对温度（T）的四次方成正比。即：ET＝σT4…………(3-5)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。λm＝C/T或λmT=C…………(3-6)如果波长以nm为单位，则常数C＝2,897×103nm·K,于是(3-6)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

6、移。太阳辐射是短波辐射，人、地面和大气辐射是长波辐射。第二节太阳辐射一、太阳辐射强度和太阳常数太阳辐射强度（太阳辐射通量密度）太阳辐射强度及单位定义：单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。单位：W·m-2太阳常数（S0）太阳常数及变化范围定义：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)，在地球大气上界投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。变化范围：1325W·m-2～1457W·m-2我国采用的太阳常数值为1382W·m-2。太阳光量常数及范围定义：大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。范围：1.35×105～1.4×105lx定义Sm′＝S

7、m·＝Sm·sinh二、太阳高度角、太阳方位角和昼长太阳高度角（h）太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)水平面上太阳辐射的计算Sm和Sm′与h的关系图…………(3-8)水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。h的计算公式sinh＝sinφsinδ+cosφcosδcosω…………(3-9)式中：φ为观测点纬度，δ为赤纬，ω是时角。δ的计算δ的含义：太阳直射点纬度(即太阳直射光线与赤道平面之间的夹角)。计算公式：δ＝23.5sinN°…………(3-10)说明：式中N°以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值

8、。特殊日期δ的值：春分日