气象学-第二章辐射.ppt

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1、第二章辐射(RadiantenergyorSolarradiation)本章主要内容辐射的基本知识日地关系和季节的形成太阳辐射地面有效辐射和地面净辐射太阳辐射与植物生长第一节辐射的基本知识(Basicknowledgeofradiation)一、辐射的概念(conceptofradiation)1.定义：辐射：物体以电磁波或粒子的形式放射或输送能量的过程。辐射能：物体以辐射的方式放射或输送的能量。辐射有两个基本属性：①辐射的波动性：λ×γ=c各种频率的电磁波在真空中传播的速度相等即相当于光速.l光速c=3.0x108ms-1c=lγ波长频率波长和

2、频率的关系图2.1电磁辐射波谱：图2.2电磁波谱:把电磁波按波长大小顺序排列，称为电磁波谱。②辐射的粒子性辐射的粒子学说认为，电磁辐射由许多具有一定质量、能量和动量的微粒子组成，这些微粒称为粒子（量子）。粒子（量子）的概念：微观世界的某些物理量不能连续变化而只能以某一最小单位的整数倍发生变化，这些最小单位就称为该量的粒子（量子）。如电子。这些粒子或量子每一个所具有的能量为：e＝h×γ，或e=hC/λh＝6.626×10-34J·s，h为普朗克常数。植物光合作用的研究常利用辐射的粒子性。2.表征辐射的物理量（1）辐射通量：定义：单位时间内通过任一表

3、面的辐射能。单位：J·s－1或W（2）辐射通量密度定义：单位面积上的辐射通量。单位：J·s－1·m-2或W·m-2。辐照度辐出度（3）光通量、光通量密度、照度光通量定义：单位时间通过某一表面的可见光能量。单位：流明（lm）光通量密度定义：单位面积上的光通量。单位：流明/米2（lm·m-2）光照度(照度）定义：单位面积上接收的光通量。单位：lx，勒克斯，1lx=1lm·m-2吸收Qa入射Q反射Qr透射Qt定义：吸收率a=Qa/Q反射率r=Qr/Q透射率t=Qt/Q则有：a+r+t=11.吸收率、反射率和透射率假设有一束能量为Q的入射光，照射到某一物

4、体表面，其中被物体吸收的能量为Qa，反射的能量为Qr，透射过物体的能量为Qt，则：Q=Qa+Qr+Qt。二、物体对辐射的吸收、反射和透射2.关于a、r、t的几点讨论a、r、t是0～1之间的无量纲量。若辐射不能透过物体，t＝0，则a＋r＝1，吸收率越大，反射率越小，反之亦然。物体对辐射的吸收、反射和透射具有选择性。吸收率等于1的物体为黑体。吸收率为小于1的常数，且不随波长变化的物体叫灰体。三、辐射的基本定律定律：在一定温度下，物体对某一波长的辐射能力(eλ,T)与物体对该波长的吸收率(aλ,T)的比值是一常数，即:EλT是黑体的辐射能力，它是波长和

5、温度的函数，与物体的性质无关。1、基尔霍夫定律推论：★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，黑体的吸收能最强，所以它也是最强的放射物体。★同一物体，如果在温度T时它可放射某一波长的辐射，那么，在同一温度下它也可吸收该波长的辐射。3.维恩位移定律定律：黑体放射能力的最大值对应的波长(λmax)与其本身的绝对温度(T)成反比。即：λmax·T=C如果波长以μm为单位，则常数C＝2897μm·K。意义：物体温度愈高，其放射能力愈强。定律：黑体的放射能力（ET）与它本身绝对温度（T）的四次方成正比。即：ET＝σT4式中σ＝

6、5.67×10-8W·m-2·K-4为斯蒂芬—波尔兹曼常数。2.斯蒂芬—波尔兹曼定律图2.4不同温度下黑体辐射强度与温度的关系物体的温度愈高，辐射能量最大值的波长愈短，即黑体辐射具有最大辐射能力的波长随温度升高逐渐向短波方向移动。一.日地关系地球是一个椭球体，赤道半径6378.0km，极半径6356.8km，在绕太阳公转的同时又绕地轴自西向东自转。公转形成四季，自转形成昼夜。第二节太阳辐射的基本概念及其预备知识近日距：1月3日，1.47×108km远日距：7月4日，1.52×108km1.地球的公转运动：公转轨道为一椭圆,公转一周的时间为一年。2

7、.地球的自转运动:绕地轴旋转，自转一周为一天。3.地轴与地球公转轨道面的交角为66.5°,且地球在公转过程中，地轴方向保持不变.公转轨道为一近圆形的椭圆，太阳位于一个焦点上，日地平均距离1.495×108km。（一）太阳辐射光谱和太阳常数1.太阳辐射光谱定义：把太阳辐射按波长的分布称太阳辐射光谱。太阳辐射的波长范围较广，几乎包括了所有的电磁波，其能量的99％集中在0.15～4μm波段，因此说太阳辐射光谱主要包括红外线、可见光和紫外线光谱。二、太阳辐射的基本概念2.太阳常数定义：当日、地间处于平均距离时(约1.496×108km)，在大气上界垂直于

8、太阳光线的平面上单位面积、单位时间内所接收的太阳辐射能，称为太阳常数。用S0表示。其值为1367±7W·m-2我国采用的太阳常数值为13