第4章-地表辐射平衡.ppt

《第4章-地表辐射平衡.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、第四章地表辐射平衡地球作为一个开放的系统，不断地得到太阳能，同时放出长波辐射，在一定的时期气候系统处于能量平衡状态。第一节到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的，称为太阳直接辐射；一是经过散射后自天空投射到地面的，即为散射辐射，两者之和称为总辐射。（1）无大气时，到达地面的天文辐射设日地距离为r，日地平均距离为r0，I、I0分别为距太阳r和r0处垂直于太阳光的辐射通量密度，I0即为太阳常数。由于通过半径r0球面的太阳辐射与通过半径r球面的辐射通量相等，

2、则有：1.直接辐射(2)影响太阳直接辐射的两个主要因子大阳直接辐射的强弱和许多因子有关，其中最主要的有两个。即大阳高度角和大气透明度。太阳高度角不同时，地表面单位面积上所获得的太阳辐射也就不同。这有两方面的原因：（a）太阳高度角愈小，等量的太阳辐射散布的面积就愈大，因而地表单位面积上所获得的太阳辐射就愈小。则：为太阳高度角。由：则：D=r/r0为日地相对距离，δ为太阳赤纬：-23.5~+23.5˚，ω为时角。（b）太阳高度角愈小，太阳辐射穿过的大气层愈厚，如图所示。当太阳高度角最大时，通过大气层的射程

3、为AO；当太阳高度角变小，光线沿CO方向斜射时，通过大气的射程为CO。显然，大气厚度CO＞AO，因此太阳辐射被减弱也较多，到达地面的直接辐射就较少。考虑到大气的透明度时，则：其中P为波长范围内的平均透明系数，P值与大气中的湿度、纬度大气质量数有关。（1）大气透明系数随大气中湿度的增加而减小。一般冬季湿度小，夏季湿度大，所以冬季的大气透明系数比夏季大；（2）一般说来，大气透明系数随纬度的增加而增加；（3）大气透明系数还随大气质量数m的改变而改变，m值增大，P值增大。综合以上两种影响，到达地面的太阳辐射可

4、以写为：(3)正午时太阳辐射随纬度的变化令ω=0时，讨论正午时太阳辐射随纬度的变化：(1)当δ=0时，春、秋分点：赤道太阳辐射最大，极地最小；在赤道，太阳辐射在春秋分点达到最大，冬夏至最小；(2)当φ=δ时，太阳辐射在回归线上达到最大，并以回归线为分界线，向南向北递减。设I是单位时间内的太阳辐射能量，ds为dt时间内的辐射能，则地球表面得到的太阳辐射通量密度为：(4)太阳辐射日总量的计算dt为时间，用时角代换：则：对一天可照时间积分，积分从日出-ω0到+ω0日落，得到太阳辐射日总量：(1)在春分点，δ

5、=0，ω0=π/2，则：太阳辐射日总量的分布与纬度的余弦成正比，即随纬度增加，S日减少，南北半球对称。(2)在赤道，φ=0，ω0=π/2，则：太阳辐射日总量与太阳赤纬的余弦成正比。一年四季的变化中，在春秋分δ=0，S日最大，冬夏至δ=23.5˚，S日最小。(3)在极地，φ=π/2，则：夏季极地的太阳辐射日总量与太阳赤纬的正弦成正比。冬至：夏至：(4)在永夜区：在永昼区：(5)太阳辐射日总量随纬度的变化(a)在夏半年，太阳辐射总量在一相当宽的纬度带内发生变化甚小，在极地达到最大。这是由于在夏半球，日照时

6、间随纬度增加而增长，从而使太阳辐射日总量随纬度增加而增大，补偿了因太阳高度随纬度增加而减小造成的太阳辐射日总量随纬度增加而减小的现象。(b)在冬半年，日照时间随纬度增大而缩短，太阳高度角随纬度的增加亦减小，因此冬半年太阳辐射日总量随纬度的变化较大，南北梯度大。或其中：n，s1分别为云量和日照百分率。可以采用以下的公式进行计算：其中a,b为由资料拟合得到的经验系数。(6)有云时，太阳辐射日总量的计算2.散射辐射当太阳辐射通过大气时，受到大气中的气体分子、尘埃、气溶胶、水汽等的散射作用，使太阳辐射的一部分

7、以漫射的形式从天空的各个角度达到地表，这一部分辐射量称为散射辐射。太阳高度角增大时，到达近地面层的直接辐射增强，散射辐射也就相应地增强；相反，太阳高度角减小时，散射辐射也弱。大气透明度不好时，参与散射作用的质点增多，散射辐射增强；反之，减弱；云也能强烈地增大散射辐射。上图是在我国重庆观测到的晴天和阴天的散射辐射值。由图可见，阴天的散射辐射比晴天的大得多。同直接辐射类似，散射辐射的变化也主要决定于太阳高度角的变化。一日内正午前后最强，一年内夏季最强。3.总辐射到达地表的太阳直接辐射与散射辐射之和为总辐射

8、。其中I0为太阳常数，m为大气光学质量，f为表征大气混浊度和地表反射特性的参数。f=ετ0ε为对太阳辐射的后向散射率，τ0为垂直方向上的大气光学厚度。(a)晴天太阳总辐射的计算公式：1954年M.E.别尔梁德通过近似求解太阳辐射传输方程，从理论上得出一个简单的晴天太阳总辐射计算式。(1).总辐射的计算(b)有云天空总辐射的计算公式：其中a,b为总辐射的经验系数，且要求a+b=1。1994年翁笃鸣和高歌等人根据北京、拉萨等站实测晴天总辐射资料，提出了f的另