1、 氣象與氣候學氣象與氣候學第二講第二講歷史地理與旅游學院歷史地理與旅游學院 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射一、輻射的基本知識一、輻射的基本知識（一）輻射與輻射能（一）輻射與輻射能v輻射：自然界的一切物體都以電磁波的方式向四周放射能量，即輻射輻射：自然界的一切物體都以電磁波的方式向四周放射能量，即輻射v輻射能：通過輻射傳播的能量，稱輻射能，簡稱輻射。輻射能：通過輻射傳播的能量，稱輻射能，簡稱輻射。 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識輻射與輻射能輻射與輻射能v輻射通量密度（）輻射通量

2、密度（）：單位時間通過單位面積的輻射能量。：單位時間通過單位面積的輻射能量。W/m2 有有 入射輻射通量密度、放射輻射通量密度入射輻射通量密度、放射輻射通量密度v輻射強度（）：輻射強度（）：單位時間內通過單位時間內通過垂直于垂直于選定方向上的單位面積（對選定方向上的單位面積（對球面坐標系即單位立體角）的輻射能。球面坐標系即單位立體角）的輻射能。W/m2 或或W/sr（讀：瓦特每球（讀：瓦特每球面度）面度） 輻射強度與輻射通量密度的關系：輻射強度與輻射通量密度的關系： 為輻射體表面的法線與選定方向的夾角。為輻射體表面的法線與選定方向的夾角。cos/EI 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和

3、溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識（二）輻射光譜（二）輻射光譜 為準確描述輻射能的性質，需引入一個能確定為準確描述輻射能的性質，需引入一個能確定輻射能輻射能按按波長分布的函數波長分布的函數，以便進一步確定物體的輻射特性。以便進一步確定物體的輻射特性。v分光輻射出射度（單色輻射通量密度）分光輻射出射度（單色輻射通量密度） ： 設一物體的輻射出射度為，在波長設一物體的輻射出射度為，在波長至至+d間的間的 輻射能為輻射能為d，則，則d= d 或或 =d/d ， 隨波長而變，稱分光輻射出射度，又稱輻射能隨波長的分布函數隨波長而變，稱分光輻射出射度，又稱輻射能隨波長的分布函數

4、v輻射光譜曲線輻射光譜曲線=v總輻射能：為圖中光譜曲線與橫坐標總輻射能：為圖中光譜曲線與橫坐標 所包圍的面積。所包圍的面積。dF0 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識（三）物體對輻射的吸收、反射和透射（三）物體對輻射的吸收、反射和透射 a：代表吸收率：代表吸收率 r：代表反射率：代表反射率 d：代表透射率：代表透射率 Q0 =Qa +Qr +Qd 故：故：a + r+ d=1討論：討論：a、r、d隨隨物體性質、物體性質、輻射波長不同而改變。輻射波長不同而改變。Q0QaQdQr 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第

5、一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識（四）有關輻射的基本定律（四）有關輻射的基本定律1、基爾荷夫（、基爾荷夫（Kirchhoff）定律：設有一真空恒溫器，內懸一非黑體物體，溫度與容器相同）定律：設有一真空恒溫器，內懸一非黑體物體，溫度與容器相同根據非黑體和器壁輻射平衡，有（根據非黑體和器壁輻射平衡，有（2.5）式）式 由上式，得（由上式，得（2.6）式）式 （b為黑體的放射強度為黑體的放射強度為一般物體的放射強度）為一般物體的放射強度）根據根據放射率放射率定義，有（定義，有（2.7）式）式所以有（所以有（2.8）式）式 其中其中 為物體的吸收率，為物體的吸收率， 為物體的放

6、射率為物體的放射率結論結論：v在一定波長、一定溫度下，一個物體的吸收率等于該物體同溫度、同波長的放射率。即對不同物在一定波長、一定溫度下，一個物體的吸收率等于該物體同溫度、同波長的放射率。即對不同物體，輻射能力強的物質，其吸收能力也強。輻射能力弱的物質，其吸收能力也弱。黑體吸收能力體，輻射能力強的物質，其吸收能力也強。輻射能力弱的物質，其吸收能力也弱。黑體吸收能力最強，所以它也是最好的放射體。最強，所以它也是最好的放射體。v下標下標表示在一定溫度表示在一定溫度(）下，不同波長的）下，不同波長的、及及的數值不同。即同一物體在溫度的數值不同。即同一物體在溫度時時它放射某一波長的輻射。那末，在同一溫

7、度下也吸收這一波長的輻射。它放射某一波長的輻射。那末，在同一溫度下也吸收這一波長的輻射。0)1 (TTbtTbIIKITbTTIIe/TTeKTTbTKII/ 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識有關輻射的基本定律有關輻射的基本定律基爾荷夫（基爾荷夫（Kirchhoff）定律）定律 （2.6）式可寫成（）式可寫成（2.9）式）式 表明表明：某溫度、某波長的一個物體的輻射強度與其吸收率之比值等于同溫度、同波長時的：某溫度、某波長的一個物體的輻射強度與其吸收率之比值等于同溫度、同波長時的黑體輻射強度。黑體輻射強度。 同溫度下可寫成

8、（同溫度下可寫成（2.10）式）式 表明表明：在輻射平衡條件下，一物體在某波長：在輻射平衡條件下，一物體在某波長的輻射強度和對該波長的吸收率之比值與物的輻射強度和對該波長的吸收率之比值與物體的性質無關對所有物體來講，這一比值只是某波長體的性質無關對所有物體來講，這一比值只是某波長和溫度和溫度的函數。的函數。 從（從（2.6）式可得（）式可得（2.11）式）式 表明表明：基爾荷夫定律把：基爾荷夫定律把般物體的輻射、吸收與黑體輻射聯系起來，從而般物體的輻射、吸收與黑體輻射聯系起來，從而有可能通過對黑有可能通過對黑 體輻時的研究來了解一般物體的輻射。體輻時的研究來了解一般物體的輻射。TbTTIKI/

9、TbTTIKI/TbTTIKI 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識2、斯蒂芬（、斯蒂芬（Stefan）-玻爾茲曼（玻爾茲曼（Boltzman）定律）定律l物體的放射能力是隨溫度、波長而改變的：物體的放射能力是隨溫度、波長而改變的：隨著隨著的升高，黑體對各波的升高，黑體對各波長的放射能力都相應增強，故物體放射的總能量也會顯著增大。長的放射能力都相應增強，故物體放射的總能量也會顯著增大。l定律：定律：黑體的總放射能力與它黑體的總放射能力與它 本身的絕對溫度的四次方成正比本身的絕對溫度的四次方成正比。 見（見（2.12）式）式 其

10、中：其中： =5.6710-8 w/ m2.k4 為斯玻茲曼常數為斯玻茲曼常數 根據上式，可計算出黑體在溫度根據上式，可計算出黑體在溫度 時的輻射強度時的輻射強度，或由黑體的輻射強度，或由黑體的輻射強度 求得其表面的溫度求得其表面的溫度。4TbET 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射輻射的基本知識輻射的基本知識3、維恩（、維恩（Wein）位移定律）位移定律l黑體單色輻射黑體單色輻射極大值極大值所對應的所對應的波長波長是是 隨隨溫度的升高溫度的升高而逐漸向而逐漸向波長較短波長較短的方的方 向移動。向移動。l定律：定律：黑體單色輻射強度極大值所對黑體單色輻

11、射強度極大值所對 應的波長與其絕對溫度成反比應的波長與其絕對溫度成反比。 見式（見式（2.13） C = 2896 m.K 為常數為常數l舉例說明舉例說明：燒紅的鐵：燒紅的鐵 CTm 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射二、太陽輻射二、太陽輻射（一）太陽輻射光譜和太陽常數（一）太陽輻射光譜和太陽常數太陽常數的定義與數值太陽常數的定義與數值1370w/m2占43%占50%占占7%v太陽輻射光譜：太陽輻射光譜： 太陽輻射：太陽輻射：同樣表面溫度達同樣表面溫度達6000K，在高溫高壓下，內部產生熱核反，在高溫高壓下，內部產生熱核反應，使太陽以電磁波的形式不停地

12、向宇宙放射出巨大的能量，即太陽輻應，使太陽以電磁波的形式不停地向宇宙放射出巨大的能量，即太陽輻射能，簡稱太陽輻射。射能，簡稱太陽輻射。 太陽輻射光譜：太陽輻射光譜：太陽輻射中輻射能按波長的分布，即太陽輻射光譜。太陽輻射中輻射能按波長的分布，即太陽輻射光譜。大氣上界太陽輻射光譜中能量的分布曲線與當大氣上界太陽輻射光譜中能量的分布曲線與當為為6000K時根據黑體輻時根據黑體輻射公式計算的黑體光譜能量分布曲線非常相似，見圖射公式計算的黑體光譜能量分布曲線非常相似，見圖2.5，故，故可把太陽輻可把太陽輻射看作黑體輻射。射看作黑體輻射。v太陽常數：太陽常數：就日地平均距離而言，在大氣上界，垂直于太陽光線

13、的就日地平均距離而言，在大氣上界，垂直于太陽光線的1cm2面積內，面積內，1分鐘內獲得的太陽輻射能量，即太陽常數，用分鐘內獲得的太陽輻射能量，即太陽常數，用0表示，表示，其有周期變化，可能與太陽黑子活動周期有關，一般黑子活動越多，越其有周期變化，可能與太陽黑子活動周期有關，一般黑子活動越多，越大。多數文獻上取值大。多數文獻上取值1370 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射（二）太陽輻射在大氣中的減弱

14、（二）太陽輻射在大氣中的減弱主要變化有：主要變化有：(1)總輻射能有明顯地減弱；總輻射能有明顯地減弱；(2)輻射能隨波長的分布變得極不規則；輻射能隨波長的分布變得極不規則；(3)波長短的輻射能減弱得更為顯著。波長短的輻射能減弱得更為顯著。（4）大氣對太陽輻射的大氣對太陽輻射的吸收吸收主要在紅外區，主要在紅外區， 大氣對太陽輻射的大氣對太陽輻射的散射散射作用只在可見光和紫外區。作用只在可見光和紫外區。水汽水汽吸收吸收分分子子散散射射臭臭氧氧吸吸收收粗粗粒粒散散射射大大氣氣上上界界 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射太陽輻射太陽輻射太陽輻射在大氣中的減弱太

15、陽輻射在大氣中的減弱(1)大氣對太陽輻射的大氣對太陽輻射的吸收吸收：大氣某些成分具有選擇吸收的特性：大氣某些成分具有選擇吸收的特性 主要成分：主要成分：水汽、氧氣、臭氧、二氧化碳及固體雜質水汽、氧氣、臭氧、二氧化碳及固體雜質 水汽水汽：吸收最強的波長是紅外區，另有可見光區，而太陽輻射能最強的是短波吸收最強的波長是紅外區，另有可見光區，而太陽輻射能最強的是短波部分，故水汽對太陽輻射的削弱僅占部分，故水汽對太陽輻射的削弱僅占4-15%，由此而引起的增溫并不顯著。，由此而引起的增溫并不顯著。 氮和氧氮和氧：只有氧能微弱吸收太陽輻射的紫外部分。只有氧能微弱吸收太陽輻射的紫外部分。 臭氧臭氧：吸收很強，

16、主要是紫外部分，吸收很強，主要是紫外部分，0.6微米處為一寬吸收帶，且處太陽輻射微米處為一寬吸收帶，且處太陽輻射（能）最強的輻射帶內（青光部分），故吸收的太陽輻射量相當多。（能）最強的輻射帶內（青光部分），故吸收的太陽輻射量相當多。 2：吸收較弱，僅吸收較弱，僅4.3微米的紅外區吸收較強，故對太陽輻微米的紅外區吸收較強，故對太陽輻 射影響不大。射影響不大。 固體雜質固體雜質：吸收甚微，只有當塵埃很多時，如沙幕、煙幕或?。何丈跷ⅲ挥挟攭m埃很多時，如沙幕、煙幕或浮塵時，吸收才顯著。塵時，吸收才顯著。結論：結論：大氣對太陽輻射的大氣對太陽輻射的吸收具選擇性吸收具選擇性，故使穿過大氣后的太陽，故使

17、穿過大氣后的太陽輻射光譜變得不規則（可解釋輻射光譜變得不規則（可解釋P26圖圖2.6不規則的原因）不規則的原因）,因大因大氣中主要吸收物質（水汽和臭氧）對太陽輻射的吸收帶都位氣中主要吸收物質（水汽和臭氧）對太陽輻射的吸收帶都位于太陽輻射光譜兩端能量較小的區域，故大氣直接吸收的太于太陽輻射光譜兩端能量較小的區域，故大氣直接吸收的太陽輻射能并不多，所以太陽輻射不是大氣的主要的直接能源。陽輻射能并不多，所以太陽輻射不是大氣的主要的直接能源。(2)大氣對太陽輻射的大氣對太陽輻射的散射散射分子散射分子散射（蕾利散射）和（蕾利散射）和粗粒散射粗粒散射（米散射）（米散射） 太陽輻射通過大氣，遇到空氣分子、塵

18、粒、太陽輻射通過大氣，遇到空氣分子、塵粒、云滴等質點時，都要發生散射，原因是這些質云滴等質點時，都要發生散射，原因是這些質點表面不是一個平面，而是顆粒狀，使射到其點表面不是一個平面，而是顆粒狀，使射到其上的光的方向發生改變。發現這種上的光的方向發生改變。發現這種“散射散射”現現象的科學家叫瑞利，他是在象的科學家叫瑞利，他是在130年前發現的，年前發現的，他也是諾貝爾獎獲得者。他也是諾貝爾獎獲得者。分子散射分子散射：蕾利散射，若太陽輻射遇到蕾利散射，若太陽輻射遇到直徑直徑比比波長小波長小的空氣分子，則輻射的波的空氣分子，則輻射的波長越短，散射得愈強，對于一定大小的長越短，散射得愈強，對于一定大小

19、的空氣分子來說，散射能力與波長的四次空氣分子來說，散射能力與波長的四次方成反比。特征方成反比。特征（1）有選擇性有選擇性：問題：問題：波長為波長為0.7微米時的散射能力為微米時的散射能力為1，則波，則波長為長為0.3微米的散射能力即為多少？微米的散射能力即為多少？藍藍光的散射強度大約是紅光的光的散射強度大約是紅光的10倍。倍。（2）其質點散射的光學特性是對稱的球形其質點散射的光學特性是對稱的球形。且在入射光方向及相反方向上散射量比且在入射光方向及相反方向上散射量比垂直于入射光方向的散射量大一倍。垂直于入射光方向的散射量大一倍?！驹~語詞語】： 散射散射【拼音拼音】： 【snsh】【解釋解釋】：

20、（）光線通過有塵土（）光線通過有塵土的空氣或膠質溶液等媒質時，部分的空氣或膠質溶液等媒質時，部分光線向多方面改變方向的現象。超光線向多方面改變方向的現象。超短波發射到電離層時也發生散射。短波發射到電離層時也發生散射。（）兩個基本粒子相碰撞、運動（）兩個基本粒子相碰撞、運動方向改變的現象。（）在某些情方向改變的現象。（）在某些情況下，聲波投射到不平的分界面或況下，聲波投射到不平的分界面或媒質中的微粒上而向不同方向傳播媒質中的微粒上而向不同方向傳播的現象。也叫亂反射。的現象。也叫亂反射。 v粗粒散射粗粒散射：米散射（或稱漫米散射（或稱漫射），當太陽輻射遇到射），當太陽輻射遇到直徑直徑比比波長大波長

21、大一些的質點時（如一些的質點時（如水滴），輻射的各種波長都水滴），輻射的各種波長都同樣要被散射。特征同樣要被散射。特征（1）沒有選擇性沒有選擇性；（；（2）質點散質點散射是不對稱的射是不對稱的：在射入光方：在射入光方向上的散射能量，分別超過向上的散射能量，分別超過了在射入光線的相反方向及了在射入光線的相反方向及其垂直方向上的其垂直方向上的2.37及及2.85倍，散射質點越大，這種偏倍，散射質點越大，這種偏對稱的程度越大。對稱的程度越大。(3)大氣的云層對太陽輻射的大氣的云層對太陽輻射的反射反射特征特征（1）反射對波長沒有選擇性反射對波長沒有選擇性， 所以反射光呈白色。云層和較大顆粒的塵埃所以反

22、射光呈白色。云層和較大顆粒的塵埃均能反射，其中云的反射作用最顯著。均能反射，其中云的反射作用最顯著。（2）云的反射能力隨云狀、云的厚度而云的反射能力隨云狀、云的厚度而不同不同。高云反射率為高云反射率為25%，中云，中云50%，低云，低云65%；稀薄的云層可反射；稀薄的云層可反射10-20%，厚云層可，厚云層可達達90%。云的平均反射率為。云的平均反射率為50-55%。故陰天。故陰天云反射作用強，光線弱。云反射作用強，光線弱。v問題問題:為什么乘飛機到為什么乘飛機到2萬米高空萬米高空,天空就不天空就不再是藍色再是藍色,而變為暗黑色而變為暗黑色?即使在低空即使在低空,天空顏天空顏色也有各種變化色也

23、有各種變化,為什么為什么?v問題問題：為何雨后天空呈青藍色？空中塵?；颍簽楹斡旰筇炜粘是嗨{色？空中塵粒或水滴較多時為何天空呈灰白色？水滴較多時為何天空呈灰白色？小結小結：大氣對太陽輻：大氣對太陽輻射的吸收、散射、反射的吸收、散射、反射中，反射作用最強，射中，反射作用最強，散射作用其次，吸收散射作用其次，吸收相對最弱。全球平均相對最弱。全球平均狀況：太陽輻射約有狀況：太陽輻射約有30%被散射和漫射回被散射和漫射回宇宙（稱行星反射宇宙（稱行星反射率），率），20%被大氣和被大氣和云層直接吸收，云層直接吸收，50%到達地面被吸收。到達地面被吸收。原因原因：隨著觀測高度：隨著觀測高度升高，粗粒散射減弱

24、升高，粗粒散射減弱（因云層及大顆粒多（因云層及大顆粒多在底層），天空更顯在底層），天空更顯蔚藍，而再往上，分蔚藍，而再往上，分子散射也減弱，散射子散射也減弱，散射光越來越少，或無散光越來越少，或無散射光，則要么是太陽射光，則要么是太陽光，要么是暗黑色光，要么是暗黑色 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射（三）到達地面的太陽輻射（三）到達地面的太陽輻射總輻射總輻射1、直接輻射（直接輻射（Q） 影響因素：影響因素：(1)太陽高度角（太陽高度角（） S =S 而而S/S =sin =sin 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太

25、陽輻射太陽輻射太陽輻射到達地面的太陽輻射到達地面的太陽輻射直接輻射直接輻射影響因素：（影響因素：（2）大氣透明度（）大氣透明度（p） 大氣透明度的特征用透明系數大氣透明度的特征用透明系數p表示，它指透過一個大氣質量的輻射強表示，它指透過一個大氣質量的輻射強度與進入該大氣的輻射強度之比。反映了輻射透過大氣后的削弱程度。度與進入該大氣的輻射強度之比。反映了輻射透過大氣后的削弱程度。見式（見式（2.16） 0：為大氣上界太陽輻射通量，為大氣上界太陽輻射通量，為到達地面后的太陽輻射量為到達地面后的太陽輻射量和式（和式（2.17）布格公式）布格公式 m為大氣質量數為大氣質量數pII0/mpII0 第二章

26、第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射太陽輻射太陽輻射到達地面的太陽輻射到達地面的太陽輻射直接輻射直接輻射（3）變化規律：）變化規律：Q隨太陽高度角加大（日變化，年變化）而增大，隨緯度變化而變隨太陽高度角加大（日變化，年變化）而增大，隨緯度變化而變化?；?。 見圖見圖2.10 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射2、散射輻射散射輻射q（1）影響因素：太陽高度）影響因素：太陽高度h、大氣透明度大氣透明度p（2）變化規律：隨太陽高度）變化規律：隨太陽高度h加大（日變化，年變化）而增大，隨大氣透明系數加大（日變化，年變化）而增大，

27、隨大氣透明系數p減少而增強，隨云量變化而變化。減少而增強，隨云量變化而變化。 問題問題：1、為什么一年內夏季和一日內中午前后，散射輻射最強？陰天又比晴天、為什么一年內夏季和一日內中午前后，散射輻射最強？陰天又比晴天 散射輻射大得多？散射輻射大得多？ 2、 陰天白天的光亮由何種光構成？陰天白天的光亮由何種光構成？散射輻射容易被植物吸收，故茶葉中的散射輻射容易被植物吸收，故茶葉中的云霧茶為茶中極品云霧茶為茶中極品 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射太陽輻射太陽輻射到達地面的太陽輻射到達地面的太陽輻射總輻射總輻射3、總輻射總輻射=直接輻射直接輻射+散射輻射散

28、射輻射（1）影響因素：時間、緯度、季節、天氣）影響因素：時間、緯度、季節、天氣h和和p（2）變化規律：和直接輻射變化相類似）變化規律：和直接輻射變化相類似 日變化：日出以前，以散射輻射為主，當日變化：日出以前，以散射輻射為主，當h=80時，時，Q=q,正午兩者達最正午兩者達最 大值。云使該規律遭受破壞。大值。云使該規律遭受破壞。 年變化：夏季最強，冬季最弱。年變化：夏季最強，冬季最弱。 緯度分布：緯度越低總輻射愈緯度分布：緯度越低總輻射愈 大。見大。見30表表2-2 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第一節第一節 太陽輻射太陽輻射太陽輻射太陽輻射地面對太陽輻射的反射地面對太陽輻射的

29、反射（四）地面對太陽輻射的反射（四）地面對太陽輻射的反射地表對太陽輻射的反射率，決定于地表面的性質和狀態。地表對太陽輻射的反射率，決定于地表面的性質和狀態。 陸面：反射率陸面：反射率10-30%，深色土淺色土，粗糙土平滑土，潮濕土，深色土淺色土，粗糙土平滑土，潮濕土 干燥土干燥土 雪面：反射率雪面：反射率60%，潔白雪面可達，潔白雪面可達90%。 水面：反射率隨水的平靜程度和太陽高度角的大小而變。水面：反射率隨水的平靜程度和太陽高度角的大小而變。 當當H=600時，平靜水面的反射率為時，平靜水面的反射率為2%；H=300時時 為為6%； H=100時，為時，為35%； H=50時，為時，為58

30、%；H=20時，為時，為79.8%；H=10時，為時，為89.2%.地表狀地表狀態態裸地裸地沙漠沙漠草地草地 森林森林 雪雪（緊、潔）（緊、潔） 雪雪（濕、臟）（濕、臟）海面海面（h25）海面海面（h25）反射率反射率10-2525-4615-2510-2075-9525-7510 10-70典型下墊面的地表反照率（典型下墊面的地表反照率（%） 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第二節第二節 地面和大氣的輻射地面和大氣的輻射一、地面、大氣的輻射和地面有效輻射一、地面、大氣的輻射和地面有效輻射（一）地面和大氣輻射的表示：地面和大氣均不是絕對黑體，故運用（一）地面和大氣輻射的表示：地面

31、和大氣均不是絕對黑體，故運用 斯蒂芬斯蒂芬波耳茲曼定律時須轉換，可寫成波耳茲曼定律時須轉換，可寫成 式（式（2.18）和式（和式（2.19） 其中，其中，和和 分別稱地面和大氣的比輻射率分別稱地面和大氣的比輻射率 當地面溫度為當地面溫度為15，根據維恩定律可算得，根據維恩定律可算得即該溫度下地面最強的輻射能位于即該溫度下地面最強的輻射能位于10微米的光譜范圍內。而地面實際均溫為微米的光譜范圍內。而地面實際均溫為300K，對流層大氣均溫對流層大氣均溫250K，故其熱能的故其熱能的95%以上集中在以上集中在3-120微米微米的范圍內。的范圍內。結論結論：地面和大氣的輻射為長波輻射，長波輻射是地面與

32、大氣交換熱量的重要方式。：地面和大氣的輻射為長波輻射，長波輻射是地面與大氣交換熱量的重要方式。4TEg4TEamm10 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度（二）地面和大氣長波輻射的特點（二）地面和大氣長波輻射的特點1、大氣對長波輻射的吸收大氣對長波輻射的吸收：1、非常強烈非常強烈，水汽和水汽和CO2均能強烈吸收長波輻射，均能強烈吸收長波輻射，約有約有75-95%的地面長波輻射被大氣吸收，且幾乎在距地面的地面長波輻射被大氣吸收，且幾乎在距地面40-50M的薄層中吸收；的薄層中吸收；2、有選擇性有選擇性，大氣在整個長波段除，大氣在整個長波段除8-12微米微米外，其余透射率近為零，而吸收

33、外，其余透射率近為零，而吸收率為率為1。下圖中表示。下圖中表示“大氣窗口大氣窗口”：指在波長為：指在波長為8-12微米處大氣對該波段的吸收微米處大氣對該波段的吸收率幾乎為率幾乎為0，透射率接近，透射率接近1，其使地面輻射熱量直接喪失到宇宙空間有近，其使地面輻射熱量直接喪失到宇宙空間有近20。透射率近100%大氣窗口大氣窗口水汽吸水汽吸收帶收帶Co2吸收帶吸收帶O3吸收帶吸收帶水汽吸水汽吸收帶收帶Co2吸收帶吸收帶 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度、大氣中長波輻射的特點、大氣中長波輻射的特點 （1）出射輻射（地面和大氣輻射）是漫射輻射：不似太陽輻射是定向的平行輻射）出射輻射（地面和

34、大氣輻射）是漫射輻射：不似太陽輻射是定向的平行輻射進入大氣。進入大氣。（2）太陽輻射在大氣中傳播時，僅考慮大氣對太陽輻射的削弱作用，而未考慮大）太陽輻射在大氣中傳播時，僅考慮大氣對太陽輻射的削弱作用，而未考慮大氣本身輻射的影響。氣本身輻射的影響。為什么？為什么？但考慮地面和大氣長波輻射在大氣中傳播時，不但考慮地面和大氣長波輻射在大氣中傳播時，不僅要考慮大氣對長波輻射的吸收還要考慮大氣本身的長波輻射（即逆輻射）。僅要考慮大氣對長波輻射的吸收還要考慮大氣本身的長波輻射（即逆輻射）。（3）傳播時不考慮散射作用：）傳播時不考慮散射作用：為什么？為什么？ 第二章第二章 大氣的熱能和溫度大氣的熱能和溫度第

35、二節第二節 地面和大氣的輻射地面和大氣的輻射地面、大氣的輻射和地面有效輻射地面、大氣的輻射和地面有效輻射（三）大氣逆輻射和地面有效輻射三）大氣逆輻射和地面有效輻射1、大氣逆輻射和大氣保溫效應、大氣逆輻射和大氣保溫效應 2、地面有效輻射、地面有效輻射 （0）：）： 地面放射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，稱地面有效輻射。地面放射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，稱地面有效輻射。（1）主要影響因子：地面溫度，溫度升高，）主要影響因子：地面溫度，溫度升高，0增大。增大。 空氣溫度、空氣濕度、云況：空氣溫度、空氣濕度、云況：氣溫、有無吸收長波輻射的物質（如水氣溫、有無吸收長波輻射的物質（如水 汽、汽、CO2等），故晴朗、干燥的晚上等），故晴朗、干燥的晚上很小，很小，0很大。很大。 通常情況下，地溫高于氣溫，通常情況下，地溫高于氣溫，0為正值，只有逆溫或空氣濕度很大