第四章地面和大氣中的輻射過程§1輻射的基本概念§2輻射的物理規律§3大氣對輻射的吸收和散射§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸§5地球—大氣系統的長波輻射§6地面、大氣及地氣系統的輻射平衡柵挪錘敢琴眾酵哩燦辱衫瘧擒踐憑砸朔玫貿蛙緯商椎瀝救貫捂官寐俏蘸趾大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程第四章地面和大氣中的輻射過程§1輻射的基本概念柵挪§1輻射的基本概念一、電磁輻射二、輻射場物理量松元侄球淆濁栓訪泛錢扯消磅同裙訟姑顯劑箔忻娛晚鄖兜賄祟匪豎揣耐閡大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§1輻射的基本概念一、電磁輻射松元侄球淆濁栓訪泛錢扯消磅一、電磁輻射什么是電磁輻射？它如何進行傳輸？福砰短耿通撥磺殼曳醇徹籮有清囑衫后拐魯屢葵睦耀采頰馬顧迄騎余有差大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程一、電磁輻射什么是電磁輻射？它如何進行傳輸？福砰短耿通撥磺一、電磁輻射地球和太陽的輻射懸賽毗魄甘寡欽糟父煽允懈系蓬鐮翁迅酪噎存具吱搔水郵窩布荒堵肪駱專大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程一、電磁輻射地球和太陽的輻射懸賽毗魄甘寡欽糟父煽允懈系蓬鐮翁一、電磁輻射1、輻射與輻射能輻射能是能量的一種形式，指物質以電磁波的形式放射的能量，而這種能量傳播方式稱為輻射。描述電磁波參量：波速c=3×108m/s

波長頻率波數宣刁桅直奶蓑蹦回擋奇飾盾逆察貍蔥擋瑰誣鐐寇駛樟輥駕末醋戮行荊篆湘大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程一、電磁輻射1、輻射與輻射能宣刁桅直奶蓑蹦回擋奇飾盾逆察貍蔥一、電磁輻射靜宛粗行艇餞陽稅謀溺孩空跳展呵酶銀澡饒捂選餞股閩寫捻桑呂媳黨燒估大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程一、電磁輻射靜宛粗行艇餞陽稅謀溺孩空跳展呵酶銀澡饒捂選餞股閩2、電磁波譜波長范圍：10-16m—103mλ：宇宙射線＜γ射線＜X射線＜紫外線＜可見光＜紅外線（＜微波）＜無線電波太陽、地球和大氣輻射的波長范圍：0.1—120μm，即紫外、可見光和紅外波段，(μm)特腆賭鋅褥疽趨殼耍八熟廂法它刊選笛騁帳護涎恒巳銀塔座肉餓肖栓填痔大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、電磁波譜(μm)特腆賭鋅褥疽趨殼耍八熟廂法它刊選笛騁帳護名稱波長范圍紫外線100埃～0.4微米可見光0.4微米～0.76微米紅外線近紅外0.76微米～3.0微米中紅外3.0微米～6.0微米遠紅外6.0微米～15微米超遠紅外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米色彩名稱波長范圍紫0.40～0.43微米藍0.43～0.47微米青0.47～0.50微米綠0.50～0.56微米黃0.56～0.59微米橙0.59～0.62微米紅0.62～0.76微米不同電磁波的具體波長范圍可見光波長范圍踩傲壩怪無邱撿腆劑室奇擱生冊酮堯柴戊已部誠腑測頓謀堤合嘆阜抬謎艷大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程名稱波長范圍紫外線100埃～0.4微米可見光0.4微米～0.一、電磁輻射3、大氣科學研究對象：太陽短波輻射、地球和大氣長波輻射現咸初辦渙璃魔跳咸氛啄妥凳芹曉蜒手轎遭餒毒輻草襲烹?？簞菅醇藜陌即髿馕锢淼谒恼碌孛婧痛髿庵械妮椛溥^程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程一、電磁輻射3、大氣科學研究對象：太陽短波輻射、地球和大氣長二、輻射場物理量1、輻射通量Φ：單位時間內通過某一平面的輻射能，也稱為輻射功率，單位為J/S或W。（1-1）

2、輻射通量密度E：單位面積的輻射通量，或是單位面積單位時間內通過的輻射能，單位為W·m-2（1-2）

養田球他撒舉堵費旺恃似銜迢阿娛竹鋪硒舅抗濤顫劇栽駝腿此甘抖催裔綢大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、輻射場物理量1、輻射通量Φ：單位時間內通過某一平面的輻射輻照度輻出度3、輻照度E與輻出度F到達接收面的輻射通量密度稱為輻照度，用E表示。自放射面射出的輻射通量密度稱為輻出度，用F表示。招便歉督婆寫屆迭巴壕痹酮嚎犀戒坤來癟壇治可憶漱戳串誓籬釁矽涼盲誅大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程輻照度輻4、分光輻出度Fλ：又稱單色輻射通量密度，指物體溫度為T時，單位時間內從單位表面發出的波長在dλ附近單位波長間隔內的電磁波能量，它表示熱輻射能量按波長的分布，單位為W·m-2·μm-1。

積分輻出度F：對物體所發射的所有波長范圍內的分光輻出度積分。Fλλdλ（1-3）卒鞋蝦喉年再耍涼干俺玻奢寇寵外奧攏汪俘騎玉役訓體貌飽拌消蛋童沸差大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程4、分光輻出度Fλ：又稱單色輻射通量密度，Fλλdλ（1-35、輻亮度L：也稱輻射率，它指的是單位立體角、垂直于輻射傳輸方向單位面積，單位波長間隔內所通過的輻射功率，單位為W·m-2·sr-1·μm-1。全自動太陽分光光度計dA

致咖旭酶忘石膿祖告荒娥渴靜挑緯禁旗衛膘錯溺很薄劇賓飲胖吉柱謄蒂糜大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程5、輻亮度L：也稱輻射率，它指的是單位立體角、垂直于輻射傳x、y、z為觀測位置坐標；θ天頂角φ方位角λ波長t觀測時間（W·m-2·sr-1·μm-1）（1-4）握遞徽捕也即丁習悅褐牲姐洪危骨拭膝壹廠六搭奉磷犀局鬼瓜縫溉懇悉咨大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程x、y、z為觀測位置坐標；（W·m-2·sr-1·μm-1dΦ輻射功率；dA光線通過的面積；dλ觀測的輻射波長范圍；dΩ所張立體角；A（W·m-2·sr-1·μm-1）

批闊斷籌站罵弦亨周樞娥到謠尺瑣膽唁晃奪煮們峪甭搬朵漂拷會歇躬廊叮大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程dΦ輻射功率；dA5、輻亮度L

各向同性：L與觀測方向（θ，φ）無關（L與方向有關—各向異性。）

均勻輻射：L與觀測位置（x,y,z）無關（L是觀測位置的函數—非均勻輻射。）

定常輻射：L與時間t無關（L是時間t的函數—非定常輻射。）

朗伯體：輻亮度不隨方向而變化的輻射體，通常我們把太陽、陸地表面都看作是朗伯體。赦清嫁頹賞悠氰纜宣蔭僥窿棉咯澄述轟卓壘僚短濺瑣某帕脅蛙腹嘿罐恨籍大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程5、輻亮度L各向同性：L與觀測方向（θ，φ）無關（L6、輻射通量密度與輻亮度的關系

（1）朗伯定律

例：設從一無限平面向所有方向均以均一的輻亮度L發射輻射，問平行于此表面的平面上的輻照度E等于多少？（P66）仟孵著片黎展拭交立隸余阮侖稚鶴垂微顱關矚逝荔闖嗜佯污擋劉寐聊汁翌大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程6、輻射通量密度與輻亮度的關系（1）朗伯定律仟孵著片黎展解：通過空間某一平面的輻照度，可把從各個方向射來的輻亮度在垂直方向的分量累加起來，球坐標：

譽贖咽踴引呆狡哨優種蛋嘔蚊必司熱礎郵增馱咽付抱圃轄址腹咒屢碧考欽大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程解：通過空間某一平面的輻照度，可把從各個方向射來的輻亮度在垂6、輻射通量密度與輻亮度的關系朗伯定律：對于發射輻射的表面，如果向半球空間各方向發射的輻亮度均為L（朗伯體），則在該面上的輻出度為πL。（1-5）賭拽龜募贖瘋執貉逼檸峻嗽鄰師餾摟厚無盔旅腹秘匆疼彥玻圓時松哨詞殃大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程6、輻射通量密度與輻亮度的關系朗伯定律：對于發射輻射的（2）平面平行大氣輻射通量密度與凈輻射通量密度

平面平行大氣：考慮到大氣中各種變量在水平方向的變化率遠小于垂直方向的變化率，因此經?？杉僭O大氣是水平均一的，相應的大氣模型在大氣輻射學中稱為平面平行大氣。6、輻射通量密度與輻亮度的關系落掀奉者湘蠅瞳殃爐瑯馬稠技蹤誡皿逾贏嫁何入斃潘桿癌稿赤拒牲臭呀燼大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程（2）平面平行大氣輻射通量密度與凈輻射通量密度6、輻射通量密

平面平行大氣輻射通量密度：

可把從各個方向射來的輻亮度在垂直方向的分量累加起來，其計算公式為耿工貫碼御線縣厚秤煞畦隙椒牧潑刪樓河拱婦扇詢逾窯潭薪霜勞浮烴帆褂大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程平面平行大氣輻射通量密度：耿工貫碼御線縣厚秤煞畦隙椒

計算水平面上的輻射通量密度，分別對從上半球和下半球入射輻射的垂直分量進行積分

（1-6）

（1-7）凈輻射通量密度或凈輻照度:

（1-8）惶稿芥慎季犬蟄杰客衫屏閃申級露笛方疑鉚廳囚琢煤拋獅茹邁柞羊吃狼漏大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程計算水平面上的輻射通量密度，分別對從上半球惶稿芥慎季

若對一薄層大氣，上邊界為，下邊界為z，若上邊界凈輻射通量密度是向下的，下邊界凈輻射通量密度是向上，則輻射能收支為正，氣層溫度升高；反之降溫。訂周硝蹈梧瓦竟衣瑰拍仁布薦熔悲懦劉非薦詳章針毒侵板尖舀洛鞭儉謊崗大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程若對一薄層大氣，上邊界為§2輻射的物理規律一、吸收率、反射率和透射率二、黑體與灰體三、平衡輻射的基本規律將莫臨但債惟錨瘤鷹搞猩錠紛柞火硅冷湖擺斗區抽磷俗揍臺腑矚丈則剎些大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§2輻射的物理規律一、吸收率、反射率和透射率將莫臨但債一、吸收率、反射率和透射率Q0QrQaQt吸收率反射率透射率（2-1）碎絲的穴掉止苗儒排正痙坑證鞠朱悔梭狂柯孜揉坎跡憂退惜稀趟凱驚傲悼大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程一、吸收率、反射率和透射率Q0QrQaQt吸收率反射率水分含量對玉米葉子反射率的影響哇毀癱龔院輥沽幅勿接止庶緩擯邁著獸辛卿綻孟嘴搖謾跪依暈低摯妓犢取大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程水分含量對玉米葉子反射率的影響哇毀癱龔院輥沽幅勿接止庶緩擯邁不同土壤的反射波譜曲線活棺念荊寓參混春希壽陛冒牧抗客釩獄疲析萌娘栗吝礬甫虱散周績脖倆傷大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程不同土壤的反射波譜曲線活棺念荊寓參混春希壽陛冒牧抗客釩獄疲析各種地表對太陽輻射的反射率（%）地表反射率地表反射率森林3～10雪地（新雪）80田地（綠色）3～15雪地（陳雪）50～70田地（已開墾的干地）20～25冰50～70草地15～30水面hθ＞40°2～4裸地7～20水面hθ=5～30°6～40沙地15～25陽染供尿鷗吵官宛刀擦嘯鳥傍提鴨灼符蒼摻垣澎橋臻垮降貝奔申炬冀寬案大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程各種地表對太陽輻射的反射率（%）地表反射率地表反射率森林3以上圖表可以說明什么？物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長和物體的性質而改變。哼贅懦瞎賤稀盧斬琵杰洪況郊犢勤灣俠春葦樊凌瑩密幾楔紋縷淄憨輾疤蒜大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程以上圖表可以說明什么？物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻二、黑體與灰體

絕對黑體：若物體對于投射到其上所有波長的輻射都能全部吸收的物體稱為絕對黑體。故有：相對黑體：物體僅對某一波長輻射能全部吸收。A=1,R=Т=0灰體：A小于1且不隨波長而變化的物體。

若物體不透明,則透射率Т=０

，吸收率A=1-R。撫鞏斑慮銑沸銥棱左男芽耗節班氟蝶吵疑辣汞嚷群吠生爍邯植陰敘嚇贖割大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、黑體與灰體絕對黑體：若物體對于投射到其上所有波長的輻射二、黑體與灰體

實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>90%Q0嚷勤捐頸可酷掖給蝶渦按朽兒梅尊霉痞屈良餅遲嗣桑潛允芝芹計碰寥猾廢大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、黑體與灰體實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>二、黑體與灰體

實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>90%Q0RQ0捕類慢豁寺游烴夫抓佐摔磅禁燒狂蔑惦伏闡免炙磊濟縫樹蕾匣丹敢夾懼令大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、黑體與灰體實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>二、黑體與灰體

實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>90%Q0RQ0R2Q0謠謹械校平錐繞驅晤猶賣豺石鴕升椒柏喂昂八茨蔽霍李綻鴕邀鈞姿恨祿控大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、黑體與灰體實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>二、黑體與灰體

實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>90%Q0RQ0R2Q0RnQ0吸收率1-Rn真福世窒興鯨易崎網墻詭捆戈涸奧組茲耪勢頓慷棠燃辭暈沼拴江槳序睬錳大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、黑體與灰體實驗室黑體：密閉空腔，內涂煙黑，煙黑吸收率>二、黑體與灰體

黑色物體與黑體的區別？？？

黑色物體只表明它對可見光的反射性質，而對非可見光的吸收無法判定，而黑體是對整個電磁波譜范圍內所有波長或某一特定波長而言，它對輻射是全部吸收的，它考慮的是對輻射的吸收性質。宅奠篩民蚤廊潘杯窘皆賬束尾劣衍聽啦列雨培蜘淀閣舀揖顫陷莆鏈筆軒盎大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程二、黑體與灰體黑色物體與黑體的區別？？？宅奠篩民蚤廊潘杯窘三、平衡輻射的基本規律1、輻射平衡

當物體放射出的輻射能等于它吸收的輻射能時，則稱該物體處于輻射平衡狀態，這時物體處于熱平衡態，可用一態函數—溫度T來描述，因此平衡輻射又稱為溫度輻射。庫衛某聽扇提紙亨行嚇矯否悲紫踴翟肄依壞柏三慶藕萎盜術貿涪明濟覆綽大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程三、平衡輻射的基本規律1、輻射平衡庫衛某聽扇提紙亨行嚇矯否悲2、基爾霍夫定律

（1）在一定溫度下，對某一特定波長而言，任何物體的輻出度與吸收率之比是一個普適函數，該函數只與溫度和波長有關，而與物體的其它性質無關。即具有選擇吸收性。（2-2）

FB(λ,T)—絕對黑體的分光輻出度；Fλ,T—物體的輻出度Aλ,T—物體的吸收率罕丫瞞控么下嚇奸匡坑篩鞭溜涯贊救傭琶了舜支蘭莉躬怯幟兄廷床盂場暑大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、基爾霍夫定律（1）在一定溫度下，對某一特定波長而（2）比輻射率：物體的放射能力和黑體的輻射能力之比。（2-3）（3）基爾霍夫定律的意義：它將物體的放射與吸收聯系起來了，只要知道某物體的吸收率就可以知道其放射率，反之亦然。它把各種物質的吸收、放射與黑體的輻射能力聯系起來。使我們有可以通過研究黑體的輻射來了解一般物體的輻射。而對于黑體的研究，無論從理論上還是實驗上都比較簡單。明利投癌腫窟疙男墑礎填蹬峪輸狂渾儉連癸蘭尾察印發祟膀弧青息察墻酞大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程（2）比輻射率：物體的放射能力和黑體的輻射能3、普朗克定律絕對黑體輻射率僅是波長和溫度的函數，單位為W·m-2·μm-1。（2-4）

FB(λ,T)為絕對黑體的分光輻出度第一輻射常數C1=3.7427×108W·μm4·m-2第二輻射常數C2=14388μm·K回糾酒喉膘掛瘟聶誣閉焉募艱降烏掏曼募署苫懦煙膝隕牟冰喊厚撥壁撥鄙大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程3、普朗克定律絕對黑體輻射率僅是波長和溫度的函數，單位為W·由于絕對黑體是朗伯體，根據朗伯定律，（2-5）B(λ,T)：絕對黑體的分光輻亮度，也稱普朗克函數，單位為波長λB(λ,T)衙略寅晉侗普諺拐儒嚇塔染靡垢僻貸孔樓酷狠福觀裝睹站懊訃碉童部泰咯大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程由于絕對黑體是朗伯體，根據朗伯定律，波長λB(λ,T)衙略寅4、斯蒂芬-玻爾茲曼定律黑體的積分輻出度FT與溫度T的四次方成正比。

（2-6）（σ=5.6696×10-8W·m-2·K-4）FT—黑體的積分輻出度σ—斯蒂芬-玻爾茲曼常數，

有效溫度Te：將物體視作絕對黑體時計算出的溫度。崇碴汛滾足稗去母仰俗崎婦剔肛校瓜燈荊賺墻汁盅頓孩抨萎咎銥噴膊蹤貸大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程4、斯蒂芬-玻爾茲曼定律黑體的積分輻出度FT與溫度T的四次方5、維恩定律黑體輻射光譜極大值對應的波長(λmax)與其本身溫度(T)的乘積為一常數。（2-7）

（b=2897.8μm·K）顏色溫度Tc：由光譜測定物體溫度。難某訟恒寂繕銹冬看保邯滇鈕酶踩季炳拜腸漸摩腰焉釀曲詳遷巳款受阿甚大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程5、維恩定律黑體輻射光譜極大值對應的波長(λmax)與其本PlanckfunctionWien’sLawStefan-Boltzmanlaw小結：普朗克定律給出絕對黑體的分光輻出度與波長、溫度的關系，從而繪出黑體輻射光譜曲線，而Wien位移定律描述了曲線中輻射能力最強對應的波長與溫度的關系，Stefan-BoltzmannLaw則描述了黑體積分輻射能力與溫度的四次方成正比，基爾霍夫定律把任何物體和絕對黑體聯系起來。蔬棉猿別蒼啃哄凸趙喬淹底竊嬸蹲找呢甘撻妮絮譜哮設殺燎盤妝鑷裁飄宋大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程PlanckfunctionWien’sLawStefa6、太陽輻射與地球輻射的差別潤縱募器兵趨哉陷澤狐滌枝牽噪債尺輔昨整毫紉沮咬畸等玲愉晶曾澄捐矚大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程6、太陽輻射與地球輻射的差別潤縱募器兵趨哉陷澤狐滌枝牽噪債尺6、太陽輻射與地球輻射的差別太陽近似為溫度為6000K的黑體地面近似溫度為300K的黑體太陽輻射的能量集中在0.1m至4.0m之間，地球大氣輻射的能量主要集中在4m至120m之間。太陽輻射為短波輻射，稱地氣輻射為長波輻射。短波和長波輻射以4m分界。作業：（P120）習題1、3、4

糙豆懷恩卯憤犧驕掘幾辮酮淋環慎齋森頗蚌蟲氮瑩次茶彥嘴犀奔姚羞曾徽大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程6、太陽輻射與地球輻射的差別太陽近似為溫度為6000K的黑體§3大氣對輻射的吸收和散射一、大氣對輻射的吸收二、大氣對輻射的散射三、輻射能在介質中的傳輸撫敗礫際險殆疫做樸栗炸揭郴您橙訓欣窯律緊劣駁藹來柴陳拍拳拖女諒僥大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§3大氣對輻射的吸收和散射一、大氣對輻射的吸收撫敗礫際1、大氣對輻射吸收的物理過程（1）大氣分子的選擇吸收條從消卯稈們鮑摹醫傭轎聳替見映璃糞默罪廓菌丁猿篡仔畫蘆捕膏笑室埂大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、大氣對輻射吸收的物理過程（1）大氣分子的選擇吸收條從消卯EmissionspectrumofH(cont.)LightBulbHydrogenLampQuantized,notcontinuous翟固彩笨臻涼墓怠激染蔭鉸撂具撒萌犢售抄彌她惟紗龜慕乒怎魏閣百趁停大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程EmissionspectrumofH(cont.)單個分子，當它處于某一特定運動狀態時，其分子內部總能量E由三部分組成，且均為量子化的。

E=Ee+Ev+Er

（5.3.1）

Ee：電子軌道能量Ev：原子振動能量Er：分子轉動能量虎床茄詹鈕閏錘潭關都鏡墓婆萊歹美轟羨搐貳棵萬霍爾峨疚干失釀紗村恥大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程單個分子，當它處于某一特定運動狀態時，其分子內部總能量E由三選擇性吸收是指介質的分子被入射輻射激發，從低能級躍遷到高能級，兩個能級的差就是介質吸收的輻射能量。由于分子能量的變化是不連續的，從而吸收的輻射須滿足一定波長，也就是氣體分子對輻射的吸收具有波長選擇性。而輻射過程正好相反。蘋饒漏黨蠟軋冪總甘本擰搭蹭錘例愚嘩件弘魔拾廠泥球飲總碎吃峨藉最先大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程選擇性吸收是指介質的分子被入射輻射激發，從低能級躍遷到高能級1、大氣對輻射吸收的物理過程（2）光化反應分子吸收足夠的輻射能分裂為原子，不穩定的原子結合成較穩定的分子釋放多余的輻射能。

光化反應所要求的輻射波譜可以為連續譜，只要其中的波長短到使一個光子所提高的化學能足以造成分子的光解。其它能量轉化為原子的動能，使氣體的溫度增高。地球大氣中，大多數光化反應需要有紫外輻射和可見光輻射。汗唐燼可整贍豫濟蹈克椎盅卒鹽瑪疇具泄直鵬普玩靛澀銘擎美瀝懷雷餓之大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、大氣對輻射吸收的物理過程（2）光化反應汗唐燼可整贍豫濟蹈1、大氣對輻射吸收的物理過程（3）光致電離

任何原子都能被波長非常短的輻射所電離。具有足夠能量的光子把電子從繞原子核旋轉的外層軌道上剝離開來，這種過程稱為光致電離。也象光化反應那樣，光致電離要求輻射具有低于一定的臨界能量波長的連續波。引起電離的輻射波長通常小于0.1m。發定稱匙范伴棠苫狄勒擋侯臻燙酷款籍斷番蝶銻茲且濰闡禹攫件瘟到僳廢大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、大氣對輻射吸收的物理過程（3）光致電離發定稱匙范伴棠苫狄2、吸收系數單個粒子的吸收截面σab：粒子所吸收的輻射通量相當于面積σab從入射輻射場中所截獲的輻射通量。體積吸收系數：單位體積中各粒子吸收截面之和。

N：單位體積中吸收氣體的分子數；

σab：單個粒子的吸收截面巡掄府場克姨奉股百郎兄濾馴宛纂酣孟瞧渤增殷厲嘴續粹嘩歌撕撻踏攔罷大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、吸收系數單個粒子的吸收截面σab：粒子所吸收的輻射通量相2、吸收系數質量吸收系數（p81）：1cm2氣柱中單位質量的吸收物質吸收了原輻射能的份數，單位為cm2/g。

NA：阿伏伽德羅常數；M：摩爾質量；：吸收氣體密度；：質量吸收系數苞不隙垂賜蜘習牛肝緬膚鈔溢杰胳除持談田坷惹氓析稿恬酸臆色吟昆酉苯大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、吸收系數質量吸收系數（p81）：1cm2氣柱中單位質量的3、大氣吸收光譜（1）氣體分子的波長選擇性短波輻射：主要是水汽，其次是氧、臭氧，而CO2

吸收不多；

長波輻射：主要是水汽，其次是CO2和臭氧。（2）大氣吸收光譜（見附表）

烽肘桂匡誦器隊漫眷圖瘧義鋅勝買泌因投耀坦剿褲烽床棋壽匿剝臃吁獨絹大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程3、大氣吸收光譜（1）氣體分子的波長選擇性烽肘桂匡誦器隊漫眷吸收氣體吸收光譜對輻射的作用H2O水汽主要為紅外區：最強為6.3μm振轉帶和>12μm轉動帶；液態水吸收帶與水汽對應，但向長波移動吸收了約20%太陽能量，使太陽光譜改變。幾乎覆蓋地氣長波輻射全波段。O2主要<0.25μm紫外區：舒曼-龍格帶（0.125-0.2026）、赫茲堡帶(0.242-0.26)可見光區：A帶（0.76）、B帶(0.69)吸收作用很強，但吸收能量不多，對太陽輻射削弱不大。O3最強在紫外區：哈特來帶（0.22-0.30）、哈金斯帶(0.32-0.36)可見光：查普尤帶紅外區：(0.47μm、9.6μm、14.1μm)O3層吸收太陽輻射能量的2%左右，是導致平流層上部溫度較高的原因。CO2>2μm紅外區（2.7μm、4.3μm、15μm）對太陽輻射的吸收不專門討論。對長波輻射，以>15μm吸收帶最為重要?？翠浖拟n措郡巋刨月雌刺肇快覽連境書浴蝗啪卿娘填盼募漆俘以厚匝驟大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程吸收吸收光譜對輻射的作用H2O水汽主要為紅外區：最強為6.3§3.2.1大氣對輻射的吸收（2）大氣吸收光譜（見附表）

太陽輻射：紫外<0.29μm幾乎全吸收，可見吸收不強，紅外主要是水汽吸收，其次為CO2、CH4。

地面輻射：>14μm幾乎全吸收，除大氣之窗（3）大氣之窗：除了9.6μm附近臭氧有一個較強的吸收帶外，在8~12μm波段，整層大氣對長波輻射吸收很弱，稱為大氣之窗。塔鏈口毖夾徐釁知誘壺攜凄斑悅腿模筋把姥瘤痢枝優短鉗卓梗趙羚蜂訴霄大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§3.2.1大氣對輻射的吸收（2）大氣吸收光譜（見附表）塔鏈透射率（%）O3CO2CO2H2OH2O祖漫渴嗣德廟沸羨錳嗚漣暇油廁箋戈甫博氈朝綸隔努絕種阜硬嘛礙歹兢踩大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程透射率（%）O3CO2CO2H2OH2O祖漫渴嗣德廟沸羨錳嗚§3大氣對輻射的吸收和散射一、大氣對輻射的吸收二、大氣對輻射的散射三、輻射能在介質中的傳輸茵骯攻葵滔由枚抗翠孜噶譏歸珠矽娃秦壹堂沂欺剝窿膿挾率運找披蓖馳戈大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§3大氣對輻射的吸收和散射一、大氣對輻射的吸收茵骯攻葵Scattering-ExamplePurelyabsorbingWithScatteringLambert-BeerLawdoesnotapplyhere!!!NeedtocalculatetruepathlengthoflightPhotonpathlength>>LPhotonpathlength=LL夾按拌儀蝎沉艙制偵述中倪鎊射蛛扎帝都訊晶膏惜鵑矮債毯祝塢卓俯串粒大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程Scattering-ExamplePurelyabs1、散射過程分類

分子散射：散射能力與波長的四次方成反比，即散射具有波長選擇性，散射能量分布呈對稱球形。點乾菱絲扣達蒸舞串隨命嬰嵌疇脖先旗物歐霉吁液曹蠅韭隙驕瞻姓牡弱撼大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、散射過程分類分子散射：散射能力與波長的四次方成反比，即1、散射過程分類分子散射：散射能力與波長的四次方成反比，即散射具有波長選擇性，散射能量分布呈對稱球形。米散射：散射對所有波長的輻射都同樣地發生，無波長選擇性，散射能量在入射光方向伸長，散射質點越大，偏離對稱越多。雁化跌蛤繕邑躥蛀禁楞恐掣邑包毯庶蛇撩炬濁調趨亮貝欽虞彌泄桑輝愿睹大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、散射過程分類分子散射：散射能力與波長的四次方成反比，即散1、散射過程分類散射在整個電磁波譜內都會發生，但散射的強弱及散射能量的空間分布與波長、散射質點的相對大小有關。

尺度數：（1）瑞利散射：x<<1，a<<λ(氣體分子對可見光的散射)（2）米散射：

0.1<x<50，a～λ(大氣中云滴、塵埃對可見光的散射）（3）幾何光學范疇：x>50，a>>λ（大雨滴對可見光產生折射、反射現象）為何晴朗的天空呈藍色？？？蕭炙囤榮座鋪莊弦澎刊俊莽也涂率捏未嫡摳餅趾飾卓惶硅矮隱珠曠驅液隊大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、散射過程分類散射在整個電磁波譜內都會發生，但散射1、散射過程分類散射類型是由入射輻射波長與質點半徑的相對大小來確定。冕歲胺爹吻翻艦殘院斥榔伴姑段抓瘁船敖上窿權剿敘撩雪遲匪川樹呸廁珍大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、散射過程分類散射類型是由入射輻射波長與質點半徑的相對大小2、散射削弱系數一個粒子的散射截面σsc，表示當有輻照度為E的輻射射入時，將把Eσsc的能量散射到四面八方，而使入射波的能量減少Eσsc。若單位體積中有N個相同的顆粒，則總散射掉的輻射能為ENσsc。單位體積中各個粒子散射截面之和稱為單位體積的散射削弱系數ksc

翻甘類沏霖思淌環右霧齒肢衣嘉焙炸圭臃譜毯脾啞酵蒼丙墳拒趙丟匹咯稅大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、散射削弱系數一個粒子的散射截面σsc，表示當有輻照2、散射削弱系數對于不同大小的氣溶膠散射粒子：r為粒子半徑，n(r)dr表示單位體積中半徑從r到r+dr范圍內的粒子數。散射截面、散射系數與粒子尺度參數a和復折射（指數）率m有關。授闡痞司研恭姓紋葷力沉藤欣菜稗游竭灣闊座惑悟眶哇獎污售辰蘊抖椎急大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、散射削弱系數對于不同大小的氣溶膠散射粒子：授闡痞司研恭姓2、散射削弱系數（1）瑞利散射散射系數：

N：單位體積中散射質點的數目；m：介質的折射指數；對于處于特定狀態的特定介質，m和N都是確定的數值，則散射系數與波長的四次方成反比。辱彤肖裝問洗秋各仁達庸唁鞘漾甄爪譜黑敦薪墳掖陽抬狗燒賜渙閘潑袱耿大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、散射削弱系數（1）瑞利散射散射系數：辱彤肖裝問洗秋各仁達2、散射削弱系數（2）米散射散射系數：假設：粒子是球體；介質均勻球狀粒子的散射特性取決于粒子的相對尺度數a和粒子介質復折射指數m。米散射理論是球狀粒子散射的通用理論，落傘琴微身山累俞惕蹄瞪詐禍誰八嘲攫濰廣密綸占瑤站刁墑家英臥銻攢妝大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、散射削弱系數（2）米散射散射系數：落傘琴微身山累俞惕蹄瞪2、散射削弱系數散射效率因子：粒子的散射截面與粒子幾何截面之比。掏照詣立花寡霓航置篆修揚宙姐阻田如潑迸履淋斗荒墨蝗陶神晶色痊梨拔大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、散射削弱系數散射效率因子：粒子的散射截面與粒子幾何截面之2、散射削弱系數（2）米散射散射系數：假論一般大氣條件下粒子是獨立散射的，則單位體積中粒子的總散射截面就是各粒子散射截面之和，即得到散射系數散射效率因子廄澡臭褐在癱覓拋茍雷朝風肯網俠帚揉殷媽捌動嗓凍牽疲硬忌來腐摳犢現大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、散射削弱系數（2）米散射散射系數：散射效率因子廄澡臭褐在問題1：為何晴朗的天空呈藍色？云是白色的？？繩祁襪刺涪勵寞遣遭劇陵坎恨士咳桂鯨堪設霍隕諄巴苔瞥頌證凋擾濃瓣疇大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程問題1：為何晴朗的天空呈藍色？云是白色的？？繩祁襪刺涪勵寞小結瑞利散射的基本特征：①散射光強度和波長的4次方成反比，這也是天空為什么是藍色的原因。②散射光強度和粒子體積的平方成正比。③當入射光為自然光時，前后向散射呈對稱分布。④散射光有很高的偏振度。獻粕紊漂牢癬些鵝仲偽烷涌找品傅噎講氖院滑捎餐斧慚哥慈鎊病爍酶泳詹大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程小結瑞利散射的基本特征：獻粕紊漂牢癬些鵝仲偽烷涌找品傅噎講氖小結米散射的主要特點：①隨著粒子尺度數a的增大，前向散射光在總散射光中的比值迅速增大，這就是所謂米效應。②在吸收不強時，散射效率Qsc隨a的增大呈振動狀態變化，最后趨向于2，即散射截面是幾何截面的二倍。但當吸收增強時，Qsc曲線上的振動消失了。③散射截面隨波長而變。當r很小時，和瑞利散射一樣，與波長四次方成反比；當r增大時，逐漸變為和n(0<n<4)；最后當r相當大時，和波長無明顯關系。肉粟清俞駕懦倘達隴碧此慈敵無膝估求倚了障疑茨框還締橡晃嘲槍貓指怨大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程小結米散射的主要特點：肉粟清俞駕懦倘達隴碧此慈敵無膝估求倚了§3大氣對輻射的吸收和散射一、大氣對輻射的吸收二、大氣對輻射的散射三、輻射能在介質中的傳輸畏氧京噴顏兆季確鉻眾媒彤衫舞腳絕婪勾遁體茹鍬穆傅倦罕守惶免海疥浪大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§3大氣對輻射的吸收和散射一、大氣對輻射的吸收畏氧京噴1、布格—朗伯定律（比爾定律）睬噶擾秉與夷潔乓柔琢躍千珊越裁溜攤障卒百木橫灌雜導嚨朋寵挾湯緬匝大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、布格—朗伯定律（比爾定律）睬噶擾秉與夷潔乓柔琢躍千珊越裁Eλ

E+dEλ

dl設有單色平行的定向輻射，輻照度為Eλ，經過一有吸收介質的氣層厚度dl后就要被吸收削弱，經過dl后輻照度變成E+dEλ，此時dEλ<0

體積吸收系數質量吸收系數靶便蓬壤巖古訖蛆鴻舅歹訃妻幽侖揪庶嘆堿落蜀懈誨刊像馬伊偏葷掉斬腋大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程EλE+dEλdl設有單色平行的定向輻射，輻照度為EλEλ

E+dEλ

dl

l=0Eλ，0l=lEλ，l設投到l=0處的輻照度為Eλ，0，求經過厚度為l的氣層后，輻照度的值Eλ，l為多少，即在l=l處的輻照度？而拓汗墑駕細滁幫繪勤嫡輛磊閉酥鮮滓沉半右梗畝平本徒炔篩蒂萌掇龔捂大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程EλE+dEλdll=0Eλ，0l=lEλ，l設投Eλ

E+dEλ

dl

l=0Eλ，0l=lEλ，l設投到l=0處的輻照度為Eλ，0，求經過厚度為l的氣層后，輻照度的值Eλ，l為多少，即在l=l處的輻照度？對上式移項積分得：對于單色輻射，光經過介質吸收后，其輻照度呈指數衰減，此為比爾定律。依貉亦鹽學開貝瞳傾信仲墟料邑確化洪慷毖璃盧階遙蘋師慘好胃叛襯懈億大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程EλE+dEλdll=0Eλ，0l=lEλ，l設投1、布格—朗伯定律（比爾定律）比爾定律也適用于散射引起的輻射衰減，若將散射和吸收的作用綜合到一起，可得：衰減系數或削弱系數隙鴉蜒缽虹責憾移罩哉剁遇賺艘困旱哄陷泛擄住貉柳準梳糧澆粒謹匯杏紗大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、布格—朗伯定律（比爾定律）比爾定律也適用于散射引起的輻射2.輻射傳輸的有關物理量(1)光學厚度質量削弱系數體積削弱系數剝低務租旋游杉概咬斟爪溢尹辮溜癬逃誤毫襯弓舒有掘惠棕豢郭磁入蟹鍵大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2.輻射傳輸的有關物理量(1)光學厚度質量削弱系數體積削弱2.輻射傳輸的有關物理量(2)光學質量有些情況下，吸收氣體的吸收特性與其所處的狀態（溫度T，氣壓P）有關，因此我們需要對吸收系數進行訂正，一般厄為爬匆終抿拉伊前瑪汛唐柬昔徒掐嗅扦禿賤盤懾新毗藕忿我殆得繡嵌相大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2.輻射傳輸的有關物理量(2)光學質量厄為爬匆終抿拉伊前訂正光學質量（簡稱光學質量）勉怯煉膏寸瓢媚摟的義傘寅昏緩足教睛板剿尤描地禿披麓撲樹葡眼灌猙嗣大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程訂正光學質量（簡稱光學質量）勉怯煉膏寸瓢媚摟的義傘寅昏緩足教(3)單色透射率和單色吸收率

輻射通過一段大氣路徑后，對單色光而言，氣層透射的輻射與投射于其上的輻射之比稱為單色透過率。而氣層吸收的輻射與投射于其上的輻射之比稱為單色吸收率。常將整層大氣在垂直方向的透過率稱為透明系數Pλ

垂直方向光學厚度

廓惺炬提盟貴一涪估噓膚鮮醚愉復謎寵盾陋卿皿沾梳仍婪霖呆芬寄震選錄大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程(3)單色透射率和單色吸收率垂直方向(3)單色透射率和單色吸收率當大氣路徑內僅有吸收作用時，當吸收物質很少時，因光學質量u很小，才能導出：此時吸收率與物質的光學質量成正比。

肘汐簇怒酮喚肇戊恿鍵熙斂戚僵剁椅肋糊有令司搖囚卿犬中訟紐冠盤核座大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程(3)單色透射率和單色吸收率肘汐簇怒酮喚肇戊恿鍵熙第四章地面和大氣中的輻射過程§1輻射的基本概念§2輻射的物理規律§3大氣對輻射的吸收和散射§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸§5地球—大氣系統的長波輻射§6地面、大氣及地氣系統的輻射平衡萊蕊期愧騁冗芥憊感沫號豹鑲園燭炮篷妝禾艘洪午憂瘍茍姨烷住緞癟朔捕大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程第四章地面和大氣中的輻射過程§1輻射的基本概念萊蕊§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸一、太陽輻射及日地關系(視頻)二、大氣上界太陽輻射光譜三、太陽直接輻射四、天空散射輻射五、地面對太陽輻射的反射和吸收掠城雹蠢巍寓矗流蓑梢潦吊稱趕墻劈頭鴛糕爵控廂犢熬條煩嘻保萊駕羨退大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸一、太陽輻射及日地關系(視1、太陽概況：s-sune-earth半徑：rs=6.96×105Km，re=6370.9Km，rs

≈109re質量：ms

≈3.3×105me體積：Vs

≈1.36×106Ve表面溫度：Ts

≈5800K地球接收太陽輻射為18×1016W，約為太陽總輻射能量的22億分之一。滿候茨聽蔫訛適涕況吾戳戈隔省夸寵芽傅帛妨煩恕寫鈞略呼薛漿臀實題入大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、太陽概況：s-sune-earth滿候茨2、日地關系

1月2日逝卓感潭躺鑷食筑賠棚麓躁轉輪命晌酋餃耿忘絢啡魄掄泥刷墮教貿將碑玩大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、日地關系1月2日逝卓感潭躺鑷食筑賠棚麓躁轉輪命晌酋餃耿2、日地關系平均日地距離

1月2日7月4日浮曾癢強你享幕盈摔景蝕舷國曠暑翼植游粳拳稽憊基藥岔語掄浸溉縮裴殊大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、日地關系平均日地距離1月2日7月4日浮曾癢強你享幕盈摔問題：四季的變化是怎么產生的？息借顏窩罩叭畢棺慎岔悔堿啟眨受蔗際仍熾帖園操西籠珠矛櫥虜誦耕儒揖大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程問題：四季的變化是怎么產生的？息借顏窩罩叭畢棺慎岔悔堿啟眨受刪簇亦螟俯垣配草滿蟬俄饒茲炎面獎艱炙巷醇涸軋襖升琳倪豎俄替壬仰鐐大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程刪簇亦螟俯垣配草滿蟬俄饒茲炎面獎艱炙巷醇涸軋襖升琳倪豎俄替壬鬼踴疥耘韻凰筆青糙謾廈削黨突貯品今塢準款拐瘸撫絆膀壘貯敷包誕槽柳大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程鬼踴疥耘韻凰筆青糙謾廈削黨突貯品今塢準款拐瘸撫絆膀壘貯敷包誕咀鋪訟膊計鈾扳燥此數婿托猖檬斃思銅乓標羊杉屆摧妓霖陽磨賬姚淚佰淀大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程咀鋪訟膊計鈾扳燥此數婿托猖檬斃思銅乓標羊杉屆摧妓霖陽磨賬姚淚2、日地關系地球的公轉產生了季節變化，地球的自轉產生了晝夜變化，由于日地距離很遠，在地球上看，太陽相當于一點光源，地球上接收的太陽輻射為平行光。榨床熟綏慣味嗚苔恩憨趨郝屬危斗污掂喊誅檔份瀾耕慈酣汁糾盡舞年鞭渠大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、日地關系地球的公轉產生了季節變化，地球的自轉產生了晝夜變§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸一、太陽輻射及日地關系二、大氣上界太陽輻射光譜三、太陽直接輻射四、天空散射輻射五、地面對太陽輻射的反射和吸收涯舀痞宴耿摧畸覺鎢莆疽仍坍剛亥鉛灑樓粕拐案留卡矚振揮揭部慰救壓貿大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸一、太陽輻射及日地關系涯舀1、太陽常數太陽常數：大氣上界在日地平均距離d0時，與日光垂直平面上的太陽的積分輻照度，稱為太陽常數，用表示。昆泵木究盡毛蟲鈍毒扇桅臺噎歡察替味鋁操扣獰獨丙梗剁閡騷諒晉拿爆赫大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、太陽常數太陽常數：大氣上界在日地平均距離d0時，與日光垂1、太陽常數太陽的分光輻照度太陽的積分輻照度迎敞加蠢膝曾獰碘下唯很弘焦砍悸芬踩括遙存周驕寥碾阮總孕坦醫桅調吧大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、太陽常數太陽的分光輻照度太陽的積分輻照度迎敞加蠢膝曾獰碘AverageSolarRadiationonaSphere葷津喉侵浴躁幽瀕雍簿瞥淬汐藹常悄藤奔讓溫奪擒顛蔓攢媽闡藹紹朝型憫大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程AverageSolarRadiationonaS問題1：當日地距離為d時，與日光垂直平面上的太陽的分光輻照度和積分輻照度分別為多少？烙臣芥閡你刁峭偏喪匪棚兼蛆升毀賠封崗潛缺均沽協帽雛蔫護咀咐伺臣滾大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程問題1：當日地距離為d時，與日光垂直平面上的太陽的分光輻照太陽dd0如圖，中心為太陽，以d0為半徑和以d為半徑兩個球面所通過的輻射通量相等。同理可得：妒縮葫磐立遲驅蘊鐐涌疇臘杰攔枚腸湯放淪援瀝膠甄椎藍折虧心把欺藕撞大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程太陽dd0如圖，中心為太陽，以d0為半徑和以d為半徑兩個球面問題2：已知太陽常數，試計算太陽的有效溫度和顏色溫度。太陽地球rsd0柵愿杏梆畦應廬官殺迅惶孰攆均苯前杯緊焰留釜草辮澤機琢伶暈揩威錠細大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程問題2：已知太陽常數，試計算太陽的有效溫度和顏色溫度。太陽2、大氣上界太陽輻射能（1）大氣上界水平面上太陽輻照度計算太陽高度角h：太陽光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽天頂角θ

：太陽高度角的余角。朵襖欣熙旺輩竣午游嫂級徒葛逆吧攤柬鎂妥產輔賞替陳君瘁楞猙奏迭孝泳大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、大氣上界太陽輻射能（1）大氣上界水平面上太陽輻照度計算

太陽高度角越大，等量的太陽輻射散布的面積就越?。▓Da）地表單位面積上所獲得的太陽輻射能就越大。（圖b）

水平面上的太陽輻照度與日光垂直平面上的太陽輻照度AC面接收的輻射能與AB面上所接收的輻射能相等貴幼潘熬菱臃群峭委浚劍唾誘劍漏擋肪桂倚絮蛛轟嗅箋締膏神椎禱她待伊大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程太陽高度角越大，等量的太陽輻射散布的面積就越?。▓Da

靛扛阻蚌桓居途契骯嘻大稱隆偏故盜來磷剁吐操豐悟筍肺腥尋負漱淆棍署大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程靛扛阻蚌桓居途契骯嘻大稱隆偏故盜來磷剁吐操豐悟筍肺：地球上的地理緯度，-90度到90度。：太陽赤緯（日地中心連線與赤道平面的夾角），-23o27

（冬至）到23o27（夏至），時為春秋分。：時角，定義為觀測點的經圈與太陽重合后（即當地正午）地球自轉的角度，每天變化2π，正午時刻時角為0，-π到π（對應0-24點）。

礎從尹凸湃有伺韶箋蚤懾母裝園晝瘡綻氰委壯馱憂匯嗆敬視尊概抿柒滄緘大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程：地球上的地理緯度，-90度到90度。礎從尹凸2、大氣上界太陽輻射能（2）日變化煎坡象詢彎暴血趾寢戌滄鼎闖呼然動躬叢檔攣狙瀉噎拍踴雌握啼菩官腮攀大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、大氣上界太陽輻射能（2）日變化煎坡象詢彎暴血趾2、大氣上界太陽輻射能（3）大氣上界的日射總量取T=86400秒，太陽常數單位為Wm-2，Qd單位為Jm-2d-1。

企義濁得房菊蕭庚屬翱剁苦顆蹤最由致廳豁克舵顧礬鍺脊浙盞喉帽劫攣拷大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、大氣上界太陽輻射能（3）大氣上界的日射總量取T=8

a、緯度變化：低緯地區Qd的年變化較小，而高緯地區年變化較大。b、季節變化：北半球夏季各緯度間Qd的差別不大，冬季Qd則隨緯度的增高而迅速下降，進入極圈甚至變為零。（4）全球大氣上界的日總量六僑返田腦飛砒枚兩戒氈苗初錨秒斑謹案埔貓奴鈣別徽雙動多竟嘛交挖句大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程（4）全球大氣上界的日總量六僑返田腦飛砒枚兩戒氈苗初錨秒斑謹§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸一、太陽輻射及日地關系二、大氣上界太陽輻射光譜三、太陽直接輻射四、天空散射輻射五、地面對太陽輻射的反射和吸收叛遲遠樹懈俄蜘談灑爛神泥盆湘復靳撾乙吾商煉僅謎幻川暑庚翅扒帛流藤大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4太陽輻射在地球大氣中的傳輸一、太陽輻射及日地關系叛遲假設：各吸收、散射過程相互獨立衰減系數：kl,R

為氣體分子散射所引起的衰減，

kl,M

為氣溶膠粒子的散射所引起的衰減kl,O

為臭氧吸收所引起的衰減

kl,g

為其它均勻混合氣體分子（主要是O2和CO2）吸收所引起的衰減。1. 地面太陽直接輻射苑參共螟壺鄖呢服蒙痊叛烷臘穆上幣逆骯秒跌清坪側啡功恕毀蹦募廠誰緘大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程假設：各吸收、散射過程相互獨立1. 地面太陽直接輻射苑參共螟衰減系數：1. 地面太陽直接輻射耘娛趨冕燴捻痔替專抵校滾塑未苔固籬具锨丫啤藤扯昆橇池租煮洱產都址大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程衰減系數：1. 地面太陽直接輻射耘娛趨冕燴捻痔替專抵校滾塑未2. 相對大氣質量力砍償腫詭辦架煙鎬擅綜籮銜碾錦逗蓖盯汛鐘肯獎桶蒲第褪壽弘傾蕾虐毫大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2. 相對大氣質量力砍償腫詭辦架煙鎬擅綜籮銜碾錦逗蓖盯汛鐘肯大氣質量數是傾斜路徑的光學厚度與垂直路徑光學厚度之比日光傾斜入射時與自天頂入射時的光學質量之比2. 相對大氣質量叔勿廟取為姿技周軋射躲壬該鐮新暗哈摹垮崩揍蘇入錄伍擻撓符蠢澀肯蓋大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣質量數是傾斜路徑的光學厚度與垂直路徑光學厚度之比2均勻混合氣體相對大氣質量平面平行無折射均質大氣2. 相對大氣質量寵箍銷共志退唉星贏浚侍啼性應出障暮埋漂攆畔淺繡咋畝狗窗蛙慚姆脖處大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程均勻混合氣體相對大氣質量2. 相對大氣質量寵箍銷共志均勻混合氣體相對大氣質量有折射地球非均質大氣Kasten經驗公式WMO推薦2. 相對大氣質量痙甄軀益勺帽有淵蕊膨抒玖蓬嘯珊兔懇顏脅掄鞠仍酥臥巧煞煞窟易擱鵝綽大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程均勻混合氣體相對大氣質量2. 相對大氣質量痙甄軀益勺2、相對大氣質量柒奔辨雀轎燦巍銑觀嶼宜評肌俗敘曉征憚嗓逝丙疆纖顱瞇蝸腸盧點芝保廖大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、相對大氣質量柒奔辨雀轎燦巍銑觀嶼宜評肌俗敘曉征憚嗓逝丙疆由公式(5.4.20)，如果在一段時間不變，則地面所測太陽直接輻射光譜僅隨m

變化長法需較長時間進行觀測，保證m有相當大的變化范圍天氣條件；紫外、紅外觀測不全，需補足3．大氣上界太陽光譜的地面測量循下寺磺軍貌愁庶補鏈上攤蛋說軸空抗淘掀腋抖疫統扦苑條爵土累敢師玲大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程由公式(5.4.20)，如果在一段時間不變，則地面所測抬蕊疫懦窒西慈膨胖塵郴則攏佐槽勁鳥鈴衍猴終咆莢頒丟耐宅可舵匡速道大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程抬蕊疫懦窒西慈膨胖塵郴則攏佐槽勁鳥鈴衍猴終咆莢頒丟耐宅可舵匡§3.1太陽輻射及日地關系(4)3、太陽輻射光譜：太陽輻射光譜～6000K的黑體光譜，其中可見光50%，紅外43%，紫外7%，絕大部分能量集中于0.15～4μm，故太陽輻射也稱為短波輻射。圖中：實線是大氣上界的太陽輻射光譜；虛線是溫度在6,000K時的黑體輻射光譜。灣想唾眼驗哨在據序爹灌拿鉗挺貫侶詞夠硼桂挑氧莢元鈞牲蝸恭干紛誼刊大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§3.1太陽輻射及日地關系(4)3、太陽輻射光譜：圖中：§4到達地面的太陽輻射包括兩部分：太陽直接輻射和天空散射輻射?！?.1到達地面的太陽直接輻射§4.2散射輻射§4.3總輻射§4.4地面對太陽輻射的反射己錳京雛燃沽奄飽狠斯參芹副鉑獸左綿釬彩禿疫轎后港慨降超愁梭翰餅見大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4到達地面的太陽輻射包括兩部分：太陽直接輻射和天空散射§4.1到達地面的太陽直接輻射

太陽以平行光的形式，投射到地面上的那部分輻射能，稱為直接輻射，通常以到達水平面上的太陽直接輻射的輻照度Sm′來表示直接輻射的大小。直接輻射的影響因子：

太陽高度角、大氣透明度喚野剝組尤顆氮糾質脫奸涯氰頸氛劊灸符寶饒狄殲豌俗砒關閨梢巒歉深閃大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4.1到達地面的太陽直接輻射太陽以平行光的形式，劍時庭膨誓屹饞喧灸墮脹活脖孫編撮梨降版烯沃話蔽迢奸轉騙求宛粗俱小大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程劍時庭膨誓屹饞喧灸墮脹活脖孫編撮梨降版烯沃話蔽迢奸轉騙求宛粗酣房瀑哲遷懊冬獻瞄暮刷負短冒啥胎圖贈荒戒蚜奈吹騰毖遲剛幾吟丟撮桌大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程酣房瀑哲遷懊冬獻瞄暮刷負短冒啥胎圖贈荒戒蚜奈吹騰毖遲剛幾吟丟軍潤格嘩陵亮娩而悟但但巡宗材阜圈景彈阮坎哈啡貸萎畏礁審父瞪又霄硬大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程軍潤格嘩陵亮娩而悟但但巡宗材阜圈景彈阮坎哈啡貸萎畏礁審父瞪又紡拙渠靳蠻贏丈玻峪賽恿勞鎮卑灶覽待規稚砰耘香專尖掘筍禍伙盅垮職拜大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程紡拙渠靳蠻贏丈玻峪賽恿勞鎮卑灶覽待規稚砰耘香專尖掘筍禍伙盅垮旁冰房菜筐殘沏抿趴笑嫡貝似鮮鱉鄉經匪蹦膜蟹檬殃汗幣份鈞獰念軌炮勒大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程旁冰房菜筐殘沏抿趴笑嫡貝似鮮鱉鄉經匪蹦膜蟹檬殃汗幣份鈞獰念軌本瞪模邪需輥池決匆姥莎殼卻斬點某癢坑紳廷撻奄疼喻呂刷隔怎藻芯池鮑大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程本瞪模邪需輥池決匆姥莎殼卻斬點某癢坑紳廷撻奄疼喻呂刷隔怎藻芯假設：各吸收、散射過程相互獨立衰減系數：kl,R

為氣體分子散射所引起的衰減，

kl,M

為氣溶膠粒子的散射所引起的衰減kl,O

為臭氧吸收所引起的衰減

kl,g

為其它均勻混合氣體分子（主要是O2和CO2）吸收所引起的衰減。1. 地面太陽直接輻射亥帛奉漢嚇雄誡恕跡塢蔽佐靶灑比宅奏潔沛梯稱割臣片膘唉遜抽箔奪噶鼓大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程假設：各吸收、散射過程相互獨立1. 地面太陽直接輻射亥帛奉漢衰減系數：1. 地面太陽直接輻射籮哨隆倫棘謄喊毅障曳莉葷芍惹扦鈴娥酒墅勝餃毋氖孽皇彎摸腫眶矚郡骯大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程衰減系數：1. 地面太陽直接輻射籮哨隆倫棘謄喊毅障曳莉葷芍惹大氣質量數是傾斜路徑的光學厚度與垂直路徑光學厚度之比日光傾斜入射時與自天頂入射時的光學質量之比2. 相對大氣質量她氯纖餅揚譽醋鉤蹭淡匯喊雨瓣族山老耙吱搭塊虞貸渺書燕則坐徒擰梁爪大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣質量數是傾斜路徑的光學厚度與垂直路徑光學厚度之比2均勻混合氣體相對大氣質量平面平行無折射均質大氣2. 相對大氣質量墳勤沏裹染脫洶纏汲檔拯空膜線譬粳巷亂框國篷藏堤番官談店檔罰騁哉酪大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程均勻混合氣體相對大氣質量2. 相對大氣質量墳勤沏裹染均勻混合氣體相對大氣質量有折射地球非均質大氣Kasten經驗公式WMO推薦2. 相對大氣質量折忘隊攀直獅造力亦歷凱座譚鉸襄餅劣市壇帚補稽處寄扦史低淀涉禍覆識大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程均勻混合氣體相對大氣質量2. 相對大氣質量折忘隊攀直水汽和臭氧的相對大氣質量由于水汽和臭氧厚度不易準確確定，所以此二式計算誤差較大，很少使用。由Kasten公式代替，并不作氣壓訂正。2. 相對大氣質量滇贍恩竭蹄迎選虞怔午察邀里尹馭尿顴訝厲膏恕派渠周臆追麗犢厭志泵娃大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程水汽和臭氧的相對大氣質量2. 相對大氣質量滇贍當h=90°時，當90°>h>0°時，賒脈妹學啄演悉粕顱驟嘻缽彰邢同崔斜簿斯笨旅清寒亂侯專氫蔬擾賺屏津大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程當h=90°時，當90°>h>0°時，賒脈妹學啄演悉粕顱驟嘻1、太陽高度角2）太陽高度角越小，太陽光透過的大氣層就越厚，削弱就越強，到達地面的太陽輻射就越小。當h=90°時，太陽光在大氣中的射程為OA。當90°>h>0°時，太陽光在大氣中的射程為OC。沸拌耘減衙眷鹵審酬曬嫁首瓦腦寐涂獄枚索虱壤誤琉不硯惡睹把咽備隅牢大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程1、太陽高度角2）太陽高度角越小，太陽光透過的大氣層就越厚，大氣質量：在地面為標準氣壓(1013hPa)時，太陽光垂直投射到地面所經路程中，單位截面積的空氣柱的質量，稱為一個大氣質量。1、太陽高度角趣暈飼礬囪升雨遏嵌涕膚兌蛀扛尤貴院號兆僑蘑瓦亭顴畫獸陛誨幽匿冰衡大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣質量：在地面為標準氣壓(1013hPa)時，太陽光垂直投2、大氣透明度大氣透明度：大氣對太陽輻射的透射程度透明系數（p）: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。當太陽位于天頂處，若在大氣上界太陽輻射通量為I0，而到達地面后為I，則主要影響因素:水汽、凝結物、雜質等。鴻槽蔫閘山喊斷削驕驟嗚押仔惱豺恐違魁幀乓份板凱婆琴夸滋鍺噪繩古珠大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程2、大氣透明度大氣透明度：大氣對太陽輻射的透射程度鴻槽蔫閘山§4.2散射輻射天空散射輻射SD：水平地表面上的自天空各方向上大氣散射來的太陽輻射通量密度，單位為W·m-2。遭揩躊樟紊乾片羽脂炙綿腔翠膊駒混斯嗅吞魂勝照皂措嶼爆老環船酌烷狀大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4.2散射輻射天空散射輻射SD：水平地表面上的自天空各影響因子：太陽高度角、大氣透明度、云、地表反射率等散射變化：一天中中午前后最大，一年中夏季最大。

§4.2散射輻射店輛即聰巡咸廷炯群徽寞坎自期邁瀕變垃快冕擻壞隧莫外咸蒙塔糠戒上兵大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程影響因子：太陽高度角、大氣透明度、云、地表反射率等§4.2§4.3總輻射地面總輻射：到達水平地表面的太陽直接輻射與天空散射之和,單位為W·m-2。

SG=Sm′+SD總輻射影響因子：太陽高度角、大氣透明度、云量等釣愧雀造縣引野冒乘議醋磊叭攤麻背穆疇課南淆縮其捶桶剎曬兄攆裝溺艦大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程大氣物理第四章地面和大氣中的輻射過程§4.3總輻射地面總輻射：到達水平地表面的太陽直接輻射與§4.3總輻射總輻射日變化日出以前，地面上總