第2章 城市辐射特征
辐射是影响区域气候最重要的因子。一个地区由于所处的地理纬度已经决 定了其太阳辐射的天文总量。在城市区域，由于受地表特征和大气污染城市效应的影响，接收的太阳直接辐射有别于同纬度的其它地区。因此，了解城市区域辐射特征，建立城市太阳直接辐射的理论和模式，对城市区域气候和大气边界层的研究具有重要的意义。
2.1 太阳直接辐射基本原理
地表和大气中接收到的太阳直接辐射能量，与地球大气上界的太阳直接辐射
能及随时间的变化密切相关，这是地球上形成气候差异的基本因素。
2.1.1太阳高度的概念
对于在地球上一个地点来说，太阳高度就是太阳入射光方向与地平线之间的夹角，用h 表示。同一束阳光，直射地面时所照射的面积比斜射时小，并且，太阳直射时透过大气的路程较短，被大气吸收和散射程度较小。因此，地面单位面积上所获得的辐射能量必定大于太阳光斜射的地方。太阳直射与斜射的程度可以用太阳高度角来表示。
太阳高度很大程度上决定着地球表面获得太阳能量数量的多少，也是地球上形成四季和五带的重要因素，并且是大气运动和地球上一切生物能量的来源。在大气科学、生命科学和环境科学等多学科中计算太阳辐射能量时，太阳高度是必须考虑的重要因素。
由天文学公式得太阳高度角h 与测点所在的纬度?、太阳赤纬δ和当时的太阳时角0t 的关系式为
0cos cos cos sin sin sinh t δ?δ?+= （2.1）
或 0c o s c o s c o s s i n s i n s i n h c o s t Z
δ?δ?+== （2.2） Z 为天顶角。观测时的太阳时角0t ，为观测点经圈与太阳重合后，即当地正午，地球自转的角度，正午时刻时角为0，（当太阳在子午面时），此时太阳高度角记
为h 0，一般可采用()δ?--?=900h 计算，在春分和秋分日（δ＝0）正午时的太阳高度为?-?=900h 。太阳时角0t 一日之中变化π2，从-π到π对应0-24时，0t 的计算式为
()12150-?=θt t （2.3）
式中θt 为真太阳时，在太阳辐射的测量和计算时要考虑真太阳时，其计算式为
()()()[]q
s q q
m E E E t t ＋时差－当地平太阳时－＝＋时差正当地平太阳时＋经度订
＝时差日常时间平太阳时λλθ4+= （2.4） 其中λ为当地经度；λs 为当地标准时的经度（北京时 120=s λ）。上式的单位用分钟表示。真太阳时＝真太阳时角＋12小时；平时（日常时间）＝平太阳时角＋12小时；当地平太阳时＝当地真太阳时－时差，北京时间＝当地平太阳时－经度订正。时差的计算式为：
0002sin 3619.92cos 3495.3sin 3515.7cos 4281.00172.0θθθθ---+=q E （2.5）
()()度弧度365
36036520dn dn
?=?=
πθ （2.6） dn 是按天数排列的序号，1月1日为0，1月2日为1，依次类推，平年12月31
日为364，闰年12月31日为365。赤纬δ是太阳与地球中心连线与赤道的夹角，一年在?+5.23（夏至日，6月21-22日）到?-5.23（冬至日，12月21-22日）之间变化，可用下式计算
00
02s i n 000908.02c o s 006758.0s i n 070257.0c o s 399912.0006918.0θθθθδ+-+-= （2.7）
2.1.2地球大气上界的太阳直接辐射能
地球大气上界的太阳直接辐射强度的计算公式为
Z S S S cos sinh 00== （2.8）
或 )c o s c o s c o s s i n (s i n 2
00t R R S S δ?δ?+??
?
??=- （2.9）
式中0S ()
201367-?=m W S 为太阳常数；0R 为日地平均距离，R 为某时刻的日地
距离，它们比值的平方可由下式计算
0002
02sin 000077.02cos 000719.0sin 001280.0cos 034221
.0000110.1θθθθ++++=??
?
??R R （2.10） 式中0θ的计算同（2.6）式。
在气候学、环境物理和环境生态学研究中，需要研究太阳辐射的日总量、月总量或更长时期的总量，因此需要对（2.8）或（2.9）进行时间的积分。
太阳高度取决于纬度、赤纬和时角，为便于讨论太阳高度角随时间和空间的分布情况，统一取正午时刻的太阳高度来进行。在气候学中也有用平均太阳高度的。平均太阳高度公式为
?
?+-+-=
sinh sinh t t t t dt
dt
（2.11）
式中00t t +--为从日出到日落的时间长度。
2.1.3日出与日落时刻
在人类直觉感觉上，每日太阳自东向西运行，当太阳自地平线升至地平线以上时，成为日出；自地平线以上落至地平线以下称为日落。日出与日落包括时刻和方向两个方面。
日出时刻和日落时刻就是指日出和日落的瞬间。从日出到时刻到日落时刻之间的时数为昼长时数。计算日出和日的落瞬时时刻，须先求日出和日落时刻的太阳时角。它决定于太阳赤纬δ与测点的纬度?。在日出和日落的时刻，太阳高度角?=0h 。由（6.1）式
0cos cos cos sin sin 0sinh t δ?δ?+==
则有 δ?tg tg t -=0cos （2.12） 从（2.1）还可得到太阳方位角得表达式为
cosh
sin cos sin 0
t δω=
上式中ω是太阳方位角，从正南算起，东为－
2π，西为2
π。
（2.12）为可照时间公式。由（2.12）得出，时角t 随地点()?与季节()δ而变化。例如，在春（秋）分日，0=δ全球各地t 都等于2
π
±
，即日、夜等长；而夏
至日?=5.23δ，在?=5.66?时，π±=0t ，也就是说在北极圈内全天太阳不落。
因为（2.12）式余弦为偶函数，所以0t 有正、负值。0t -为日出时角，日出时刻为012t h -；0t +为日落时角，日落时刻为012t h +。02t 为昼长时数。当0t - （2.12）才具有意义。 根据（2.12）式，在?>0?，δ>0?的范围内，0cos t 的值是负值，也就是0t >90?，日出在午前6时以前。因此，在北半球（?>0）从春分到秋分期间（δ>0），日出在午前6时以前，日落在午后6时以后。同理，在?<0?，δ<0?时，即在南半球从秋分到来年春分期间，也具有同样情况。当?>0?，δ<0?或?<0?，δ>0?时，则 0t <90?，日出在午前6时以后，日落在午后6时以前。 日出日落时刻随纬度和季节而不同，在赤道上?=0?，则?==90,0cos 00t t δ不论如何变化，?t 都为此值。也就是说，赤道上一年中任何季节日出和日没时间都是午前6时和午后6时。 自赤道至极圈的地带，全年有日出日落现象，而其出没时间因季节而变化。一年内最早与最迟的日出时刻与日落时刻相差的时数随纬度增加而增加。在赤道为0时，极圈上为12时。自极圈至两极一年内只有在以春秋分为中心的春秋期间有日出日落现象。其期间的长短，随纬度的增加而缩短。在南被两极只有以年为周期的昼半年和夜半年，而无以天为周期的昼夜交替。所以，在南北两极一年内只有一次日出和日没。北极的日出发生在春分，日落发生在秋分。南极的日出发生在秋分，日落发生在春分。 在春秋分时，太阳位于天赤道，直射地球赤道。因此，?==90,0cos 00t t ，全球各地的日出时刻都是上午6时，日落时刻都是下午6时。 在夏至日，太阳位于天赤道以北23?27'，日出时刻北半球早于上午6时；南半球迟于上午6时，日落时刻北半球迟于下午6时，南半球早于下午6时，见表2.1。 表2.1 冬夏至日出日落时刻（引自张惠民，1987）[4] 自春分到夏至或自冬至到来年春分，太阳直射点由赤道逐日向北移到北回归线或从南回归线逐日向赤道移动，北半球的日出时刻和南半球的日落时刻逐日提早，南半球的日出时刻和北半球的日落时刻逐日延迟。自夏至到秋分或从秋分到冬至，太阳直射点由北回归线逐日向南移到赤道或从赤道逐日向南回归线移动，北半球的日出时刻和南半球的日落时刻逐日延迟，南半球的日出时刻和北半球的日落时刻逐日提早。 上面讨论都是以太阳是一个发光点和不考虑大气的影响下的结果。实际上，我们从地球表面看太阳时，太阳并不是一个点，而是一个球。因此，日出时刻是 指太阳上部边缘与地平线相切的瞬间，日落时刻是指太阳下部边缘与地平线相切的瞬间。由于大气的折射作用，地平线附近的天体比实际高约34'。因此，在考虑了太阳视半径和大气折射后，所得日出和日落时刻，都比未经过太阳视半径和大气折射订正而求得的时刻要早或迟些。表4.3为考虑了必要的修正后的冬夏至日的日出和日落时刻。 表2.2 修正后的冬夏至日的日出和日落时刻（引自张惠民，1987）[4] 2.1.4 日出和日落方位角 太阳高度角h 和方位角α的计算式为 0cos cos cos sin sin sinh t δ?δ?+= cosh cos sinh sin sin cos ??δω-= （2.13） 日出、日落时的方位角即为太阳高度角h=0时刻的方位角，如不考虑太阳视半径和大气折射的影响，则上式为 ? δ ωcos sin cos 0= （2.14） 由（2.14）可见，已知太阳的赤纬δ和测点的纬度?，即可计算日出、日落时的方位角ω0。在北半球的春（秋）分日时，即δ=0（太阳赤纬，为日地中心连线与赤道平面的夹角，在夏至时，δ=23?27'，在冬至时，δ=-23?27'），则0cos 0=ω，因而，ωE =90?和ωW =270?，即日夜等长，太阳从正东方升起，到正西方落下。在春分日以后到秋分日之前，日出、日落点都从正东、正西向北偏；在秋分日后到来年春分日前，日出、日落点都从正东、正西向南偏。日出点对于正东的偏角，称为日出幅角，北偏为正，南偏为负。日落点对于正西的偏角，称为日落幅角，北偏为正，南偏为负。任何地点在任何日期的日出幅角与日落幅角，偏向相同，偏角相等。 2.2 城市太阳直接辐射基本原理 2.2.1 影响城市日照的因素 由于城市下垫面建筑特征，城市日照特性与郊区有显著的差异，既是在城市开阔区域与同纬度同季节的平原郊区比较，其日照时间也小于空旷的郊区。由于城市建筑的遮蔽作用，城市区域日照的局地性差异远比平坦开阔的郊区大。通常把在没有云雾遮蔽太阳的情况下，从日出到日落的全天可能受到太阳照射的时间称为可照时间。而把可照时间减去受云雾遮蔽影响的时间的日照时间称为实照时间，简称为日照。因此，实照时间总是小于或等于可照时间。在开阔平地，在研究区域没有高于测点的物体或建筑物遮挡，其每天的可照时间只与地理纬度和太阳赤纬有关，可以根据一般的天文学公式计算，而实照时间还要受云雾和天气的影响。城市的日照时间，除与平地一样受地理纬度、太阳赤纬和云雾天气的影响外，还受地形、建筑物遮蔽和大气透明状况的影响。因此，在相同时间海拔高度和天气条件下，城市覆盖层的日照时间总是小于同纬度的开阔平坦地面上的日照时间。 2.2.2 城市可照时间的理论计算 城市区域覆盖层内的辐射特征不同于开阔平坦地形区域的辐射特征而非 常复杂，除受地理纬度、季节、云量和大气透明度等因素影响外，还要受到建筑物间相互遮蔽、反射、折射等的影响。它们是形成城市小气候的重要因素。将研究地点周围遮蔽物的最大高度设为H m ,遮蔽物距研究点的垂直距离为L m ，则该遮蔽物对研究点的最大可蔽视角定义为： ()m m L H arctg h =ω （2.15） 当太阳在某一方位范围内（21ωω-），研究点可能接收到直接太阳辐射的条件是太阳高度角h 大于或等于该方位范围内的最大可蔽视角，即： ()ωh h ≥ 或 ()0≥-ωh h 在城市覆盖层内某一点，一天内太阳的轨迹方位上可能由多个遮蔽建筑， 并且其高度也不同，因此，研究中要在不同的方位上出现多个可蔽视角。所以在计算辐射时要在不同的方位上分段计算。 类似于开阔平坦地面上的天文学公式 0cos cos sin sin cos cos cosh t δ?δ?ω+-= （2.16） 0sin cos sin cosh t δω= (2.17) 00sin csc cos ctgt t tg ctg ?δ?ω+-= (2.18) 可写出在任何坡向为β，坡度为α的斜坡或建筑上的天文学公式为 ()δδsos t w t v tg u i i i si 00sin cos sinh ++= （2.19） 其中 α ββα?α?βε?α?s i n s i n c o s s i n s i n c o s c o s c o s s i n c o s c o s s i n =+=-=i i i w v u （2.20） 式中?伟地理纬度；δ为太阳赤纬；ω为太阳高度角；0t 为太阳时角。 利用以下三角函数关系 2 122sin ,2 121cos 0 20 2020t tg t tg t t tg t tg t ++-= 可将（2.19）式化为 ()?? ? ???+++-=i i i i i si v tg u t tg w t tg v tg u M δδ222sinh 002 （2.21） 其中 2 c o s c o s 0 2t M δ = 令,0=si h 有 ()02 22 2=+++-i i i i i v tg u t tg w t tg v tg u δδ （2.22） 方程（2.22）的解为 δ δ tg u v tg u v w w arctg t i i i i i i i -++±=22222 （2.23） 现在讨论以下几种情况： （1） 当δ2222tg u v w i i i -+=?>0时 由（2.19）可求得 ()01010 sin cos 01 0t ctgt w v t h i i t t si --=??=δ>0 研究点的可照时间（小时）为15 01 02t t i -= τ，01t 和02t 分别为始照时角和终照时角。 （2） 当δ2222tg u v w i i i -+=?＝0时 由（2.19）式的二阶导数 ()δcos sin cos 010120 201 0t w t v t h i i t t si +-=??=>0 研究点全天受太阳照射，可照时间（小时）为()() 15 1020i i i t t ωωτ-=，()10i t ω和()20i t ω分别为日出方位1i ω和日落方位2i ω时的时角。 当()δcos sin cos 01012 201 0t w t v t h i i t t si +-=??=<0时，研究点在1i ω－2i ω方位内的 太阳全部被遮挡，因此，可照时间0=i τ。 （3） 当δ2222tg u v w i i i -+=?<0时 正午时刻（00=t ）太阳的太阳高度角的表达式为 ()δδcos sin arcsin 0i i si v u h += （2.24） 当0si h >0时，研究点全天受太阳照射，可照时间（小时）为()() 15 1020i i i t t ωωτ-= ， ()10i t ω和()20i t ω分别为日出方位1i ω和日落方位2i ω时的时角。 当0si h <0时，研究点来自方位1i ω－2i ω内的太阳全部被遮挡，因此，可照时 间0=i τ。 当δtg u v t i i i ＝或 =0时， 研究点刚好全天受到太阳照射，可照时间（小时）为()() 15 1020i i i t t ωωτ-=，()10i t ω和()20i t ω分别为日出方位1i ω和日落方位2i ω时 的时角。 2.2.3 城市太阳直接辐射的理论计算 设S 为地面垂直于太阳光线方向的直接太阳辐射强度，计算详见(2.8)－ (2.10)式。则在任何坡向为β，坡度为α的斜坡或建筑上的直接太阳辐射通量密度的计算式为： ()t W t V U S S sin cos sin cos cos sin ,δαδδαβ++= （2.25） 式中：αββα?α?β α?α?sin sin cos sin sin cos cos cos sin cos cos sin =+=-=W V U （2.26） (2.25)和(2.26)式表明，任何地点的直接太阳辐射通量密度，不仅随地方纬 度、太阳赤纬和时角而变，而且还与研究地点的局地坡向、坡度而改变，当研究 地点为平地，则0=α。当研究地点周围无遮蔽物时，不管地形如何复杂，太阳直接辐射通量密度都可用(2.25)和(2.26)式计算。但在城市区域某一地点，例如，计算某一小区由于有建筑物遮蔽时的太阳直接辐射通量密度时，需要注意在计算时间的太阳高度角h 是否大于该时刻太阳所在方位建筑物的可蔽视角（观测点在太阳方位上，遮蔽物垂直距离与遮蔽物最高点的夹角）()θh ，如果，()θh h ≥，就可按(2.25)和(2.26)式计算。如果，h <0，则不论计算结果如何，都应取0,=αβS 。这在计算起伏地形及城市区域太阳直接辐射通量密度时应特别注意。 在不计海拔高度的影响或周围可见最高地形（建筑物）不低于研究地点的 地平面地情况下，因为研究点要受到太阳地直接照射，首先必须太阳在地平面以上，或周围没有遮蔽建筑物，即开阔平地能受到太阳照射，所以在有地形及建筑物遮蔽地情况下，研究地点日出地时间会比平地晚，而日没的时间会比平地早。所以，日照时间会比平地短。将平地日出和日没时的太阳高度0=h 和太阳时角0t 表示为： ()δ?tg tg t -=arccos 0 （2.27） 开阔平地日出和日没时的太阳方位角0ω的计算式为： ()[]?δ?ω201sin cos arccos tg +-= （2.28） 其中负值为日出时太阳的方位，正值时为日没时太阳的方位，分别用01ω和02ω表示。 因此，只有当太阳在01ω－02ω（在北半球按顺时针方向由01ω到02ω，在 南半球按反时针方向由02ω到01ω）方位之间时平地才可有日照，当太阳在这个方位之外时，不管地形和建筑物情况如何，均因太阳在地平面以下而无日照。因此，在计算中为节省时间，可直接令太阳在该方位之外（即在02ω→01ω方位之间）的可照时间00102=→ωωt t 。特别是北半球的冬季，因为地平面上的太阳总是在东西方向以南的方位内，即－90?<ω<90?，只有当太阳在这个方位以内时平地才可能受到太阳照射，也只有在观测点的南面的地形或建筑物才可能会遮挡观测点白天的太阳光线。因此在北半球冬季计算城市的可照时间时，只考虑计算点 南面的地形和建筑物的遮蔽角度即可，与观测点以北的地形和建筑物无关。在南半球正好相反。 将(2.25)和(2.26)式从研究地点始照时刻到终照时刻对时间t 积分，并利用 以下卡斯特罗公式 () z c R S S sec 12 += （2.29） 表示直接太阳辐射强度S 及利用关系式02dt dt π τ = 将时间的微分dt 变为时角的微分dt 0，即得到城市可能直接太阳辐射日总量，即在碧空情况下的直接太阳辐射日总量。但城市大气污染，大气中会存在许多尘埃和气溶胶粒子等污染物质，而影响城市大气的透明度，所以考虑大气透明度时的城市区域太阳辐射日总量的计算式为： ()z c dt t W t V U R S S n i t t c i i cos 1sin cos cos cos sin 20 1 002 0,,1 00+++=∑?=+δδδπτ αβ （2.30） 式中c S ,,αβ为城市地形或建筑物坡向为β，坡度为α的观测点可能直接太阳辐射日总量；S 0为太阳常数；R 为以日地距离为单位地日地距离；c 为与大气透明度有关地参数；τ为一天的时间长度；i t 0和10+i t 为研究点的始照和终照时角，一般i t 0和10+i t 每天只有一个（n=1） ，但有时也可能有两个或更多个（n ≥2），例如，城市某一研究区域以南太阳照射的方位上有多个建筑物影响观测点的太阳直接辐射的观测时即n ≥2。 将（2.2）式代入（2.30），积分后得 ()()()()()∑=++++???? ? ?????-++++++ ---+--=n i i i i i i i i i i c M B B B t A A c t A A c A cA t t A t t A t t B A R S S 13210211 02125010501040101320,,cos cos ln cos cos sin sin 2πταβ （2.31） 其中 δδδδ?δ?cos ,cos ,sin ,cos cos ,sin sin 54321W A V A U A A A =====； 4 33212241,,A A B A A c B A cA B =+== ; ? ++=1 000 20 cos i i t t i t B dt M ，其积分结果为 ()()()()???? ? ?? ??-=---=++++时 ＝－当时当时小于当时大于当1,21 211,21211,1,20102 0120210221101B t ctg t ctg B t tg t tg B t f t f B t f t f M i i i oi i i oi i i ()??? ? ??+--21112 0222 201t tg B B arctg B t f ＝ ()????? ? ????? ? --+-++-=211211ln 110 220222 202t tg B B t tg B B B t f 在（2.31）式中令0=α，即得到以下水平面上太阳直接辐射日总量的计 算公式： ()[]M t A t c A R S S c ++-= 02012 0,0,sin πτ β (2.32) 其中，0t 为平地日没时的时角（取正值），0t 和M 的计算式如下： ??? ? ? ?-+±=δ?δ ?tg tg tg tg arctg t 1120 ()()()()??????????? ?????? -=-=-+???? ??++-+-+++-+-+++----时当，时 当时小于当时＋大于当＝1211,2 1,22,22ln 210210********* 2121212012120122 12 22A c A t ctg B A c A t tg B c A A t tg A c A A c A arctg A c A c c A A c A A t tg c A A c A A t tg c A A c A A c M 在（2.31）和(2.32)式中令0=c ，相当于完全透明大气或大气上界的情况， 便得到下面计算起伏地形（或建筑遮蔽物）和平地天文太阳直接辐射日总量的公 式如下： ()()()[] ∑---+-=+++n i i i i i i i t t W t t V t t U R S S 01001001 02 00 ,,cos cos cos sin sin cos sin 2δδδπταβ （2.33） ()002 00,0,0sin cos cos sin sin t t R S S δ?δ?πτ += (2.34) 各纬度带水平面上的日出、日落时角可用（2.27）式计算。 2.3 城市建筑物墙面辐射基本原理 城市建筑墙面上直接太阳辐射是形成城市建筑区小气候和建筑节能的重 要因素，是建筑采光、采暖节能设计中必须考虑的建筑外部环境条件。研究分析各纬度带城市各个方位建筑墙面上直接太阳辐射的分布规律，在城市规划、建筑节能等方面具有重要的理论和应用价值。 在墙面上（坡度 90=α），通过单位面积墙面（或窗户）射入室内的天文 太阳直接辐射日总量的计算式为： ()()()f t t t t t t R S S i i i i i i ?? ????---+--= +++010******* 00,,cos cos sin cos sin sin cos cos sin cos sin cos 2βδβδ?βδ?πτ αβ （2.35） 式中f 为在同纬度水平面太阳直接辐射与水平面太阳天文直接辐射之比； R S ,,0τ所代表的意义同前；i t 0为墙面日出时角；10+i t 为墙面日落时角；β为墙面的方位，地理纬度以北纬为正，墙面（倾斜面）的方位角南向为0?、北向为180?、东向为－90?、西向为90?，其它角度依次类推；时角0t 取正午为0、上午为负、下午为正，每小时相当于15?。 1．当墙面为南向时。冬半年天文太阳直接辐射日总量近似的计算式为： ()()[]f t t R S S 002 0,0,0sin cos cos sin sin δα?δα?πτ α-+-= （2.36） 式中平地日出时角0t 用（2.27）计算并取正值。 夏半年当δ?αδ?-+≤≤-+ 9090时，则南墙上天文太阳直接辐射日总量的近似计算式为： ()()[]f t t R S S s s sin cos cos sin sin 2 0,0,0δα?δα?πτ α-+-= （2.37） 式中()[]δα?tg tg t s --=arccos ；其它符号所代表的意义同前。 2．当墙面为北向时。夏半年当α>90－?＋δ时，墙面上太阳直接辐射日总量的计算式为： ()()()()[]f t t t t R S S s s sin sin cos cos sin sin 002 0,0,180-+++-= δα?δα?πτ α （2.38） 当α≤90－?＋δ时，墙面上太阳直接辐射日总量的计算式为： ()()[]f t t R S S 002 0,0,180sin cos cos sin sin δα?δα?πτ α+++= （2.39） 式中0t 由（2.27）计算；而()[]δα?tg tg t s +-=arccos ，并且取正值。 在冬半年，当α>90－?＋δ时，北墙处在荫蔽之中，没有太阳的照射。 3．当墙面为东西向时。东墙和西墙的可照时间和太阳辐射日总量相同，从日出开始东墙开始受太阳的照射，正午时分太阳和东墙位于同一个子午面上，此后，太阳偏西，由于墙的遮蔽作用东墙照不到阳光。所以，东墙的始照时角 001t t -=，终照时角002=t ，这样，东墙上直接太阳辐射日总量的计算式为： ()[]0022 0,90,0cos cos cos 2t t R S S -= -δπτ α （2.40） 可利用以上讨论公式计算我国不同纬度带城市的不同季节的南北向、东西向、东南向、西南向、东北向、西北向八个方位墙面的直接太阳辐射。在北半球的冬半年，一般在相同纬度上墙面的直接太阳辐射以南向墙面最大，东南和西南向墙面次之，再其次是东、西向的墙面，北墙面的直接太阳辐射在整个冬半年为零。在夏半年偏南墙面的直接太阳辐射，在夏至附近是低值中心。东、西向墙面的直接太阳辐射在整个夏半年平均而言大于其它朝向的墙面，因此，一般来说，东、西墙面在夏季所受到的太阳加热都高于其它朝向的墙面。故东、西向朝向的建筑，容易从窗户中进入较多的太阳能量。 2.4 城市散射辐射基本原理 2.4.1 城市散射辐射概述 散射辐射和直接辐射是太阳总辐射的两个组成部分，在城市覆盖层内，散射 辐射的测定和计算都比直接辐射困难的多，这是因为在城市覆盖层内测量和计算散射辐射时，一方面由于周围地形和建筑物遮挡了部分天空，会使到达仪器感应面上的天空辐射减少；另一方面测点周围遮挡天空的那部分地形或建筑物本身又有反射辐射投射到仪器的感应面上，故而要精确测定或计算城市覆盖层的散射辐射一般是非常困难和复杂的。 对于城市覆盖层的散射辐射的理论计算，主要困难是由于天空散射分布的非 均匀性（即各向异性）和周围地形及建筑物遮蔽的变化性使问题变得很复杂。因此，为简单起见，可采用天空散射各向同性的假设。在这个假设下，付抱璞等(1996)[5]曾给出在各种不同地形下的散射辐射表达式，其中对坡度为α的地形上的散射辐射s D 的表达式为 2 cos 2 α H s D D = （2.41） 式中H D 为开阔平坦地的散射辐射。我们可以应用（2.41），令α为建筑物的可蔽视角，计算城市覆盖层内的散射辐射s D 。在天空云量较多时，（2.41）式还可满足计算精度的要求。但在晴空情况下，利用（2.41）式计算坡地或城市覆盖层的散射辐射时误差较大。Temps(1977)[6]根据实测资料提出了以下晴空各向异性的坡地上地散射辐射计算公式： () h h D D H m 3 ,232 cos sin 12sin 12cos αβαα+?? ? ?? += (2.42) 式中h 和αβ,h 分别为太阳光线在水平面和坡面上的太阳高度角。 Klucher(1979)[7]又将（2.42）式推广为任意天空状况下的各向异性计算式： () h h F F D D H 3,232 cos sin 12sin 12cos αβαα+?? ? ?? += （2.43） 其中2 1??? ? ??-=H H Q D F 为晴朗度指数，H Q 为开阔平坦地的总辐射。 李古清、翁笃鸣（1988）[8]根据自己的观测资料提出坡面上散射辐射瞬时通 量密度D 和日平均通量密度D 的经验公式如下： ()()ωβαα -+=cos 46.1sin 53.0cos 5.702 cos 2 h n F D D H (2.44) ()()ωβαα '-'+=cos 42.1sin 09.1cos 1.352 cos 2 h n F D D H （2.45） 式中H D 和H D 分别为水平面的瞬时散射辐射通量密度和日平均通量密度；ω为水平面瞬时太阳方位角；h '和ω'分别为正午的太阳高度和太阳方位角；()n F 为云量n 的函数： ()l t n n n F 02.008.01--= （2.46） 式中l t n n ,分别为总云量和低云量。 下面推导一个既可适用于任何复杂地形的积分模式，又可对一些常见的规则 地形解析函数表示的计算城市各向异性散射辐射瞬时通量密度和日总量的方法。 2.4.2 城市散射辐射非各向同性的计算模式 设研究地点位于一个坡向为β，坡度为α的地区，其周围地形在任意方位上对研究点的可蔽视角为()ωh ，太阳在ω方位和h 高度角方向的天空散射辐射强度为h i ,ω，则研究点的散射辐射通量密度是 () dh i d D h h ??=2,,20 cosh sinh π ωαβωπ ω (2.47) 其中αβ,h 为散射光h i ,ω在研究点的高度角，仿照坡地上太阳高度角的表达式(2.19)式，可将αβ,h 表示为 ()βωαααβ-+=cos cosh sin sinh cos sinh , （2.48） 由观测发现，天空散射辐射的分布一般是不均匀的，愈靠近太阳的天穹部分 h i ,ω愈强， 其最小值出现在与太阳光成90?夹角的天穹带附近。当夹角超过90?时，散射辐射又有所增强，即在太阳对面的天穹带，散射辐射也相对地较强。只有在阴天时，天空散射辐射才基本近似均匀分布。 根据研究，在晴天h i ,ω是与散射指数X(r)成正比，即 ()r X i h ∝,ω 但在不同太阳高度h 下，有不同的比例系数K （h ）。因此，可以近似地将h i ,ω表示为 ()()r X h K i h =,ω （2.49） 付抱璞等（1996）[5]给出一定假定条件下晴空时X （r ）的表达式 ()r b r a r X 2cos cos 1++= （2.50） 其中b a ,为经验常数，r 为散射光与太阳直射光之间的夹角，可由下式确定 ()ωωαβαβ-+=i r cos cosh cosh sinh sinh cos ,, （2.51） 式中ωω,i 分别为散射光和太阳直射光的方位角。 关于非晴天时的情况，可采用晴朗指数F 来表示天空的晴朗程度。而阴天时 天空的散射辐射基本是均匀分布（与r 无关或关系不大），X （r ）应趋近1，此 时天空晴朗指数()012 =??? ? ??-=H H Q D r F （因当阴天时H H Q D =）。在晴空则1→F ，（因晴空时H D < →??? ? ??H H Q D ）。因此，对于任何天空状况时的散射指数可以近似表示为： ()() r b r F r X 2cos cos 1++=α （2.52） 于是天空散射辐射强度为 ()()()()()?? ????????????????-++-++=2 ,,,,,cos cosh cosh sinh sinh cos cosh cosh sinh sinh 1ωωωωαβαβαβαβωi i h b a F h K i (2.53) 将（2.53）和（2.48）式代入（2.47）式，有 ()()()()()()[] ()??-+???????? ???????????-++-++=2,,,,2,,,,20cosh cos cosh sin sinh cos cos cosh cosh sinh sinh cos cosh cosh sinh sinh 1π ωα βαβαβαβαβαβαβαβπβωααωωωωωi h i i i i dh b a F d h K D （2.54） 根据实际分析，付抱璞等（1996）[5]给出（2.54）中()h K 的表达式为 ()()ε+=h k h K sin （2.55） 其中k 为经验常数；ε可取为10?。 这样将（2.55）代入（2.54），从日出到日落对时间（日照时数）积分，并利 用关系式02dt dt π τ = 将时间t 的微分变为太阳时角t 0的微分，即得到研究点的散射辐射日总量 ? -= 02 10 02t t d Ddt D π τ （2.56） 式中τ为一天的时间长度；－t 01和t 02分别为研究点在周围没有遮蔽物时平地上日出和日落的时角。 这样，如果确定了研究点各方位（ω）的可蔽视角()ωh ，并借助天文学公式 (2.16)，（2.17）和以下天文学公式： ? δ ?δcos sin sin sinh cos cos 0-= t （2.57） 就可由（2.54）和（2.56）式用数值计算方法求得研究点任何时刻的散射辐射通量密度D 和日总量D d 。 2.4.3 城市街道内散射辐射非各向同性的计算模式 设研究点位于一坡向为β，坡度为α地形的城市街道内，街道两旁最高建筑 物A 的最大可蔽视角为A A A d z arctg h =，C 的最大可蔽视角为C C C d z arctg h =，则在方位为ω方向上，A 、C 建筑物对研究点造成的最大可蔽视角为： ()()()[]()()[]?????? ???? ??--≤+≥--=+≤?? ? ??--≥--==方位间与在方位间与在βπωβπωβωωβπωβπωβωωω22,cos 22,cos C C C A A A tgh arctg h tgh arctg h h 式中 180＋＝，＝ββββA C 。 同时将()ε+h sin 写为 ()ε εεεεεεsin sin 211sinh cos sin 1sin sinh cos cosh sin sinh cos sin 22?? ? ??-+≈-+=+=+h h h 这样，可以求出（2.54）和(2.56)的积分求得瞬时散射辐射通量密度 （D ）和散射辐射日总量D d ，即 ()()()[]()()()() ()()()()[]???? ? ? ??? ??? ??????-+++????????? ??++-++-++=A C C A C A C A A C A C h F h F h F h F b h F h F h h A E a F h K D 332211224cos cos 134sin sinh sinh cos cosh cosh 2πααπ （2.58） ()()[]εφεφτ sin cos 4 11m u k D d += （2.59） 其中().;. .,3,2,1;...,3,2,1;,;,====j i m u y C A x ()x x x x x Eh w h F --=cosh sinh sin sinh sinh cos 11αα， ()() x x x x x w h h h C h F cosh cos cos cosh 3sin cos cos 2 23222αα+-+=， ()()[]()[] αsin sinh sin sinh 3cos sinh sinh 2232123x x x x x x x w h w h B h F +-++=， ()()()[]()()()()()() ()()()()[]??? ???????????????????????-+++++-++-++=y h T y h T y h T y h T b y h T y h T y y R h h y y R a F y y A C C A C A C A A C A C ,,,,4,,,cos cos 1,34sin sinh sinh cos cosh cosh 332211122 2210 1πααφ， ()()x x x x x h y y R h y y y h T 21211,2sin sin 2 1 cosh sinh cos ,-- =αα， ()()() x x x x x y h y h y y R y h T cosh cos cos cos cosh 3cos ,,6333452αα+-+=， ()()()()[] αsin sinh sin sinh 3cos sinh sinh ,,6352343x x x x x x x y h y h y y R y h T +-++=， ()ααsin cos ,j i j i y y y y R +=， ααcos sinh sin 1w A +=，ααcos sin 21w v C +=， ααcos sin sin 2v h B +=，ααcos sinh cos 1w E +=， （辐射类） 项目基本情况简介表 概 述 一、名词解释 (每小题 6 分，共 30 分) 1. 雷诺数 Re ≡UL/v=特征惯性力/特征粘性力。Re 数是判断两粘性流体运动是否相似的重要判据之一。 2. 总体理查逊数 R b =g θv ????θv ????z θv ???[(?U ?)2+(?V ?)2] 3. 雷诺平均 对于任一物理量，当定义平均值后，可将湍流运动表示为 湍流运动=平均运动+脉动运动。而将任意实际物理量表示为：A =A ?+A′，则为雷诺平均。 4. 大气边界层 大气的最低部分直接受下垫面（地面）影响的层次，或者说大气与下垫面相互作用的层次。大气边界层厚度的时空差异很大，平均厚度为地面以上约1km 的范围，以湍流运动为主要特征。还可细分为近地层（大气边界层下部约1/10的厚度内）和Ekman 层。 大气边界层又称行星边界层，是指存在着连续性湍流的低层大气：（1）湍流是边界层大气的主要运动形态，对地表面与大气间的动量、热量、水汽及其他物质的输送起着重要作用； （2）地球表面热力强迫的日变化通过湍流混合扩散使得边界层中气象要素呈现日周期的循环。 5. 定常湍流 如果这些湍流统计参数不随时间变化，就称为平稳湍流或定常湍流；此时，足够长时间的平均即接近于总体平均。 6. 均匀湍流≡ 如果统计参数不随空间变化，称之为均匀湍流；此时，足够大的空间平均也接近于总体平均。 7. 普朗特混合长 湍流运动中，单位质量的流体微团含有某种特性量q ，如果① q 是被动的，即不影响流体的运动情况； ② q 是保守的，即在运行距离 之后，q 值守恒。在湍流运动过程中特性量q 保持不变（失去原有特性）前所走过的距离，称之为混合长。 8. 常值通量层 近地层较薄，可近似认为动量、热量和水汽垂直湍流输送通量几乎不随高度变化（风向也几乎不随高度改变），各种通量近似为常值，故称为常值通量层。常值通量层通常指的是动量常值通量层。 9. Monin-Obukhov 长度 L =?u ?3k g θw ′θ′??????=u ?2k g θθ? 10. 动力内边界层 上游来流为中性大气，气流从一种粗糙度表面跃变到另一种粗糙度的下垫表面，在地面的动力强制作用下，在新的下垫面上空将形成一个内边界层，即动力内边界层。 11. 热力内边界层 气流从一种温度的下垫表面过渡到另一种温度的下垫表面，在地面的热力强制作用下， /2l 农业气象学 题型;名词解释. 判断. 选择简答论述 第一章大气 一、名词解释题： 1. 干洁大气：除去了水汽和各种悬浮的固体与液体微粒的纯净大气，称为干洁大气。 2. 下垫面：指与大气底部相接触的地球表面，或垫在空气层之下的界面。如地表面、海面及其它各种水面、植被表面等。 3. 气象要素：构成和反映大气状态的物理量和物理现象，称气象要素。主要包括气压、气温、湿度、风、云、能见度、降水、辐射、日照和各种天气现象等 补充:温室效应。 二、填空题： 1. 干洁大气中，按容积计算含量最多的四种气体是： (1)、(2)、氩和(3)。 2. 大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的 (4)。 3. 大气中二氧化碳和水汽主要吸收 (5)辐射。 4. 近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上(6)，夏天比冬天 (7) 。 5. (8) 是大气中唯一能在自然条件下发生三相变化的成分，是天气演变的重要角色。 6. 根据大气中 (9) 的铅直分布，可以把大气在铅直方向上分为五个层次。 7. 在对流层中，温度一般随高度升高而 (10) 。 8. 大气中对流层之上的一层称为 (11) 层，这一层上部气温随高度增高而(12) 。 9. 根据大气中极光出现的最大高度作为判断大气上界的标准，大气顶约高 (13) 千米。 答案： (1)氮 (2)氧 (3)二氧化碳 (4)紫外线 (5)长波 (6)低 (7)低 (8)水汽 (9)温度 (10)降低 (11)平流 (12)升高 (13)1200 三、判断题： (说明：正确的打“√”，错误的打“×”) 1. 臭氧主要集中在平流层及其以上的大气层中，它可以吸收太阳辐射中的紫外线。 2. 二氧化碳可以强烈吸收太阳辐射中的紫外线，使地面空气升温，产生“温室效应”。 3. 由于植物大量吸收二氧化碳用于光合作用，使地球上二氧化碳含量逐年减少。 4. 地球大气中水汽含量一般来说是低纬多于高纬，下层多于上层，夏季多于冬季。 2002年中国气象辐射资料年册 2002 Annual Solar Radiation Data of China 前言 太阳辐射是地球大气运动的主要能源，也是地球气候形成的最重要因子。多年来的实践证明，太阳辐射观测资料在对大气运动规律研究、气候预测、农作物产量评估、气候资源的开发利用等研究领域是必不可少的基础数据，《中国气象辐射资料年册》是国家气象中心定期出版的气象资料产品之一。 随着社会的发展和人类的进步，包括气候变化在内的环境问题越来越受到国际社会和广大民众的关注，与气候有关的资源问题已经成为制约可持续发展的因素之一，天气气候与国民经济和人们的日常生活更加密切。愿我们的气象信息资源在国民经济建设中发挥出更大的作用，为您提供更全面更完美的气象信息服务。 本期责任编辑：王颖 资料审核：杨燕茹 终审：王颖 国家气象中心 National Meteorological Center 说明 《中国气象辐射资料年册》的资料来源于气象辐射信息化资料，其资料具有一定的代表性（除台湾省资料暂缺外），能较准确地、全面地反映我国太阳和地球的辐射基本状况，有助于了解我国全年不同时段内的能量收支情况，更好地为国民经济服务。 本刊出版的《中国气象辐射资料年册》是源于1993年起全国气象辐射观测站换用新型遥测辐射仪且同时执行新的《气象辐射观测方法》后的观测资料，并使用1997年5月所制定的《全国气象辐射资料信息化基本模式暂行规定》对各省上报的气象辐射报表（气表-33）进行信息化后形成的气象辐射信息化资料。本刊物中的资料已经过全面检查及人机质量审核等工作环节，确保所出版的辐射要素与气表-33内的要素资料值基本一致。 本刊物包括了全国98个气象辐射观测站中的17个一级站、33个二级站（刊于P1～P50）日、旬、月、年的总辐射爆辐量和净全辐射爆辐量，48个三级站（刊于P51～P74）日、旬、月、年的总辐射爆辐量。详见附录。 一、统计项目 本年报仅作了旬总量、月总量、年总量的统计工作。 二、统计方法 统计方法依据1996年出版的《气象辐射观测方法》中的有关规定。 1、旬总量：为本旬各日总量的合计值。若本旬内缺测记录≥3天，不作旬统计， 该旬总量为缺测。 2、月总量：为本月各日总量的合计值。若本月缺测记录≥10天，不作月统计， 该月总量为缺测；若本月缺测记录≤9天时，日总量月合计的计算按如下方法：（1）日总量月平均＝实际总和/实际观测天数（缺测天数除外），取小数3位，第4位四舍五入。 （2）日总量月合计＝日总量月平均×该月全部天数 3、年总量：为本年各月月总量的合计值。若本年缺记录≥1个月时，不作年统计， 该年总量为缺测。 4、单位与精度 本刊中的辐射数据为爆辐量，即一段时间（如一日）辐照度的总量或称累计量。单位为MJ/m2（兆焦耳·米-2，精度取二位小数，即0.01 MJ/m2）。 三、符号含义 1、“/”为记录缺测。 2、“空白”为无观测记录。 什么是边界层?广义讲:在流体介质中,受边界相对运动以及热量和物质交换影响最明显的那一层流体。具体到大气边界层,是指受地球表面摩擦以及热过程和蒸发显著影响的大气层。大气边界层厚度,一般白天约为1.0km,夜间大约在0.2km左右,地表提供的物质和能量主要消耗和扩散在大气边界层内。大气边界层是地球-大气之间物质和能量交换的桥梁。全球变化的区域响应以及地表变化和人类活动对气候的影响均是通过大气边界层过程来实现的。 什么是湍流?英文湍流为“turbulence”,日文为“乱流”,湍流简单定义:流体微团进行的有别于一般宏观运动的不规则的随机运动,从宏观上看,它没有稳定的运动方向,但它能够象分子运动一样通过其随机运动过程有规律地传递物质和能量。从1915年由Taylor[1]提出大气中的湍流现象到1959年Priestley[2]提出自由对流大气湍流理论,可以说,到20世纪50年代以前经典的湍流理论基本上已经形成。以后,湍流理论基本上再没有出现大的突破。1905年Ekman[3]从地球流体力学角度提出了著称于世的Ekman螺线,在此基础上形成了行星边界层的概念,他的基本观点仍沿用至今。1961年,Blackadar[4]引入混合长假定,用数值模式成功地得到了中性时大气边界层具体的风矢端的螺旋图象。行星边界层的提出使人们认识到了大气边界层在大气中的特殊性和一些奇妙的规律。从20世纪50年代开始,由于农业、航空、大气污染和军事科学的需要,掀起了大气边界层研究的高潮。1954年, Monin和Obukhov[5]提出了具有划时代意义的Monin—Obukhov相似性理论,建立了近地层湍流统计量和平均量之间的联系。1982年,Dyer[6]等利用1976年澳大利亚国际湍流对比实验ITCE对其进行完善使得该理论有了极大的应用价值。1971年Wyngaard[7]提出了局地自由对流近似,补充了近地面层相似理论在局地自由对流时的空白。从20世纪70年代开始,随着大气探测技术和研究方法的发展,特别是雷达技术,飞机机载观测, 系留气球和小球探空观测以及卫星遥感和数值模拟等手段的出现,大气边界层的研究开始从近地层向整个边界层发展。简洁地概括,对大气边界层物理结构研究贡献最突出的是两大野外实验和一个数值实验,即澳大利亚实验的Wanggara和美国的Min-nesota实验以及Deardorff的大涡模拟实验。相似性理论是大气边界层气象学中最主要的分析和研究手段之一,在建立了比较成熟的用于描述大气近地面层的Monin—Obukhov相似性理论以后,人们开始寻求类似的全边界层的相似性理论。国际上,除Neuwstadt[8]、Shao[9]等做了大量工作外,我国胡隐樵等以野外实验验证了局地相似性 理论,并建立了各种局地相似性理论之间的关系。张强等还对局地相似性理论在非均匀下垫面近地面层的适应性做了一些研究。自1895年雷诺平均方程建立以来,该方程组的湍流闭合问题是至今未解决的一个跨两个世纪的科学难题。人们发展湍流闭合理论,以达到能够数值求解大气运动方程,实现对大气的数值模拟。闭合理论有一阶局地闭合理论即K闭合。1990年HoIt-sIag[12]在1972年理论框架的基础上,用大涡模拟资料对K理论做了负梯度输送的重大修正。为更精确地求解大气运动方程,也为了满足中小尺度模式,特别是大气边界层模式刻画边界层湍流通量和其它高阶矩量的目的,高阶湍流闭合技术也开始被模式要求。由于大气边界层研究是以野外探测实验为基础的实验性很强的科学,我国以往由于经济落后,无法得到第一手的实验资料,研究相对落后,与国外相比,总体上差距在20a左右,但我国学者在大气边界层的研究中也有其特殊贡献:1940年周培源先生[13]提出的湍流应力方程模式理论,被认为是湍流模式理论开始的标志,这一工作奠定了他在国际湍流研究领域的崇高地位。苏从先等在上世纪50年代给出的近地面层通量廓线与当时国外同类研究同步,被国外学者称为“苏氏定律”,在上世纪80年代苏从先等首次发现了干旱区边界层的绿洲“冷岛效应”结构。上世纪70年代周秀骥[16]提出的湍流分子动力学理论也很有独特的见解。1981年周 明煜[17]提出的大气边界层湍流场团块结构是对湍流结构的新认识。上世纪80~90年代赵鸣[18]对边界层顶抽吸作用的研究是对Charney—Eiassen公式的很好发展。在20世纪90年代的“黑河实验”中,胡隐樵等和张强[19]首次发现了邻近绿洲的荒漠大气逆湿,并总结提出了绿洲与荒漠相互作用下热力内边界层的特征等等。国内外有关大气边界层和大气湍流的专著 第二章辐射 １、名词解释 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。 ＊任何温度在绝对零度以上的物体,都具有辐射的本领。 *辐射具有波粒二象性。其传播过程表现为波动性,与物质间相互作用表现为粒子性。辐射强度：单位时间内通过单位面积的辐射能量,即辐射通量密度。 太阳常数:日地平均距离上投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。 太阳高度角：太阳光线与地表水平面之间的最小夹角。 可照时数:不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。 实照时数：地面上用日照计实际测量的日照时数。 光照时间:可照时数与曙暮光时间之和。 曙暮光：太阳光线在地平线以下0°-6°时,光通过大气散射到地表产生的光照度。大气质量:太阳光通过大气路径的长度与大气铅直厚度之比。 地面有效辐射:地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。 地面净辐射：在单位时间内,单位面积地面所吸收的辐射与放出的辐射之差,也称为地面辐射差额。 生理辐射（PAR）：能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和其他生理现象的太阳辐射波谱区。 光合有效辐射:在PAR区内量子能量使叶绿素粉紫呈激发状态,并将自身能量消耗在形成有机化合物上,这段波谱成光合有效辐射。波长在380-710nm之间。 2、定律理解 基尔霍夫定律：在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收率的比值,只是温度和波长的函数,而与物体的其他性质无关。 推论：1、不同性质的物体,放射能力较强的，吸收能力也较强,反之亦然。 2、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-波尔兹曼定律：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比。 推论：物体温度越高，放射能力越强。 维恩位移定律：绝对黑体的放射能力最大值对应的波长与其本身的绝对温度成反比。推论:物体的温度越高，放射能量最大值的波长越短。 农业气象学试题 第一章大气 一、名词解释题： 1. 干洁大气：除去了水汽和各种悬浮的固体及液体微粒的纯净大气，称为干洁大气。 2. 下垫面：指及大气底部相接触的地球表面，或垫在空气层之下的界面。如地表面、海面及其它各种水面、植被表面等。 3. 气象要素：构成和反映大气状态的物理量和物理现象，称气象要素。主要包括气压、气温、湿度、风、云、能见度、降水、辐射、日照和各种天气现象等 二、填空题： 1. 干洁大气中，按容积计算含量最多的四种气体是： (氮) 、(氧) 、氩和（二氧化碳) 。 2. 大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的紫外线) 。 3. 大气中二氧化碳和水汽主要吸收 (长波) 辐射。 4. 近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上 (低) ，夏天比冬天（低) 。 5. (水汽) 是大气中唯一能在自然条件下发生三相变化的成分，是天气演变的重要角色。 6. 根据大气中 (温度) 的铅直分布，可以把大气在铅直方向上分为五个层次。 7. 在对流层中，温度一般随高度升高而 (降低) 。 8. 大气中对流层之上的一层称为 (平流) 层，这一层上部气温 随高度增高而 (升高) 。 9. 根据大气中极光出现的最大高度作为判断大气上界的标准，大气顶约高 (1200) 千米。 三、判断题： 1. 臭氧主要集中在平流层及其以上的大气层中，它可以吸收太阳辐射中的紫外线。 2. 二氧化碳可以强烈吸收太阳辐射中的紫外线，使地面空气升温，产生“温室效应”。x 3. 由于植物大量吸收二氧化碳用于光合作用，使地球上二氧化碳含量逐年减少。x 4. 地球大气中水汽含量一般来说是低纬多于高纬，下层多于上层，夏季多于冬季。 5. 大气在铅直方向上按从下到上的顺序，分别为对流层、热成层、中间层、平流层和散逸层。x 6. 平流层中气温随高度上升而升高，没有强烈的对流运动。 7. 热成层中空气多被离解成离子，因此又称电离层。 四、问答题： 1. 为什么大气中二氧化碳浓度有日变化和年变化？ 答：大气中的二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料。植物在太阳辐射的作用下，以二氧化碳和水为原料，合成碳水化合物，因此全球的植物要消耗大量的二氧化碳；同时，由于生物的呼吸，有机物的分 太阳辐射 太阳辐射 solar radiation 太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉。 到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量，称为太阳常数。太阳常数的常用单位为瓦/米2。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同。世界气象组织(WMO)1981年公布的太阳常数值是1368瓦/米2。地球大气上界的太阳辐射光谱的99％以上在波长0.15～4.0微米之间。大约50％的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.4～0.76微米），7％在紫外光谱区（波长<0.4微米）,43％在红外光谱区（波长>0.76微米），最大能量在波长0.475微米处。由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长（约3～120微米）小得多，所以通常又称太阳辐射为短波辐射，称地面和大气辐射为 长波辐射。太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化。 太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎 绝迹，在可见光谱区减少至40％，而在红外光谱区增至60％。 在地球大气上界，北半球夏至时，日辐射总量最大，从极地到赤道分布比较均匀；冬至时，北半球日辐射总量最小，极圈内为零，南北差异最大。南半球情况相反。春分和秋分时，日辐射总量的分布与纬度的余弦成正比。南、北回归线之间的地区，一年内日辐射总量有两次最大，年变化小。纬度愈高，日辐射总量变化愈大。 到达地表的全球年辐射总量的分布基本上成带状，只有在低纬度地区受到破坏。在赤道地区,由于多云,年辐射总量并不最高。在南北半球的副热带高压带，特别是在大陆荒漠地区,年辐射总量较大,最大值在非洲东北部。 太阳辐射 太阳辐射是地球表层能量的主要来源。太阳辐射在大气上界的分布是由地球的天文位置决定的，称此为天文辐射。由天文辐射决定的气候称为天文气候。天文气候反映了全球气候的空间分布和时间变化的基本轮廓。 第2章 城市辐射特征 辐射是影响区域气候最重要的因子。一个地区由于所处的地理纬度已经决 定了其太阳辐射的天文总量。在城市区域，由于受地表特征和大气污染城市效应的影响，接收的太阳直接辐射有别于同纬度的其它地区。因此，了解城市区域辐射特征，建立城市太阳直接辐射的理论和模式，对城市区域气候和大气边界层的研究具有重要的意义。 2.1 太阳直接辐射基本原理 地表和大气中接收到的太阳直接辐射能量，与地球大气上界的太阳直接辐射 能及随时间的变化密切相关，这是地球上形成气候差异的基本因素。 2.1.1太阳高度的概念 对于在地球上一个地点来说，太阳高度就是太阳入射光方向与地平线之间的夹角，用h 表示。同一束阳光，直射地面时所照射的面积比斜射时小，并且，太阳直射时透过大气的路程较短，被大气吸收和散射程度较小。因此，地面单位面积上所获得的辐射能量必定大于太阳光斜射的地方。太阳直射与斜射的程度可以用太阳高度角来表示。 太阳高度很大程度上决定着地球表面获得太阳能量数量的多少，也是地球上形成四季和五带的重要因素，并且是大气运动和地球上一切生物能量的来源。在大气科学、生命科学和环境科学等多学科中计算太阳辐射能量时，太阳高度是必须考虑的重要因素。 由天文学公式得太阳高度角h 与测点所在的纬度?、太阳赤纬δ和当时的太阳时角0t 的关系式为 0cos cos cos sin sin sinh t δ?δ?+= （2.1） 或 0cos cos cos sin sin sinh cos t Z δ?δ?+== （2.2） Z 为天顶角。观测时的太阳时角0t ，为观测点经圈与太阳重合后，即当地正午，地球自转的角度，正午时刻时角为0，（当太阳在子午面时），此时太阳高度角记 第二章辐射 一、名词解释： 辐射辐射通量密度太阳辐射光谱直接辐射散射辐射总辐射 太阳常数分子散射（雷利散射）粗粒散射（米散射）太阳高度角 光合有效辐射（PAR）光补偿点光饱和点短日照植物PAR 长日照植物中性植物光能利用率地面辐射大气逆辐射地面有效辐射地面净辐射散射辐射光照时间可照时数临界日长太阳辐射光谱 二、填空题； 1、光照时间是（）与（）的总和。 2、太阳辐射光谱可大致分为（）、（）、（）、 3、大气减弱太阳辐射的方式有（）、（）、（）、 4、地面反射辐射为（）辐射，大气辐射为（）辐射。 5、太阳辐射为（）辐射，地面辐射（）辐射。 6、太阳直射（）时，即为（）日，北半球有极昼现象。 7、在北半球的夏半年，纬度（），白昼越长，白昼最长的一天为（） 7、在北半球的冬半年，纬度（），白昼越短，白昼最短的一天为（） 8、直接辐射的表达式为（）、散射辐射的表达式为（）。 9、太阳直射（）时，即为（）日，北半球有极夜现象。 10、到达地面的太阳散射辐照度随太阳高度角的增加而（），随 （）增加的而减少。 11、春分时赤纬为（），夏至时赤纬为（）。 12、太阳辐射随波长的分布大致可分为（），（），和（）。 三、多选题：（下列选项中至少要选择两项） 1、大气对太阳辐射的吸收具有选择性、其中（）（）（）（） a、水汽吸收最强是红外光； b、氧和臭氧对紫外光吸收很强； c、水汽吸收最强是紫外光； d、氧和臭氧对红外光吸收很强 2、大气对太阳辐射的吸收（）（）（）（） a、在平流层以上主要是氧和臭氧对紫外辐射的吸收； b、在对流层主要是水汽和二氧化碳对红外辐射的吸收； c、在平流层以上主要是氧和臭氧对红外辐射的吸收； d、在对流层主要是水汽和二氧化碳对可见光的吸收； 3、大气吸收的太阳辐射能（）（）（）（） a、是大气增温的直接热源； b、将转化成为热能而不再到达地面； c、多位于太阳辐射光谱的两端。 d、主要是太阳辐射的可见光部分。 4、影响水平面上的太阳直接辐射照度的因子有（）（）（）（） a、大气透明系数 b.土壤湿度c．粗糙度 d.太阳高度 5、某地纬度为30°N,春、秋分时，（）（）（）（）。 a、赤纬为0 ； b、赤纬为23.5°； c、正午的太阳高度角为60°； d、正午的太阳高度角为90°。 6、某地纬度为30°N,夏至时，（）（）（）（）。 a、赤纬为-23.5°； b、赤纬为23.5°； c、正午的太阳高度角为83.5°； d、正午的太阳高度角为90°。 6、影响地面净辐射的因素有（）（）（）（） ①太阳总辐射；②反射率；③大气辐射；④地面辐射。 四、改错（请将下列错误改正确） 1、冬至时，阳光直射赤道，这一天北半球白天和夜间的时间相等。 2、夏至时，阳光直赤道，这一天北半球白天和夜间的时间相等 3、水和二氧化碳能强烈地吸收太阳辐射。 4、天空散射辐射是长波辐射、大气逆辐射是短波辐射。 5、45°N，春分时，正午的太阳高度角是90°。 6、太阳辐射是大气增温的直接热源。 7、地面辐射是大气增温的直接热源。 8、感光性强的短日照植物，其临界光照长度长。 9、感光性强的长日照植物，其临界光照长度短。 五、判断题：（正确√，错误×） 1、大气按其本身的温度向外发射短波辐射。 第二章辐射 1、名词解释 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。 *任何温度在绝对零度以上的物体，都具有辐射的本领。 *辐射具有波粒二象性。其传播过程表现为波动性，与物质间相互作用表现为粒子性。辐射强度：单位时间内通过单位面积的辐射能量，即辐射通量密度。 太阳常数：日地平均距离上投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。 太阳高度角：太阳光线与地表水平面之间的最小夹角。 可照时数：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。 实照时数：地面上用日照计实际测量的日照时数。 光照时间：可照时数与曙暮光时间之和。 曙暮光：太阳光线在地平线以下0°-6°时，光通过大气散射到地表产生的光照度。大气质量：太阳光通过大气路径的长度与大气铅直厚度之比。 地面有效辐射：地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。 地面净辐射：在单位时间内，单位面积地面所吸收的辐射与放出的辐射之差，也称为地面辐射差额。 生理辐射（PAR）：能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和其他生理现象的太阳辐射波谱区。 光合有效辐射：在PAR区内量子能量使叶绿素粉紫呈激发状态，并将自身能量消耗在形成有机化合物上，这段波谱成光合有效辐射。波长在380-710nm之间。 2、定律理解 基尔霍夫定律：在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收率的比值，只是温度和波长的函数，而与物体的其他性质无关。 推论：1、不同性质的物体，放射能力较强的，吸收能力也较强，反之亦然。 2、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-波尔兹曼定律：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度的四次方成正比。 推论：物体温度越高，放射能力越强。 维恩位移定律：绝对黑体的放射能力最大值对应的波长与其本身的绝对温度成反比。推论：物体的温度越高，放射能量最大值的波长越短。 第一章大气 本章重点和难点：明确大气中各组成成分的作用，掌握二氧化碳浓度的变化规律。了解大气在铅直方向上各个层次的主要特点。 1.1 大气的组成 1.1.1 干洁大气的组成主要成分（前四种成分排序）；氧和臭氧的作用；二氧 化碳浓度的变化规律及其在农业生产上的意义。 1.1.2 水汽的作用 1.2 大气的铅直结构 大气铅直方向的分层依据；层次名称；各层温度的变化规律；对流层特点 第二章辐射 本章重点和难点：掌握辐射定律、太阳高度角、昼夜长短随纬度和季节的变化规律，学会太阳高度角、可照时间、太阳直接辐射、散射辐射、光和有效辐射的计算方法 2.1 辐射的基本知识 2.1.1 辐射的基本概念辐射单位：；黑体和灰体 2.1.2 辐射的基本定律 普朗克定律的意义、基尔霍夫定律推论、斯蒂芬-波尔兹曼定律意义、计算； 维恩定律意义。 2.2 太阳辐射 2.2.1 太阳常数和太阳辐射光谱 2.2.2 太阳辐射在大气的减弱 2.2.2.1 大气对太阳辐射的吸收 吸收辐射的物质；吸收的量很少（不是大气的主要热源） 2.2.2.2 大气对太阳辐射的散射 散射的概念；分子散射规律（能解释天空和海洋的颜色）；粗粒散射规律2.2.3 太阳视运动 太阳高度角定义、计算（特别是正午太阳高度角的计算） 2.2.4 到达地面的太阳辐射 2.2.4.1 到达地面的太阳辐射能量 大气质量数与透明系数的概念； 水平面与坡面太阳直接辐射通量密度表达式；影响因素 散射辐射的概念与影响因素；总辐射的概念与影响因素 2.2.4.2 地面反射辐射 反射率的影响因素 2.3 地面和大气辐射 2.3.1 地面辐射 地面长波辐射谱、强度、作用 2.3.2 大气辐射 大气辐射波噗谱、长度、作用；温室效应概念 2.3.3 地面有效辐射、概念、影响因素 2.3.4 地面净辐射 农业气象学复习资料 绪论 气象：大气中时刻进行着各种不同的物理过程，出现各种各样的自然现象，如风、云、雨雪、霜等物理现象，俗称气象。 气象学：是研究地球大气中所发生的各种物理现象和物理过程的本质及其变化规律的科学。 气候：是在一较长时间阶段中大气的统计状态。一般用气象要素（包括太阳辐射、温度、大气压力、湿度、风、云、降水）的统计量来表示。 气候学：是研究气候形成和变化规律，综合分析、评价各地气候资源及其与人类关系的学科。 天气：在一定地区和一定时间内，由各项气象要素一定的结合所决定的大气状态。 天气学：是研究天气过程发生发展规律，并运用这些规律预报未来天气的学科。天气是气候的基础，气候是天气的总和；天气是短时间内的大气过程，而其后是长时间的天气状况，气候具有一定的稳定性。 气象条件对农业生产的影响 1、农业生产的各个环节都与天气的好坏有直接的关系； 2、各种农作物每个发育阶段都要求一定量的 光照时数、热量和水分条件； 3、作物对养分的吸收和利用也依赖于气象因子的配合；4、光热水分条件决定地区气候资源，而这些资源又决定了作物在地理上的分布界限，种植制度与耕作方法；5、各种自然灾害都给农业生产造成不同程度的影响和损失； 农业气象学：是研究气象与农业生产之间的相互关系，并运用气象科学为农业生产服务，促进农业高产、稳产、优质的科学。 气象学常用研究分法 地理播种法；地理移植法或小气候栽种法；分期播种法；地理分期播种法；人工气候实验法；气候分析法；（此外还有卫星遥感和计算分析的一些新方法，如聚类分析；线性规划；模糊数学；系统论；决策论等。） 第一章地球大气 干洁大气：大气中除去水汽和杂志后混合气体叫干洁大气。其成分主要是N、O Ar，约占干洁大气总 容积的 99.97%。还有少量的二氧化碳、臭氧和其他气体。干洁大气中几种气体在气象学上的作用 （ 1）二氧化碳：具有较强的吸收长波辐射的能力，其含量的增减能影响地面和大气温度的变化。温室效应。（ 2）臭氧：能对紫外线辐射的吸收比较强，一方面可使得40-50km 高度上的气温显着增加，同时对 地面生物起着保护的作用；在对流层上部和平流层底部产生温室作用。 （ 3）水汽：具有很强的吸收长波辐射的能力，与二氧化碳共同对地面温暖起着十分重要的作用。此外，水汽三种形态的变化，伴随着潜能的吸收和释放，不仅引起大气中湿度的变化，同时，也引起热量的转移。 （ 4）杂质：能削弱太阳辐射能量；能成为水汽凝结的核心，促进水汽的凝结。 对流层的意义：集中了大约 80%的大气质量和几乎所有水汽含量，因此主要天气现象的发生都在这一 层。其特点有：（ 1）气温虽高度增加而减小。（ 2）空气有规则的垂直运动和无规则的乱流运动都相当显着。（3）温度和湿度等气象要素水平分布不均匀。 大气质量：假定大气是均匀的，即大气密度不随高度而变化，并以0C时、一个标准大气压下的空气 密度1.293kg/m3作为标准密度，通话理论计算得到的大气厚度约为8000m单位截面积的大气柱的质 量为10344 kg/m3,而整个地球大气的总质量大约有 5*10 （15次方）t。大气质量绝大部分集中在从地面到30km左右高度的大气层中。 第二章辐射复习题 一、名词解释题： 辐射；黑体、灰体;辐射通量密度；太阳高度角；可照时数；太阳常数；大气质量数；大气透明度；地球辐射；大气天窗；地面有效辐射；地面净辐射；光合有效辐射；光照时间；光饱和点；光补偿点；光能利用率；植物光周期现象；大气逆辐射；太阳直接辐射；温室效应；实照时数；日照百分率；可照时数;分子散射和漫射;太阳方位角；赤纬；时角;长日照植物,短日照植物,中日照植物 二、问答题： 1、试说明黑体辐射各定律及其物理意义。 2、在雪面上撒煤粉为什么可以加速雪的融化? 3、为什么早晚太阳呈红黄色，而中午呈耀眼的白色? 3、到达大气上界的太阳辐射与哪些因素有关？ 4、在北半球，为什么夏天地球离太阳远，反而气温高，而冬季地球离太阳近， 反而气温低? 5、太阳辐射能在通过大气时，受到哪些削弱作用?其削减规律如何? 6、写出直接辐射、散射辐射和总辐射的定义表达式，试述其分布特征及影响因 子。 7、大气中吸收太阳辐射和地面辐射的物质分别主要有哪些? 8、地面有效辐射值受哪些因子影响？ 9、在什么情况下地面有效辐射为负值? 10、地面辐射差额的日，年变化和随纬度的分布情况？ 11、地面得到太阳辐射能的多少主要与哪些因子有关？ 12、北半球夏半年得到太阳辐射量最多的是哪个纬度地区？为什么？ 13、写出地面辐射差额的定义表达式，并讨论其意义。 14、解释天空有时呈蔚蓝色有时呈乳白色，旭日和夕阳呈红色的原因？ 15、可照时数随纬度和季节变化的规律？ 三、计算题： 1.求太阳（T＝6000K）和地球大气（t=7℃）的辐射强度和最大辐射波长？ 2.求冬至和夏至日在纬度20°、45°、60°的正午太阳高度角？ 3.大气透明系数为0.8，太阳高度角为30°，求水平面上的太阳直接辐射强度，天空散射辐射强度和总辐射强度各是多少？ 4.广州（23.5°N）夏至时，当大气透明系数为0.8时，求正午地面上的太阳直接辐射强度和天空散射辐射强度？ 第二章辐射 一、名词解释题： 1. 辐射：物体以发射电磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由辐射所传输的能量称为辐射能，有时把辐射能也简称为辐射。 2. 太阳高度角：太阳光线与地平面的夹角。是决定地面太阳辐射通量密度的重要因素。在一天中，太阳高度角在日出日落时为0，正午时达最大值。 3. 太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角。以正南为0，从正南顺时钟向变化为正，逆时针向变化为负，如正东方为－90°，正西方为90°。 4. 可照时间：从日出到日落之间的时间。 5. 光照时间：可照时间与因大气散射作用而产生的曙暮光照射的时间之和。 6. 太阳常数：当地球距太阳为日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线平面上的太阳辐射能通量密度。其值为1367瓦/米2 。 7. 大气质量数：太阳辐射在大气中通过的路径长度与大气铅直厚度的比值。 8. 直接辐射：以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。 9. 总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。 10. 光合有效辐射：绿色植物进行光合作用时，能被叶绿素吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成分。 11. 大气逆辐射：大气每时每刻都在向各个方向放射长波辐射，投向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。 12 . 地面有效辐射：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，即地面净损失的长波辐射。 13. 地面辐射差额：某时段内，地面吸收的总辐射与放出的有效辐射之差。 二、填空题： 1. 常用的辐射通量密度的单位是(1) 。 2. 不透明物体的吸收率与反射率之和为(2) 。 3. 对任何波长的辐射，吸收率都是1的物体称为(3) 。 4. 当绝对温度升高一倍时，绝对黑体的总辐射能力将增大(4) 倍。 5. 如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为6000K，地面温度为300K，则太阳 表面的辐射通量密度是地表面的(5) 倍。 6. 绝对黑体温度升高一倍时，其辐射能力最大值所对应的波长就变为原来的(6) 。 7. 太阳赤纬在春秋分时为(7) ，冬至时为(8) 。 8. 上午8时的时角为(9) ，下午15时的时角为(10) 。 9. 武汉(30°N)在夏至、冬至和春秋分正午时的太阳高度角分别为(11) ，(12) 和(13) 。 10. 冬半年，在北半球随纬度的升高，正午的太阳高度角(14) 。 11. 湖北省在立夏日太阳升起的方位是(15) 。 12. 在六月份，北京的可照时间比武汉的(16) 。 13. 在太阳直射北纬10°时，北半球纬度高于(17) 的北极地区就出现极昼。 14. 由冬至到夏至，北半球可照时间逐渐(18) 。 15. 光照时间延长，短日照植物的发育速度就会(19) 。 16. 在干洁大气中，波长较短的辐射传播的距离比波长较长的辐射传播距离(20) 。 17. 随着太阳高度的降低，太阳直接辐射中长波光的比(21) 。 18. 地面温度越高，地面向外辐射的能量越(22) 。 19. 地面有效辐射随空气湿度的增大而(23) ，随地面与空气温度之差的增大而(24) ，随风速的增大而(25) 。 文章编号:1006-7639(2003)-03-0074-05 大气边界层气象学研究综述 张 强 (中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃兰州 730020) 摘 要:文中回顾了大气边界层气象学的发展历史,总结了目前大气边界层气象学的主要进展,并指出国内外在未来大气边界层气象学研究方面面临的一些主要科学问题,以及对未来大气边界层气象学的发展方向提出若干建议,同时还指出了大气边界层气象学在思想上和方法上应该注意的一些相关问题。 关键词:大气边界气象学;研究进展;主要问题;发展方向中图分类号:P404 文献标识码:A 引 言 什么是边界层?广义讲:在流体介质中,受边界相对运动以及热量和物质交换影响最明显的那一层流体。具体到大气边界层,是指受地球表面摩擦以及热过程和蒸发显著影响的大气层。大气边界层厚度,一般白天约为1.0km ,夜间大约在0.2km 左右,地表提供的物质和能量主要消耗和扩散在大气边界层内。大气边界层是地球-大气之间物质和能量交换的桥梁。全球变化的区域响应以及地表变化和人类活动对气候的影响均是通过大气边界层过程来实现的。 1 大气边界层气象学发展历史 大气边界层气象学是大气科学中一门重要的基础理论学科,大气边界层气象学的发展,不仅受到观测系统和探测技术的制约,也受到数学、物理学等基础支撑学科发展水平的影响,并随着它们的发展而发展。大气边界层气象学是以湍流理论为基础的,研究大气和它下垫面(陆面和洋面)相互作用以及地球—大气之间物质和能量交换的一门新型气象学科分支。 什么是湍流?英文湍流为“turbulence ”,日文为“乱流”,湍流简单定义:流体微团进行的有别于一般宏观运动的不规则的随机运动,从宏观上看,它没 有稳定的运动方向,但它能够象分子运动一样通过其随机运动过程有规律地传递物质和能量。从1915年由Taylor [1]提出大气中的湍流现象到1959年Priestley [2]提出自由对流大气湍流理论,可以说,到20世纪50年代以前经典的湍流理论基本上已经形成。以后,湍流理论基本上再没有出现大的突破。 1905年Ekman [3]从地球流体力学角度提出了著称于世的Ekman 螺线,在此基础上形成了行星边界层的概念,他的基本观点仍沿用至今。1961年,Blackadar [4]引入混合长假定,用数值模式成功地得 到了中性时大气边界层具体的风矢端的螺旋图象。 行星边界层的提出使人们认识到了大气边界层在大气中的特殊性和一些奇妙的规律。 从20世纪50年代开始,由于农业、航空、大气污染和军事科学的需要,掀起了大气边界层研究的高潮。1954年,Monin 和Obukhov [5]提出了具有划时代意义的Monin —Obukhov 相似性理论,建立了近地层湍流统计量和平均量之间的联系。1982年,Dyer [6]等利用1976年澳大利亚国际湍流对比实验ITCE 对其进行完善,使得该理论有了极大的应用 价值。1971年Wyngaard [7]提出了局地自由对流近似,补充了近地面层相似理论在局地自由对流时的空白。 从20世纪70年代开始,随着大气探测技术和研究方法的发展,特别是雷达技术,飞机机载观测, 收稿日期:2003-07-23;改回日期:2003-09-10 作者简介:张强(1965-),男,甘肃靖远人,研究员,主要从事大气边界层、陆面过程、绿洲气象学、中尺度数值模拟和城市大气环境等领域 的研究. 第21卷 第3期2003年9月 干 旱 气 象ARID M ETEOROLO GY Vol.21 NO.3Sep ,2003 1．什么是气象学P1 气象学是研究气象变化特征和规律的科学，是农业气象学的基础之一 什么是农业气象学 农业气象学是研究气象与农业生产之间的相互关系，并运用气象科学为农业生产服务，促进农业高产、稳产、优质的科学。（百度） 2.农业气象学发展趋势P7 （1）更加关注全球变化，特别是气候波动与变化对发展中国家农业生产的影响，在农业气象适应对策和技术方面将取得重要的突破 （2）更加关注农业系统，尤其是脆弱农业生态系统的保护和恢复，需要加强有关生态恢复与优化的农业气象研究 （3）发展中国家农业气象事业将形成比较完整和具有特色的科技体系，总体水平有较大提高，区域性学术交流与技术合作广泛开展 （4）现代信息技术在农业气象研究与业务中广泛应用，全球农业气象观测和业务基本实现自动化、信息化和智能化，主要服务对象由政府机构转移到农户并部分实现市场化 （5）农业气象研究与现代生物技术紧密结合并取得重要突破，动物、昆虫和微生物等薄弱领域的生物气象研究明显加强 （6）减轻自然灾害的影响成为最优先的业务领域 3.大气污染P12 大气污染是指人类活动或自然过程，使排放到大气中的物质、浓度及持续时间超过了大气环境的容许量，直接或间接地对人类生产生活产生不良影响的现象 4.气溶胶粒的主要作用P12 （1）吸收太阳辐射，使空气温度升高 （2）吸收地面长波辐射，并发射大气逆辐射，补充地面因发射辐射而失去的能量 （3）降低大气透明度，影响大气能见度 （4）作为大气中水汽发生凝结的凝结核对云、雾及降水的形成有重要意义 5.对全球气候的影响P13 （1）酸雨 酸雨是指PH<5.6时的降水 形成原因：酸雨的形成除了与大气中酸性物质浓度大小及其转化条件有关，还与气象条件和地形有关。气温高的地区SO2容易转化为硫酸，土壤属酸性，大气中碱性物质含量较少，有利于酸雨形成 影响：河流、湖泊酸化 危害植物生长，双子叶作物受害大于单子叶作物 降低土壤肥力，使土壤酸化 严重腐蚀城市建筑物、机器、桥梁和艺术品 （2）温室效应 温室效应是指大气吸收地面长波辐射之后，同时向宇宙和地面发射辐射，对地面起保暖增温作用。 形成原因：温室气体有CO2、甲烷、水汽等某气象雷达站辐射环境影响评价
环境影响报告表
项目名称：天气雷达建设项目
建设单位：***********
编制日期：**年**月**日
项目名称 单位名称 通讯地址 法人代表 联 系 人 立项审批部门 建设性质 占地面积 总投资
**天气雷达建设项目 ** **
电磁技术应用的目的和任务
随着全国*****天气雷达网的逐步建设， *****多普勒天气雷达建设效益日益凸显， 大大提高了台风、暴雨、冰雹、雷暴、龙卷风等灾害性天气监测、预警、预报和服务 能力，对航空安全、军事行动、林业生态、水利水文、云水资源利用等都产生显著效 益。从发达国家对多普勒天气雷达的使用情况看，其预测强对流灾害性天气的短时预 报准确率在现有基础上至少可提高 3%～5%，时效能提前几十分钟到数小时，这能为政 府各部门及人民群众采取准确、及时的防范措施提供科学依据。
1
前 言
为了保护环境和公众利益,根据《中华人民共和国放射性污染防治法》《中华人民 、 共和国环境影响评价法》《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》 、 ，以及《**省 辐射环境管理办法》等对伴有辐射建设项目环境管理的规定和要求，进一步完善相关 的环保手续，编制了《**气象雷达建设项目辐射环境影响报告表》 。
编制依据
1.《中华人民共和国环境保护法》 ；1989 年； 2.《中华人民共和国环境影响评价法》 ，2003 年； 3.《建设项目环境保护管理条例》 ，国务院令第 253 号；1998 年； 4.《电磁辐射环境保护管理办法》 ，国家环境保护局令第 18 号；1997 年； 5.《电磁辐射防护规定》 （GB8702-88） ，国家环境保护局，1988 年； 6.《辐射环境保护管理导则－电磁辐射监测仪器和方法》 （HJ/T10.2—1996） ； 7. 《辐射环境保护管理导则－电磁辐射环境影响评价方法与标准》 （HJ/T10.3—1996） ；
2边界层气象学试题库
农业气象学复习
2002年中国气象辐射资料年册
什么是边界层
气象学复习题-补充
农业气象学试题
气象辐射学.
城市边界层气象 第2章 城市辐射特征汇总
农业气象学测试题第二章
气象学复习题 补充
农业气象学复习重点
农业气象学复习资料整理
第二章辐射复习题
气象学试题2
大气边界层气象学研究综述
气象学
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