第二章大气的热能与温度201033

v=
波长
频率
辐射的度量和单位： 辐射通量、辐射通量密度
辐射通量（F）：
定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。 单位：J·s-1或W 辐射通量密度（E）
dF dQ E ds dsdt
定义：单位面积上的辐射通量 单位： J·s-1·-2或W·-2 m m
光通量、光通量密度、照度 ★ 光通量及单位 单位：流明（lm） ★ 光通量密度及单位 单位面积上的光通量，称为照度 单位：流明/米2（lm·-2）， m lx，音译为勒克斯，1 lx=1 lm·-2 m ★ 一只40W的普通白炽灯的光通量为350～470lm, 而一只普通直管型荧光灯光通量为2800lm，是白 炽灯的6～8倍。 表征辐射通量而产 生光感觉的量
拉萨街头
气溶胶粒子的漫射
太湖日出
3、大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射 参与反射作用的物质： 大气中较大的尘粒和云滴、云层 云的反射作用 其反射能力随云状、云量和云厚而不同。云 量愈多，云层愈厚，反射愈强。云层平均反射率
为50%～55%（高云反射率约25%、中云50%、低云
65%）厚云层反射可达90%。
第一节
太阳辐射
这种现象会导致人们夜晚难以入睡，扰乱人 “万物生长靠太阳”自然界发生的一切物理过 程和物理现象,以及一切生物的生命现象和生命活 体正常的生物钟。还会伤害鸟类和昆虫，强 动都直接或间接地以太阳、地面和大气的辐射能量 光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程,人造 作为自己的能源基础。 光让“白天”时间延长，对于像猫头鹰这类 的夜行性鸟类来说，是十分可怕的。因为这 玻璃反射光即是所说的光污染。国际上一般将光 被迫使它们的昼夜节律发生改变，生理发育 污染分成三类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。 的改变也就是不容臵疑的。

辐射是能量传播的方式之一，并 且是太阳能传输到地球的唯一方式。
K=273+℃
2.辐射的波粒二项性：

辐射的波动性 辐射的粒子性
辐射的波动性
电磁波的性质是用波长（ λ）和频率（ν）表示 波长的单位μm(微米）或nm(纳米） 频率的单位是：赫兹 1 μm=10-6m 1nm= 10-9m

第二章
大气的热能和温度
大气的冷暖变化，在空间分布上不均衡，在时间上存在周 期性变化和非周期性变化。 问题：这种变化是怎样形成的?能量来自何处?
本章将介绍地球上热量的基本来源太阳辐射，并着重分析 太阳辐射通过下垫面引起大气增温、冷却的物理过程。在 此基础上，再讨论大气温度随时间变化和空间分布的一般 规律。
e h e h c
h：普朗克 常数
h=6.63× 10-34 J· S 例：0.4μm是可见光中的蓝紫光，它的每个光量子 所含能量是多少？ e=hc/λ =6.63×10-34J.S×3.0×108m/s /0.4×10-6m =4.97×10-19J

3.有关辐射的基本物理量
辐射通量： 单位 焦耳/秒
Qa Qr Qt 1 Q Q Q
Qa Qr Qt 1 Q Q Q
式中左边第一项 项
Qr r Q
Qa Q 为吸收率；第二
，称为反射率(物体反射的辐射与投
Qt t ，称为 射于其上的总辐射之比)；第三项 Q
透射率(透过物体的辐射与投射于其上的总辐射 之比) .
即
a + r + t=1
物体对辐射吸收、反射、透射的选择性：
同种物体对不同波长的辐射有不同的吸收率、反射率、 透射率。 例如：
雪面对红外线 雪面对可见光

第二章大气的热能和温度[主要内容]本章主要讨论与大气温度有关的辐射能量及其转化，说明了大气温度变化的原因，揭示了大气温度的时空分布规律。

[名词解释]辐射、辐射能、辐射强度、辐射通量密度、黑体、太阳常数、直接辐射、散射辐射、总辐射、行星反射率、大气窗口、地面有效辐射、干绝热直减率、湿绝热直减率、泊松方程、位温、假相当位温、大气稳定度、气温的日较差、气温的年较差、热赤道、逆温1.辐射：自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。

2.辐射能：通过电磁波的方式传输的能量。

3.辐射强度：单位时间内，通过垂直于选定方向上的单位面积（对球面坐标系，即单位立体角）的辐射能。

4.辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量。

5.黑体：在任何温度下，完全吸收任何波长的外来辐射而无任何反射的理想物体。

6.太阳常数：在大气上界日地距离处，垂直于太阳光线的1cm2面积内，1min内获得的太阳辐射能量。

7.直接辐射：太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。

8.散射辐射：经过散射后自天空投射到地面的太阳辐射。

9.总辐射：直接辐射和散射辐射之和。

10.行星反射率：全球平均而言，太阳辐射约有30%被散射和漫射回宇宙，称之为行星反射率。

11. 大气窗口：大气在整个波长段，8-12μm处吸收率最小，透明度最大。

12. 地面有效辐射：地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射只差。

13. 干绝热直减率：干空气和未饱和的湿空气气块绝热上升单位距离时的温度降低值。

14. 湿绝热直减率：饱和湿空气绝热上升的直减率。

15. 泊松方程：即干绝热方程，即绝热变化时温度随气压变化的具体规律。

16. 位温：气压在1000hPa处所具有的温度。

17. 假相当位温：当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热使原气块的位温提高到了极值，这个数值称为假相当位温。

18. 大气稳定度，气块受任何方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度。

散射能力与波长的对比关系是：对于一定大小的 分子来说，散射能力和波长的四次方成反比，这种散 射是有选择性的，称为分子散射。 Iλ＝C/λ4
⑵粗粒散射，也称为漫射 粗粒散射， 粗粒散射为非对称的形式，向射入光方向伸长。 散射质点愈大，这种偏对称的程度更加增大。如果太 阳辐射遇到的直径比波长大一些的质点，辐射虽然也 要被散射，但这种散射是没有选择性的，即辐射的各 种波长都同样地被散射。例如，当空气中存在较多的 尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使 天空呈灰白色。
2.散射辐射 散射辐射
散射辐射的强弱也和太阳高度角及大气透明度有关。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。
3.大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射： 大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射： 大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射 大气中云层和较大颗粒的尘埃能将太阳辐射中一 部分能量反射到宇宙空间去。其中云的反射作用最为 显著，太阳辐射遇到云时能反射太阳辐射的一部分或 大部分。反射光呈白色。云的反射能力随云状和云的 厚度而有很大的不同，高云反射率约为25％，中云为 50％，低云为65％，稀薄的云层也可反射10—20％。 随着云层增厚反射增强，厚云层反射可达90％，一般 情况下云的平均反射率为50—55％，
1.直接辐射 直接辐射：太阳直接辐射的强弱和许多因子有关，其中 直接辐射 最主要的有两个，即太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：
在地面为标准气压(1013hpa)时，太阳光垂直投射 到地面所经路程中单位截面积的空气柱内的质量，一 般称为一个大气质量。 m＝oc/oa ＝1/cosh1 ＝ 1/sinh2 (h2 ＝0,本式不成立)