大气辐射学1
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大气辐射学
大气辐射学是研究大气中的辐射传输现象的学科,主要研究太阳辐射、地球辐射和大气中的辐射传输过程。
它是大气物理学和气候学的重要分支。
大气辐射学的主要研究内容包括以下几个方面:
1. 太阳辐射:太阳辐射是地球上最主要的能量来源,大气辐射学研究太阳辐射的强度、能量分布和光谱特性等,以及大气中对太阳辐射的吸收、散射和透射等过程。
2. 地球辐射:地球辐射是地球表面向大气以及太空输送的能量,大气辐射学研究地球辐射的特性、分布和变化等,以及大气中对地球辐射的吸收、反射和散射等过程。
3. 辐射传输:大气中的辐射传输是指太阳辐射和地球辐射在大气中的传播过程,大气辐射学研究辐射在大气中的吸收、散射和透射等过程,以及这些过程对大气温度、湿度和气候等的影响。
4. 辐射平衡:大气辐射学研究大气中辐射能量的收支平衡,即太阳辐射和地球辐射的能量输入与输出之间的平衡关系,以及这种平衡对大气的能量分布和热力学过程的影响。
大气辐射学的研究对于理解和模拟大气的物理过程、预测气象和气候、开展环境保护和利用太阳能等方面具有重要意义。
习题1、由太阳常数S 0'=1367 W/m 2,请计算:①太阳表面的辐射出射度;②全太阳表面的辐5儿射通量;③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度(P66):辐射通量密度(W/m 2) 任意距离处太阳的总辐射通量不变:-rs Fs = 4- d 0 SdpS g_ 2-21.496 1011m1367Wm8 26.96 10 m:6.316 107Wm ,2-4:r s F s=4 3.1415926 6.96 108m 2 6.316 107Wm , = 3.84 1026W6 2_2二 r e 2S 0 3.1415926 6.37 10 m 1367Wm26:」s3.8445 10 W答案:①6.3x107W/m 2;②3.7X1026W ;③4.5汇10」°,约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射(通量密度)在近日点时(d 1=1.47 108km )为3,在远日点S 1 _ So时(d 2=1.52 10 km )为S2,求其相对变化值 一 2是多大。
答案:6.5%S 1同 1( 1):「s F s = 4.53 1040=1—邑SS1‘一4二d; 4nd;彳1.472=1 _ 21.5221 —0.9353706473、有一圆形云体,直径为2km,云体中心正在某地上空1km处。
如果能把云底表面视为7C 的黑体,且不考虑云下气层的削弱,求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m2云体:余弦辐射体+立体角根据:2 二F T LCOSB」12。
. 0./4Lcos)sin0 0_ ■ L_ 2又由绝对黑体有F T4f L所以此云在该地表面上的辐照度为1 _8 4= 3^5.6696x10 汉(7+273)二仃4Wm,4、设太阳表面为温度5800K的黑体,地球大气上界表面为300K的黑体,在日地平均距离d0=1.50 >108km时,求大气上界处波长’=10」m的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气辐射复习思考题(王普才)1.大气辐射的基本定律有哪些?Planck定律、Stefan-Boltzmann定律、Kirchhoff定律、Wien位移定律。
2.辐射理论和电磁场理论有什么联系?辐射能量是以电磁波的形式在空间中进行传输的,因此电磁场理论是辐射理论的基石(Maxwell方程组),对于UV到MW波段的电磁波,在波长较短的范围内辐射理论更广泛使用(Planck定律)而在长波长范围内电磁场理论更加广泛使用(Maxwell方程组),这是因为在短波长范围内,所关心的更多的是其诸如发射率、辐射出射度等辐射特性,而在长波长范围更多地是研究其诸如偏振等电磁特性。
这是由于电磁波的波粒二象性所决定的。
但总而言之,辐射理论是由电磁场理论得出的,各种辐射特性和理论的物理本质要归结于电磁场与电磁波的各种理论之中。
3.列举测量辐射强度(辐亮度)和辐射通量密度(辐照度)的仪器。
辐亮度:太阳光度计,如AERONET联网的标准CE318或手持式CE312辐照度:总辐射表4.米(Mie)散射有什么特点?分子散射有什么特点?Mie散射发生的条件是波长与粒子尺寸相当时发生的散射,散射强度与波长的平方成反比,且前向散射强度大于后向散射。
在地球大气中,太阳光发生Mie散射的粒子主要是气溶胶。
Rayleigh散射(分子散射)发生的条件是波长远大于粒子尺寸,散射强度与波长的四次方成反比,前向散射与后向散射强度相当。
在地球大气中,太阳光发生Rayleigh散射的粒子主要是气体分子。
5.分子能级包含哪些能级?各有什么特点?根据分子内部原子核或核外电子运动的方式不同可以分为:转动能级、振动能级和电子能级,分别对应发生能级跃迁时转动能、振动能和电子能(一般能级跃迁时不涉及平动能变化)。
转动能级变化所对应吸收或发射的光谱波段位于微波或远红外波段;振动能级则位于中红外波段(很少独立产生,常伴随转动跃迁);能量最大的电子能级位于可见光和紫外波段。
高一地理大气辐射知识点大气辐射是地球上的重要能量传递方式之一,它对于地球气候和生态系统的运行具有重要影响。
了解大气辐射的基本概念和知识点,对于理解地球的能量平衡和气候变化具有重要意义。
本文将介绍高一地理课程中的大气辐射知识点,帮助大家更好地理解这一概念。
一、大气辐射的基本概念大气辐射是指太阳辐射经过大气层传播而到达地球表面的过程。
太阳辐射将地球表面加热,并引起大气运动、水循环以及其他气候变化。
大气辐射主要包括可见光、红外线和紫外线三种辐射类型。
其中,可见光是太阳辐射的主要组成部分,红外线和紫外线辐射则具有重要的生物和物理效应。
二、大气辐射的主要特征大气辐射的特征包括辐射强度、入射角度、反射和吸收等。
辐射强度表示单位时间内某一面积的辐射能量。
太阳辐射在不同经纬度和季节的入射角度不同,这会导致地球表面不同区域的辐射分布不均匀。
地球表面对太阳辐射的反射和吸收也会影响大气辐射的传播和分布。
三、大气辐射对地球的影响大气辐射对地球的影响体现在能量平衡、气候变化和生态系统三个方面。
能量平衡是指太阳辐射和地球表面辐射之间的平衡关系。
通过对大气辐射的观测和分析,科学家可以了解能量平衡的变化情况,进而研究气候变化和全球能量循环等重要问题。
大气辐射还能够影响地球的气候变化,例如太阳辐射的变化会引起全球气温的变化,从而影响气候型态和季风等气候现象。
此外,大气辐射对生态系统的运行也具有重要作用,例如对植物的生长和动物的生态适应等。
四、大气辐射的观测方法为了了解大气辐射的分布和变化情况,科学家使用多种观测方法进行研究。
例如,通过太阳辐射计和红外辐射计等仪器可以测量大气辐射的强度和频谱特征。
同时,气象卫星也可以获取大气辐射的遥感信息,提供全球范围的观测数据。
这些观测方法的应用,为我们研究大气辐射的特性和变化提供了重要的数据支持。
总结:大气辐射是地球气候和生态系统运行的重要能量传递方式,理解大气辐射的基本概念和知识点对于我们认识地球的能量平衡和气候变化至关重要。
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2,请计算:①太阳表面的辐射出射度;②全太阳表面的辐射通量;③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度(P66):辐射通量密度(W/m 2) 任意距离处太阳的总辐射通量不变:()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案:①6.3⨯107W/m 2;②3.7⨯1026W ;③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射(通量密度)在近日点时(d 1=1.47⨯108km )为S 1,在远日点时(d 2=1.52⨯108km )为S2,求其相对变化值121S S S -是多大。
答案:6.5%同1(1):221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体,直径为2km ,云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体,且不考虑云下气层的削弱,求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体:余弦辐射体+立体角 根据:202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体,地球大气上界表面为300K 的黑体,在日地平均距离d 0=1.50×108km 时,求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气辐射学课后答案.(总10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--2习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2,请计算:①太阳表面的辐射出射度;②全太阳表面的辐射通量;③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度(P66):辐射通量密度(W/m 2) 任意距离处太阳的总辐射通量不变:()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案:①?107W/m 2;②?1026W ;③?10?10, 约占20亿分之一。
32、设大气上界太阳直接辐射(通量密度)在近日点时(d 1=?108km )为S 1,在远日点时(d 2=?108km )为S2,求其相对变化值121S S S -是多大。
答案:%同1(1):221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体,直径为2km ,云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体,且不考虑云下气层的削弱,求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体:余弦辐射体+立体角 根据:202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰4又由绝对黑体有4T F T L σπ== 所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体,地球大气上界表面为300K 的黑体,在日地平均距离d 0=×108km 时,求大气上界处波长?=10?m 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气程辐射
大气层辐射是指地球大气层中的辐射过程,包括地球的辐射向太空的出射辐射以及太阳辐射进入大气层而被散射、吸收和反射的过程。
地球的辐射向太空的出射辐射主要有两部分,一部分是地球表面的长波红外辐射,即地面发出的地表辐射,另一部分是大气层发出的大气辐射。
大气辐射包括对流层和平流层的辐射,其中对流层的辐射主要来自于云层和大气气体的辐射,平流层的辐射主要来自于大气中的气体成分。
太阳辐射进入大气层后,部分被大气吸收和散射,剩余的部分到达地球表面,其中一部分被地表吸收,一部分被反射回太空。
大气层中的散射和吸收过程会影响太阳辐射的传输和分布,进而影响地球表面的热量平衡和气候变化。
大气层辐射是地球系统中重要的能量交换过程,对地球的能量平衡和气候变化具有重要影响。
通过对大气层辐射的观测和研究,可以了解地球能量平衡和气候变化的机制,为气候预测和环境保护提供科学依据。
习题1、由太阳常数λ,0S =1367 W/m 2,请计算:①太阳表面的辐射出射度;②全太阳表面的辐射通量;③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。
①辐射出射度(P66):辐射通量密度(W/m 2) 任意距离处太阳的总辐射通量不变:()()2200200221122872441.4961013676.96106.31610s s s s sr F d S d S F r m Wm m Wm ππ--Φ===⨯⨯=⨯≈⨯②()228722644 3.1415926 6.9610 6.316103.8410s s sr F m Wm Wπ-Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=⨯③()262226103.1415926 6.371013673.8445104.5310e sm Wm r S Wπ--⨯⨯⨯=Φ⨯=⨯答案:①6.3⨯107W/m 2;②3.7⨯1026W ;③4.5⨯10-10, 约占20亿分之一。
2、设大气上界太阳直接辐射(通量密度)在近日点时(d 1=1.47⨯108km )为S 1,在远日点时(d 2=1.52⨯108km )为S2,求其相对变化值121S S S -是多大。
答案:6.5%同1(1):221122122112122224414141.471 1.5210.93530.0647d S d S S S SS S d d ππππ=-=-=-=-≈-=3、有一圆形云体,直径为2km ,云体中心正在某地上空1km 处。
如果能把云底表面视为7℃的黑体,且不考虑云下气层的削弱,求此云在该地表面上的辐照度。
174W/m 2云体:余弦辐射体+立体角 根据:202/4cos cos sin 2T F L d L d d Lπππθθθθϕπ=Ω==⎰⎰⎰又由绝对黑体有4T F T L σπ==所以此云在该地表面上的辐照度为()448221 5.66961072732174T E Wm σ--==⨯⨯⨯+=4、设太阳表面为温度5800K 的黑体,地球大气上界表面为300K 的黑体,在日地平均距离d 0=1.50×108km 时,求大气上界处波长λ=10μm 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。
大气辐射原理
大气辐射是地球上的一种重要能量传输方式,它对地球的能量
平衡和气候变化起着至关重要的作用。
了解大气辐射原理对于气候
变化研究和环境保护具有重要意义。
首先,我们需要了解大气辐射的基本原理。
大气辐射是指太阳
辐射穿过大气层到达地球表面,并被地球表面重新辐射出去的过程。
太阳辐射主要是可见光和紫外光,而地球表面的辐射则主要是红外光。
大气层对这些辐射的吸收和散射会影响地球的能量平衡。
其次,大气辐射的影响因素有哪些呢?首先是大气的组成。
大
气主要由氮气、氧气、水蒸气、二氧化碳等组成,不同成分对辐射
的吸收和散射作用不同。
其次是大气的厚度和温度。
大气层的厚度
和温度会影响辐射的传播和吸收过程。
此外,地球表面的性质也会
影响辐射的反射和吸收,比如云层、地表覆盖物等。
大气辐射对地球气候的影响是复杂而微妙的。
太阳辐射的变化
会影响地球的能量收支,从而导致气候的变化。
而大气层的温室效
应则会影响地球表面的辐射平衡,进而影响气候的变化。
因此,我
们需要深入研究大气辐射原理,以更好地理解气候变化的机理,为
环境保护和气候调控提供科学依据。
总之,大气辐射原理是地球气候系统中的重要组成部分,对地球的能量平衡和气候变化有着重要影响。
了解大气辐射原理对于气候变化研究和环境保护具有重要意义。
希望通过本文的介绍,能够让读者对大气辐射原理有一个初步的了解,进而对气候变化有更深入的认识。