【气象学】第七章 大气辐射

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。

第七章大气能量学解：内能和动能通过进行转换，位能和动能通过进行转换，解：大气的能量最终来源于太阳辐射，太阳辐射首先增加大气的全位能，然后通过穿越等压线做功才能使得有效位能转换成大气的动能共大气运动消耗。

由于地球的旋转作用产生科氏力，科氏力使得大气不能完全有效地做穿越等压线的运动，降低了气压梯度力的做功效率，所以它降低了大气能量过程的转换效率。

解：不能，要通过穿越等压线做功才能发生转换。

解：解：解：垂直运动可以引起位能和动能转换，但在净力平衡条件下，不能单独存在垂直运动使得这种能量转换发生，因为动能的增加必然使得位能改变，这将破坏内能和位能的比例，这样全位能也不能改变。

解：推导证明。

由定义。

由定义。

由定义。

*,p p hhh v vhv h vR zdp dzp pdz hp c Tdzc I c TdzR so hp I c ρρ***Φ=+=-+=Φ=-+⎰⎰⎰⎰⎰h hp p 0＝**,h vp v p h vR P I hp I I c c c R c so P hp I c *****Φ+=-++=+=-+＝00022222211111222111(1)221*,,(1)2hp p p h p p p aa v vv vhp p v a v vK V dz Vdp V dpg gc c c RM Tdp M c Tdz c g c c c c I c Tdz so K M I c c ρρρ***====-==-⎰⎰⎰⎰⎰⎰h h hp p p 00＝0.3解:22222,)(,)(,)(,)x x x y y x x x y y x x x x x y y y y xββββ∂∇ψ∂ψψ∇ψ+∂∂∂∂∂ψ∂∂ψ∂ψψ∇ψ+∂∂∂∂∂∂∂∂∂ψ∂∂∂ψ∂ψψψψ∇ψ+ψ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ψ∂ψ∂∂ψ∂∂∂ψ∂ψ∂∂ψ∂ψψψ-ψψ∇ψ+ψ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+J(＝0t +)+J(＝0t +)+J(＝0t t -+)+J(＝0t t t t22211[(][(],)2211[(][(],)221[(],)2x x x y y y x x y x x y y x u v x x y y xβββ∂∂∂ψ∂∂ψ∂∂∂ψ∂∂ψ∂ψψψ-ψψ∇ψ+ψ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ψ∂∂ψ∂∂∂ψ∂∂∂ψ∂ψ-+ψψψψ∇ψ+ψ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ψ∂∂∂ψ∂ψ+ψψψψ∇ψ+ψ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂222222-)+)+J(＝0t t t t ))＝++J(t t t t )＝++J(t t t 2222221[(]21[(](()21[(](()()21[(](()[2u v v u x x t y y t y x x u v V t x u v V V t x u v V t βββ∂∂∂ψ∂∂∂ψ∂∇ψ∂∇ψ∂ψ+ψψψ+ψ+ψ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂ψ∂ψ+∇∙ψ∇ψ∙∇∇ψ+ψ∂∂∂∂∂ψ∂ψ+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ-∇ψ∇∙ψ+ψ∂∂∂∂∂ψ+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ-∂∂22222222)＝++t )＝)+t )＝)+t )＝)+t 22222()()]1[(](()[()(()]21[(](()2()1[(](()[2u v x y x u v u v V V t x y x u v V t xf f y x u v V t x ψψβψψββ∂∂∂ψ∇ψ++ψ∂∂∂∂∂ψ∂∂∂ψ+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ-∇ψ∙∇+++ψ∂∂∂∂∂∂∂ψ∂ψ+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ+ψ∂∂∂∂ψ∂ψ∂-∂∂∂ψ∂∂+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ+ψ+∂∂∂222222)＝)+t )＝)+t )＝)+t 222*]()1[(](()[]2()1[(](()[]21[(](()2yf f y x u v V f f t x y x y x yf f y x u v V t x y u v V f V t K ∂∂ψ∂ψ∂-ψ∂ψ∂∂ψ∂ψ∂ψ∂ψ∂ψ∂∂+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ+ψ++-∂∂∂∂∂∂∂∂∂ψ∂ψ∂-ψ∂ψ∂∂ψ∂∂+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ++∂∂∂∂∂∂ψ+∇∙ψ∇∇∙∇ψψ+∇∙∂∂∂∂=∂∂222222)＝)+t )＝)+t )＝)+t t 2*2*1[(]2(()(()0n n A A A u v d d Vd f Vd tK dA V dA fV dA tK ττττττττ+∂ψ=∇∙ψ∇∇∙ψ∇ψ+∇∙∂∂∂ψ=ψ∇ψ∇ψ-∂∂∂=∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰22n )t )+利用格林定理和边界条件)+t 利用边界条件t。

大气辐射估计
大气辐射是指地球和大气层之间的能量交换。

地球表面吸收太阳辐射后会释放热量，一部分热量通过大气层向外辐射，这就是大气辐射。

大气辐射主要有两种形式：长波辐射和短波辐射。

太阳辐射到达地球的辐射波长主要在0.2-4.0μm范围内，称为短波辐射。

地球表面吸收短波辐射后会发射长波辐射，其波长主要在4.0-100μm范围内。

这两种辐射的相对比例决定了大气辐射的大小。

大气辐射受到多种因素的影响。

首先，大气辐射与太阳高度角有关。

太阳高度角越高，入射到地球表面的辐射能量越大，导致大气辐射增加。

其次，云量对大气辐射的影响也很大。

云层会反射和散射太阳辐射，减少地表的入射辐射，从而减小大气辐射。

此外，大气中气体的成分也会影响大气辐射的大小。

温室气体比如二氧化碳、甲烷和水汽会吸收地球表面发射的长波辐射，导致大气辐射增加。

为了估计大气辐射，科学家使用不同的观测和模拟方法。

观测方法包括使用辐射计来测量地球和大气之间的辐射能量变化。

这些观测数据可以用于计算大气辐射。

另一种方法是使用气象和气候模型来模拟大气辐射。

这些模型可以考虑不同的因素，如太阳辐射、云量和大气成分等，以估计大气辐射的大小。

精确估计大气辐射对于了解地球能量平衡和气候变化非常重要。

通过研究大气辐射的变化，我们可以更好地理解地球能量的分
布和调节过程。

这对于推进气候科学研究和应对气候变化具有重要意义。

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。

第二章大气的热能和温度第一节太阳辐射第二节地面辐射和大气辐射第三节地球热量平衡第四节大气的增温和冷却第五节大气温度随时间的变化第六节大气温度的空间分布一、辐射的基本知识（一）辐射（二）辐射光谱（三）辐射差额﹙R﹚二、太阳辐射（一）辐射以电磁波的形式向外不停地放出能量，这种传递能量的方式叫辐射，而传递出来的能量称为辐射能。

太阳、地面和大气间能量交换的波长范围0.15－120 μm 。

太阳辐射波长范围很广，但其能量的绝大部份集中在0.15－4 μm之间，习惯称短波辐射。

地面、大气间（简称地－气系统）波长3－120 μm ，习惯称长波辐射。

（气象上通常以4 μm 作为长短波的界限）（二）辐射光谱表示辐射能随波长的分布。

（三）辐射差额﹙R﹚在某一段时间内物体的辐射收支差值，称为辐射差额。

当物体的：收入大于支出，辐射差额为正，物体温度升高；收入小于支出，辐射差额为负，温度降低。

收入等于支出，差额为零，温度无变化。

此时为辐射平衡状态。

二、太阳辐射太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射在大气中的减弱到达地面的太阳辐射地面对太阳辐射的反射（一）太阳辐射光谱太阳辐射中的辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。

（二）太阳常数在日地平均距离（1.5亿km）处的大气上界、垂直于太阳光线的平面、每分钟每平方厘米面积上得到的太阳辐射能量值，该数值称为太阳常数，用I。

表示。

据测算：I0=1367W/㎡（三）太阳辐射在大气中的减弱大气的吸收作用大气的散射作用云层对太阳辐射的反射（四）到达地表的太阳辐射经大气削减后到达地表的太阳短波辐射由直接辐射和散射辐射两部分组成。

二者之和为到达地表的太阳辐射总量，常称为太阳总辐射。

直接辐射由平行光形式直接投射到地面上的太阳辐射。

影响直接辐射值大小、强弱的两个最主要因素：大气透明度和太阳高度角（h⊙）。

大气透明度好，到达地表的直接辐射量多，反之则少。

太阳高度角（h⊙）愈小，太阳辐射强度愈弱，单位时间、单位面积地表上获得太阳辐射热能（直接辐射）愈少；相反愈多。