大气物理第四章地面和大气中的辐射过程解决方案.ppt

第四章 地面和大气中的辐射过程 §1 辐射的基本概念 §2 辐射的物理规律 §3 大气对辐射的吸收和散射 §4 太阳辐射在地球大气中的传输 §5 地球—大气系统的长波辐射 §6 地面、大气及地气系统的辐射平衡 §1 辐射的基本概念 一、电磁辐射 二、辐射场物理量 一、电磁辐射 什么是电磁辐射？它如何进行传输？ 一、电磁辐射 一、电磁辐射 1、辐射与辐射能 辐射能是能量的一种形式，指物质以电磁波的形式放射的能量，而这种能量传播方式称为辐射。 描述电磁波参量： 波速 c=3×108m/s 波长 频率 波数 一、电磁辐射 2、电磁波谱 波长范围：10-16m—103m λ： 宇宙射线＜ γ射线＜X射线＜紫外线＜可见光＜红外线（＜微波）＜无线电波 太阳、地球和大气辐射的波长范围：0.1—120μm，即紫外、可见光和红外波段， 一、电磁辐射 3、大气科学研究对象：太阳短波辐射、地球和大气长波辐射 二、辐射场物理量 1、辐射通量Φ：单位时间内通过某一平面的辐射能，也称为辐射功率，单位为J/S或W。 （1-1） 2、辐射通量密度E：单位面积的辐射通量，或是单位面积单位时间内通过的辐射能，单位为W·m-2 （1-2） 4、分光辐出度Fλ：又称单色辐射通量密度， 指物体温度为 T 时，单位时间内从单位表面发出的波长在dλ附近单位波长间隔内的电磁波能量，它表示热辐射能量按波长的分布，单位为W·m-2·μm-1。 积分辐出度 F ：对物体所发射的所有波长范围内的分光辐出度积分。 5、辐亮度L ：也称辐射率，它指的是单位立体角、垂直于辐射传输方向单位面积，单位波长间隔内所通过的辐射功率，单位为 W·m-2· sr-1·μm-1。 5、辐亮度L 各向同性：L与观测方向（θ，φ）无关（L与方向有关—各向异性。） 均匀辐射：L与观测位置（x, y, z）无关（L是观测位置的函数—非均匀辐射。） 定常辐射：L与时间t无关（ L是时间t的函数—非定常辐射。 ） 朗伯体：辐亮度不随方向而变化的辐射体，通常我们把太阳、陆地表面都看作是朗伯体。 6、辐射通量密度与辐亮度的关系 （1）朗伯定律 例：设从一无限平面向所有方向均以均一的辐亮度L发射辐射，问平行于此表面的平面上的辐照度E等于多少？（P66） 6、辐射通量密度与辐亮度的关系 朗伯定律：对于发射辐射的表面，如果向半球空间各方向发射的辐亮度均为L（朗伯体），则在该面上的辐出度为πL。 §2 辐射的物理规律 一、吸收率、反射率和透射率 二、黑体与灰体 三、平衡辐射的基本规律 一、吸收率、反射率和透射率 水分含量对玉米叶子反射率的影响 不同土壤的反射波谱曲线 各种地表对太阳辐射的反射率（%） 以上图表可以说明什么？ 物体的吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。 二、黑体与灰体 实验室黑体：密闭空腔，内涂烟黑，烟黑吸收率>90% 二、黑体与灰体 实验室黑体：密闭空腔，内涂烟黑，烟黑吸收率>90% 二、黑体与灰体 实验室黑体：密闭空腔，内涂烟黑，烟黑吸收率>90% 二、黑体与灰体 实验室黑体：密闭空腔，内涂烟黑，烟黑吸收率>90% 二、黑体与灰体 黑色物体与黑体的区别？？？ 黑色物体只表明它对可见光的反射性质，而对非可见光的吸收无法判定，而黑体是对整个电磁波谱范围内所有波长或某一特定波长而言，它对辐射是全部吸收的，它考虑的是对辐射的吸收性质。 三、平衡辐射的基本规律 1、辐射平衡 当物体放射出的辐射能等于它吸收的辐射能时，则称该物体处于辐射平衡状态，这时物体处于热平衡态，可用一态函数—温度T来描述，因此平衡辐射又称为温度辐射。 2、基尔霍夫定律 （1）在一定温度下，对某一特定波长而言，任何物体的辐出度与吸收率之比是一个普适函数，该函数只与温度和波长有关，而与物体的其它性质无关。即具有选择吸收性。 （2-2） FB(λ,T)—绝对黑体的分光辐出度； Fλ,T—物体的辐出度