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1、大气科学概论课件第十二辐射 第1页，本讲稿共19页 地面地面能吸收太阳短波辐射，同时按能吸收太阳短波辐射，同时按 其本身的温度不断向外放射长波辐射。其本身的温度不断向外放射长波辐射。大气大气对太阳辐射吸收很少，但对地面的对太阳辐射吸收很少，但对地面的 长波辐射却能强烈吸收。大气也按其本身的长波辐射却能强烈吸收。大气也按其本身的 温度向外放射长波辐射，地面和大气之间以温度向外放射长波辐射，地面和大气之间以 及气层与气层之间相互交换热量，并将热量向及气层与气层之间相互交换热量，并将热量向 宇宙空间散发。宇宙空间散发。第2页，本讲稿共19页 地面的平均温度为地面的平均温度为300K300K，对流层大
2、，对流层大 气的平均温度为气的平均温度为250K250K，在这样的温度下，在这样的温度下，95%95%以上的能量集中在以上的能量集中在3-120m3-120m的波长范围的波长范围 内，是肉眼看不见的红外、远红外辐射，内，是肉眼看不见的红外、远红外辐射，其最大辐射能所对应的波长在其最大辐射能所对应的波长在10-15m10-15m。第3页，本讲稿共19页 6.5.1 地面辐射地面辐射第4页，本讲稿共19页 地面辐射可以看成是地面辐射可以看成是灰体辐射灰体辐射，于是：，于是：其中，其中，F FE E为同温度为同温度T T下的地面辐射通量密度，下的地面辐射通量密度，F FEbEb为同温度下的黑体辐射通
3、量密度，为同温度下的黑体辐射通量密度，T TE E为地表温度，为地表温度，为比辐射率，为比辐射率，即物体的辐射能力和黑体即物体的辐射能力和黑体 辐射能力之比辐射能力之比(各种自然表面的比辐射率见各种自然表面的比辐射率见p33p33表表2.2)2.2)第5页，本讲稿共19页 在地面的通常温度条件下在地面的通常温度条件下（-40-404040），），F FE E的值在的值在154154525W/525W/之间，比太阳辐射小，之间，比太阳辐射小，与太阳直接辐射通量密度相近。与太阳直接辐射通量密度相近。第6页，本讲稿共19页 6.5.2 云的辐射云的辐射第7页，本讲稿共19页 云对云对太阳辐射太阳辐射
4、的作用主要是散射和的作用主要是散射和 反射反射。因为液态水和冰粒对太阳辐射的吸收很小，因为液态水和冰粒对太阳辐射的吸收很小，不予考虑。不予考虑。云对云对红外辐射红外辐射的情况与对太阳辐射恰恰相反：的情况与对太阳辐射恰恰相反：浓密的低云仅需浓密的低云仅需50米得路程就会吸收米得路程就会吸收90%的红外的红外 辐射。辐射。（一定厚的云可当（一定厚的云可当黑体黑体处理）处理）比较薄的高云只能当灰体处理，通常透过率大于比较薄的高云只能当灰体处理，通常透过率大于50%50%。如图如图p46的的2.20和和2.21第8页，本讲稿共19页 6.5.2 大气辐射大气辐射第9页，本讲稿共19页 大气对太阳辐射吸
5、收很小，它主要是大气对太阳辐射吸收很小，它主要是 通过吸收地面的红外辐射来维持其温度的。通过吸收地面的红外辐射来维持其温度的。据估计，大气能吸收据估计，大气能吸收地面辐射地面辐射的的 75%95%，而吸收这些辐射的又几乎，而吸收这些辐射的又几乎 全是贴近地面全是贴近地面40 50m厚的气层。厚的气层。主要的吸收成分是主要的吸收成分是水汽和液态水水汽和液态水，还有，还有CO2、CH4、O3等。等。大气辐射的强度既取决于大气辐射的强度既取决于大气温度大气温度，又取决于，又取决于大气大气湿度湿度和和云况云况。第10页，本讲稿共19页 一、大气逆辐射一、大气逆辐射 大气辐射一部分向上进入太空，一部大气
6、辐射一部分向上进入太空，一部 分向下到达地面。分向下到达地面。把大气到达地面的大气把大气到达地面的大气 辐射称辐射称大气逆辐射大气逆辐射FR。计算适用于计算适用于晴天晴天大气逆辐射的经验公式大气逆辐射的经验公式 埃斯屈朗公式埃斯屈朗公式 布伦特公式布伦特公式 斯威斑恩克公式斯威斑恩克公式 各物理量的含义见书。各物理量的含义见书。第11页，本讲稿共19页 计算适用于计算适用于云天云天大气逆辐射的经验公式大气逆辐射的经验公式 斯斯威斑恩克公式威斑恩克公式 第12页，本讲稿共19页 为了定量地表示这种地面和大气之间的为了定量地表示这种地面和大气之间的 红外辐射热交换，引入地面有效辐射的概念：红外辐射
7、热交换，引入地面有效辐射的概念：地面有效辐射地面有效辐射是指地面辐射和地面所是指地面辐射和地面所 吸收的大气逆辐射之差。吸收的大气逆辐射之差。F FR R为大气逆辐射，为大气逆辐射，为地面红外辐射吸收率为地面红外辐射吸收率,也称比辐射率也称比辐射率（物体的吸收率）（物体的吸收率）第13页，本讲稿共19页 大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗 的能量得到一定的补偿，由此可看出大的能量得到一定的补偿，由此可看出大 气对地面有气对地面有保暖作用保暖作用。据计算，如果没有大气，近地面的平均温度应为据计算，如果没有大气，近地面的平均温度应为 -23-23o oC,C,但实际上
8、近地面的平均温度为但实际上近地面的平均温度为1515o oC C，即大气逆，即大气逆辐射使温度提高了辐射使温度提高了3838o oC C。这种效应称为。这种效应称为大大大大气气气气花花花花房房房房效效效效应应应应。第14页，本讲稿共19页 二、地面有效辐射二、地面有效辐射 一般辐射雾、露、霜多出现在晴朗的一般辐射雾、露、霜多出现在晴朗的 夜晚而不是多云的夜晚；冬天无云的夜晚夜晚而不是多云的夜晚；冬天无云的夜晚 比较冷，而多云的夜晚却比较暖和。比较冷，而多云的夜晚却比较暖和。这些现象跟地面与大气之间的辐射热交换有关：这些现象跟地面与大气之间的辐射热交换有关：无云的夜里，地面因辐射热交换失去的热量
9、无云的夜里，地面因辐射热交换失去的热量 较多，降温多，所以就冷。较多，降温多，所以就冷。有云的夜里，地面因辐射热交换失去的热量有云的夜里，地面因辐射热交换失去的热量 较少，降温少，所以就暖。较少，降温少，所以就暖。第15页，本讲稿共19页 为了定量地表示这种地面和大气之间的为了定量地表示这种地面和大气之间的 红外辐射热交换，引入地面有效辐射的概念：红外辐射热交换，引入地面有效辐射的概念：地面有效辐射地面有效辐射是指地面辐射和地面所是指地面辐射和地面所 吸收的大气逆辐射之差。吸收的大气逆辐射之差。R R为大气逆辐射，为大气逆辐射，为地面红外辐射吸收率为地面红外辐射吸收率,也称比辐射率也称比辐射率
10、（物体的吸收率）（物体的吸收率）第16页，本讲稿共19页 F F0 0为正时，地面通过红外辐射热交换损为正时，地面通过红外辐射热交换损 失热量，温度降低。失热量，温度降低。F F0 0为负时，地面通过红外辐射热交换获为负时，地面通过红外辐射热交换获得热量，温度升高。得热量，温度升高。在通常情况下，在通常情况下，F F0 0为正值，地面经常失去热量。为正值，地面经常失去热量。第17页，本讲稿共19页 地面有效辐射的大小主要决定于地面有效辐射的大小主要决定于 下垫面温度下垫面温度、空气温度空气温度、湿度湿度和和云况云况。在其他条件不变的情况下，在其他条件不变的情况下，地面温度越高，地面辐射也越强，
11、地面温度越高，地面辐射也越强，F F0 0为也越大。为也越大。空气温度越高，绝对湿度越大，云越多越密，空气温度越高，绝对湿度越大，云越多越密，大气辐射越强，大气辐射越强，故故F F0 0越小。越小。（红外辐射传输、长波变温率内容为自学内容）（红外辐射传输、长波变温率内容为自学内容）第18页，本讲稿共19页 练习：练习：1 1、近地面的大气温度为、近地面的大气温度为2727，云的温度，云的温度 为为2222，低云量为，低云量为1.01.0，求大气逆辐射。，求大气逆辐射。2 2、晴天近地面的大气温度为、晴天近地面的大气温度为2525，水汽压，水汽压 为为12hpa12hpa，求大气逆辐射。，求大气逆辐射。第19页，本讲稿共19页