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1、第三章 辐射第1页，共27页，编辑于2022年，星期二物体以辐射的方式传递交换的能量。物体以辐射的方式传递交换的能量。物体以辐射的方式传递交换的能量。物体以辐射的方式传递交换的能量。第一节第一节 辐射的基本知识辐射的基本知识一、辐射及其特性一、辐射及其特性一、辐射及其特性一、辐射及其特性 辐射辐射辐射辐射物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。辐射能辐射能辐射能辐射能 基本特性基本特性基本特性基本特性波粒二象性波粒二象性波粒二象
2、性波粒二象性第2页，共27页，编辑于2022年，星期二 波动性波动性波动性波动性V V V Vffff (3-1)(3-1)(3-1)(3-1)波动性的反映波动性的反映波动性的反映波动性的反映 电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱第3页，共27页，编辑于2022年，星期二 粒子性粒子性粒子性粒子性 (3-2)(3-2)(3-2)(3-2)其中其中其中其中h h h h6.626106.626106.626106.62610-34-34-34-34JsJsJsJs，称为，称为，称为，称为普朗克常数普朗克常数普朗克常数普朗克常数。辐射的度量和单位辐射的度量和单位辐射的度量和单位辐射的度量和单位辐射通量
3、、辐射通量密度辐射通量、辐射通量密度辐射通量、辐射通量密度辐射通量、辐射通量密度 辐射通量及单位：辐射通量及单位：辐射通量及单位：辐射通量及单位：定义：定义：定义：定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位：单位：单位：单位：JsJsJsJs-1-1-1-1或或或或W W W W第4页，共27页，编辑于2022年，星期二 辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度辐射通量密度（E E E E）及单位及单位及单位及单位定义：定义：定义：定义：单位面积上的辐射通量。单位面积上的辐射通量。单位面积上的辐
4、射通量。单位面积上的辐射通量。单位：单位：单位：单位：JsJsJsJs-1-1-1-1mmmm-2-2-2-2或或或或WmWmWmWm-2-2-2-2E=dF/(ds.dt)E=dF/(ds.dt)E=dF/(ds.dt)E=dF/(ds.dt)dFdsdFds辐射通量密度又被称为辐射通量密度又被称为辐射通量密度又被称为辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力辐射强度、辐射能力辐射强度、辐射能力辐射强度、辐射能力或或或或放射能力。放射能力。放射能力。放射能力。第5页，共27页，编辑于2022年，星期二光通量、光通量密度、照度光通量、光通量密度、照度光通量、光通量密度、照度光通量、光通量密度、照度
5、 光通量及单位光通量及单位光通量及单位光通量及单位定义：定义：定义：定义：表征辐射通量而产生光感觉的量。表征辐射通量而产生光感觉的量。表征辐射通量而产生光感觉的量。表征辐射通量而产生光感觉的量。单位：单位：单位：单位：流明（流明（流明（流明（lmlmlmlm）光通量密度及单位光通量密度及单位光通量密度及单位光通量密度及单位定义：定义：定义：定义：单位面积上的光通量。单位面积上的光通量。单位面积上的光通量。单位面积上的光通量。单位：单位：单位：单位：流明流明流明流明/米米米米2 2 2 2（lmmlmmlmmlmm-2-2-2-2）照度及单位照度及单位照度及单位照度及单位定义：定义：定义：定义：
6、单位面积上接受的光通量。单位面积上接受的光通量。单位面积上接受的光通量。单位面积上接受的光通量。单位：单位：单位：单位：lxlxlxlx，音译为勒克斯，音译为勒克斯，音译为勒克斯，音译为勒克斯，1 lx=1 lmm1 lx=1 lmm1 lx=1 lmm1 lx=1 lmm-2-2-2-2第6页，共27页，编辑于2022年，星期二 物体对辐射的吸收、反射和透射物体对辐射的吸收、反射和透射物体对辐射的吸收、反射和透射物体对辐射的吸收、反射和透射 概念概念概念概念吸收率吸收率吸收率吸收率(a)(a)：a=Qa=Qa a/Q/Q 反射率反射率反射率反射率(r)(r)：r=Qr=Qr r/Q/Q 透射
7、率透射率透射率透射率(d)(d)：d=Qd=Qd d/Q/Q 入入入入射射射射反反反反射射射射吸收吸收吸收吸收透透透透射射射射第7页，共27页，编辑于2022年，星期二 a a a a、r r r r、d d d d的变化的变化的变化的变化黑体：黑体：黑体：黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸 收的物体称为收的物体称为收的物体称为收的物体称为绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体。故有：。故有：。故有：。故有：a a a a，r r r rd d d d。灰体：灰
8、体：灰体：灰体：透射率透射率透射率透射率d d d d，吸收率，吸收率，吸收率，吸收率a a a a（r r r r），且，且，且，且a a a a不随波不随波不随波不随波 长而变化长而变化长而变化长而变化的物体。的物体。的物体。的物体。第8页，共27页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 太阳辐射太阳辐射一、太阳辐射强度和太阳常数一、太阳辐射强度和太阳常数 太阳辐射强度太阳辐射强度太阳辐射强度太阳辐射强度 （太阳辐射通量密度）（太阳辐射通量密度）（太阳辐射通量密度）（太阳辐射通量密度）太阳辐射强度及单位太阳辐射强度及单位太阳辐射强度及单位太阳辐射强度及单位定义：单位时间定义：单位时间定义：
9、单位时间定义：单位时间内投射到内投射到内投射到内投射到单位面积单位面积单位面积单位面积上的太阳辐射能量。上的太阳辐射能量。上的太阳辐射能量。上的太阳辐射能量。单位：单位：单位：单位：WmWm-2-2 太阳常数太阳常数太阳常数太阳常数 （S S S S0 0 0 0）太阳常数及变化范围太阳常数及变化范围太阳常数及变化范围太阳常数及变化范围定义：定义：定义：定义：当地球位于当地球位于当地球位于当地球位于日地平均距离时日地平均距离时日地平均距离时日地平均距离时(约为约为约为约为1.496101.496101.496101.496108 8 8 8km)km)km)km)，在在在在地球大气上界地球大气
10、上界地球大气上界地球大气上界投射到投射到投射到投射到垂直于太阳光线平面上垂直于太阳光线平面上垂直于太阳光线平面上垂直于太阳光线平面上的太的太的太的太 阳辐射强度。阳辐射强度。阳辐射强度。阳辐射强度。第9页，共27页，编辑于2022年，星期二变化范围：变化范围：变化范围：变化范围：1325 Wm1325 Wm-2-2 1457 Wm1457 Wm-2-2 我国采用的太阳常数值为我国采用的太阳常数值为我国采用的太阳常数值为我国采用的太阳常数值为1382138213821382 WmWm-2-2 。太阳光量常数及范围太阳光量常数及范围太阳光量常数及范围太阳光量常数及范围定义：定义：定义：定义：大气上
11、界，太阳辐射产生的平均光照强度。大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。范围：范围：范围：范围：1.35101.35101.35101.35105 5 5 51.4101.4101.4101.4105 5 5 5lxlxlxlx第10页，共27页，编辑于2022年，星期二 定义定义定义定义S Sm mS Sm m S Sm msinhsinh二、太阳高度角、太阳方位角和昼长二、太阳高度角、太阳方位角和昼长 太阳高度角太阳高度角太阳高度角太阳高度角 （h h h h）太阳光线与地表水平面之间的夹角。太阳光线与地表水平面之间
12、的夹角。太阳光线与地表水平面之间的夹角。太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0h90)(0h90)(0h90)(0h90)水平面上太阳辐射的计算水平面上太阳辐射的计算水平面上太阳辐射的计算水平面上太阳辐射的计算 S Sm m和和和和S Sm m与与与与h h h h的关系图的关系图的关系图的关系图 (3-8)(3-8)第11页，共27页，编辑于2022年，星期二 水平面上得到的太阳辐射能随着水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。的增加而增加。h h的计算公式的计算公式的计算公式的计算公式sin hsin hsin hsin hsinsin+coscoscossinsin+coscoscos
13、sinsin+coscoscossinsin+coscoscos(3-9)(3-9)(3-9)(3-9)式中：式中：式中：式中：为观测点纬度，为观测点纬度，为观测点纬度，为观测点纬度，为赤纬，为赤纬，为赤纬，为赤纬，是时角。是时角。是时角。是时角。的计算的计算的计算的计算 的的的的含义：含义：太阳直射点纬度太阳直射点纬度太阳直射点纬度太阳直射点纬度(即太阳直射光线与赤道平面即太阳直射光线与赤道平面即太阳直射光线与赤道平面即太阳直射光线与赤道平面 之间的夹角之间的夹角之间的夹角之间的夹角)。计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：23.5sinN 23.5sinN 23.5sinN 23.5si
14、nN (3-10)(3-10)(3-10)(3-10)第12页，共27页，编辑于2022年，星期二说明：说明：说明：说明：式中式中式中式中NNNN以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总以度为单位，是距春分日或秋分日最近的总 天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。天数。春分日至秋分日取正值，否则，取负值。特殊日期特殊日期特殊日期特殊日期的的的的值：值：春分日春分日春分日春分日(21/3)(21/3)(21/3)(21/3)或秋分日或秋
15、分日或秋分日或秋分日(23/9)(23/9)(23/9)(23/9)：0000 夏至日夏至日夏至日夏至日(22/6)(22/6)(22/6)(22/6)：23.523.523.523.5 冬至日冬至日冬至日冬至日(22/12)(22/12)(22/12)(22/12)：-23.5-23.5-23.5-23.5（23.5S23.5S23.5S23.5S）第13页，共27页，编辑于2022年，星期二 的确定的确定的确定的确定是用角度表示的时间，是用角度表示的时间，是用角度表示的时间，是用角度表示的时间，每每每每15151515为一小时为一小时为一小时为一小时 正午：正午：正午：正午：0 0 0 0
16、；上午：上午：上午：上午：0 0 0 0；下午：下午：下午：下午：0 0 0 0，。，。，。，。正午时刻正午时刻正午时刻正午时刻h h的计算公式的计算公式的计算公式的计算公式h h h h正午正午正午正午90-+90-+90-+90-+(3-11)(3-11)(3-11)(3-11)第14页，共27页，编辑于2022年，星期二(3(3(3(3-12)-12)-12)-12)太阳方位角太阳方位角太阳方位角太阳方位角 （A A A A）定义定义定义定义太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。太阳光线在水平面
17、上的投影和当地子午线的夹角。计算公式计算公式计算公式计算公式式中式中式中式中A A A A值：值：值：值：正南：正南：正南：正南：A=0A=0A=0A=0 正南以西：正南以西：正南以西：正南以西：A0A0A0A0 正南以东：正南以东：正南以东：正南以东：A0A0A0A 夜间夜间夜间夜间 定义定义定义定义大气辐射：大气辐射：大气辐射：大气辐射：大气向外的辐射。大气向外的辐射。大气向外的辐射。大气向外的辐射。第25页，共27页，编辑于2022年，星期二7,000nm7,000nm7,000nm7,000nm120,000nm120,000nm120,000nm120,000nm，最大放射能力波长约
18、为，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为，最大放射能力波长约为15,000nm15,000nm15,000nm15,000nm。波长范围波长范围波长范围波长范围三、三、三、三、地面有效辐射地面有效辐射地面有效辐射地面有效辐射(E E0 0)地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称净红外辐射。净红外辐射。净红外辐射。净红外辐射。影响因子影响因子影响因子影响因子 地面温度地面温度地面温度地面温度 、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、地面状况、空气温度、空气湿度、
19、云况、风力、海拔、地面状况、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、地面状况、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、地面状况和植被等。和植被等。和植被等。和植被等。定义定义定义定义第26页，共27页，编辑于2022年，星期二四、大气温室效应和阳伞效应四、大气温室效应和阳伞效应四、大气温室效应和阳伞效应四、大气温室效应和阳伞效应 温室效应温室效应温室效应温室效应 大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻璃一大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻璃一大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻璃一大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻璃一样，阻挡了地面
20、向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面样，阻挡了地面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面有保温和增温作用，这种现象称为有保温和增温作用，这种现象称为有保温和增温作用，这种现象称为有保温和增温作用，这种现象称为大气温室效应大气温室效应大气温室效应大气温室效应。大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称之为之为之为之为大气阳伞效应大气阳伞效应大气阳伞效应大气阳伞效应。阳伞效应阳伞效应阳伞效应阳伞效应第27页，共27页，编辑于2022年，星期二