第二章地面和大气辐射

1、第二节第二节 地面和大气辐射地面和大气辐射v太阳辐射是地球上的主要能源，不是大气的直接热源太阳辐射是地球上的主要能源，不是大气的直接热源v下垫面是大气的直接热源，原因：大气本身对太阳辐射下垫面是大气的直接热源，原因：大气本身对太阳辐射直接吸收很少，而水、陆、植被等地球表面直接吸收很少，而水、陆、植被等地球表面(又称下垫又称下垫面面)却能大量吸收太阳辐射，并经转化供给大气却能大量吸收太阳辐射，并经转化供给大气v因此，在研究大气热状况时，必须了解地面和大气之间因此，在研究大气热状况时，必须了解地面和大气之间交换热量的方式及地交换热量的方式及地气系统的辐射差额。气系统的辐射差额。 一、地球辐射一、地

2、球辐射v1、地面辐射地面辐射v2、大气辐射大气辐射v3、大气逆辐射和地面有效辐射大气逆辐射和地面有效辐射v1 1、地面辐射、地面辐射 L Lov （long-wave radiation-up)long-wave radiation-up)v定义定义：地球表面按其本身温度不断向外发射长：地球表面按其本身温度不断向外发射长波辐射称地面辐射波辐射称地面辐射, ,属长波辐射。属长波辐射。v波长：波长：3-80m, 3-80m, 最大辐射能所对应的波长为最大辐射能所对应的波长为10 m10 m影响地面辐射能力的因子影响地面辐射能力的因子v若将地面看作黑体时，则可根据斯蒂芬若将地面看作黑体时，则可根据斯

3、蒂芬波尔兹曼定律波尔兹曼定律求出地面放出的辐射能。求出地面放出的辐射能。 L Lo=T=Tg g4 4=5.67=5.67* *1010-8-8* *(300)(300)4 4 398W/m398W/m-2-2v因地球并非黑体，所以因地球并非黑体，所以 L Lo= T= Tg g4 4 ：地面发射率，随下垫面性质发生变化，如表：地面发射率，随下垫面性质发生变化，如表：下垫面性质下垫面性质 黄土黄土 沙石沙石 灰石灰石 黑土黑土 浅草浅草 麦地麦地 果园果园 森林森林 新雪新雪发射率发射率 0.98 0.91 0.90 0.90 0.90 0.93 0.96 0.98 0.990.98 0.91

4、 0.90 0.90 0.90 0.93 0.96 0.98 0.992、大气辐射、大气辐射v（1 1）. .大气辐射大气辐射L Liv (long-wave radiation-down) (long-wave radiation-down)定义：大气按其本身的温度向外发射长波辐射定义：大气按其本身的温度向外发射长波辐射方向：四面八方方向：四面八方大气温度：平均温度大气温度：平均温度250K250K波长：波长：3-120m, 3-120m, 最大辐射能所对应的波长为最大辐射能所对应的波长为15 m15 mv（2 2）. .大气对地面长波辐射的强烈吸收大气对地面长波辐射的强烈吸收吸收物质：大其

5、中的水气、液态水、吸收物质：大其中的水气、液态水、COCO2 2、O O3 3大气对地面长波辐射的大气对地面长波辐射的选择性选择性，如图：，如图：大气窗：大气窗：8-12 m8-12 m，20%20%的能量头过大气窗的能量头过大气窗v（3）.影响大气辐射强弱的因子影响大气辐射强弱的因子大气温度大气温度大气中的成分大气中的成分 L Li= Ta4大气辐射指向地面的部分大气辐射指向地面的部分定义：定义：把大气易让太阳短波辐射进入地面，而不易让地面把大气易让太阳短波辐射进入地面，而不易让地面长波辐射逸出大气，并且又以大气逆辐射的方式返还给地长波辐射逸出大气，并且又以大气逆辐射的方式返还给地面一部分辐

6、射能，从而使地面温度有所升高的效应。面一部分辐射能，从而使地面温度有所升高的效应。意义意义：使地面平均温度提高了：使地面平均温度提高了3838度，若无大气，地面平均度，若无大气，地面平均温度为零下温度为零下2323度度地面发射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差地面发射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差, ,表示地面的长表示地面的长波辐射支出量波辐射支出量二、辐射平衡二、辐射平衡v地面辐射能的总收入地面辐射能的总收入v地面辐射能的总支出地面辐射能的总支出太阳直接辐射太阳直接辐射 Sb散射辐射散射辐射 Sd大气逆辐射大气逆辐射 LaLa地面辐射地面辐射 LoLo地面反射辐射地面反射辐射 (S(Sb b

7、+S+Sd d)1、地面辐射平衡、地面辐射平衡v地面净辐射地面净辐射(B)(B)：地面辐射能的总收入与总支出的：地面辐射能的总收入与总支出的差值。差值。影响地面净辐射大小的因子影响地面净辐射大小的因子v太阳高度太阳高度v日长日长 v下垫面的性质下垫面的性质 影响地面反射率影响地面反射率v大气成分及云况大气成分及云况 影响大气逆辐射影响大气逆辐射影响太阳辐射的大小影响太阳辐射的大小次要因子次要因子主要因子主要因子地面净辐射（地面净辐射（B B）的变化规律）的变化规律v日变化日变化白天白天B0B0，夜晚，夜晚B0B0。 日出后日出后1 1小时，小时，B B由负值由负值 正值正值 日落前日落前1 1

8、小时，小时，B B由正值由正值 负值负值云的影响云的影响v白天：白天：B B阴阴B0B0，冬季，冬季B0B0 38B0 38o oN N以南以南B0 38B0 38o oN N以北以北B=0 38B=0 38o oN N三、辐射与农业三、辐射与农业太阳辐射对植物的作用：太阳辐射对植物的作用： 光合效应（光合效应（ 0.380.71um，光合有效辐射），光合有效辐射） 热效应（热效应（ 0.380.71um ，0.714.0um） 光的形态效应光的形态效应(0.380.71um,0.290.38um)光还在相当程度上影响植物的地理分布。光还在相当程度上影响植物的地理分布。光对植物影响的主要方式光

9、对植物影响的主要方式v光主要从三个方面对植物产生影响：光主要从三个方面对植物产生影响：v 光长，即光照时间的长短。光长，即光照时间的长短。v 光强，即光照的强弱。光强，即光照的强弱。v 光质，即光谱组成的不同。光质，即光谱组成的不同。第一节和第二节 复习题1 1、概念：辐射、吸收率、反射率、透射率、辐射通量、辐射通量密度、光、概念：辐射、吸收率、反射率、透射率、辐射通量、辐射通量密度、光照度、天文辐射、太阳常数、太阳高度角、地面辐射、大气辐射、大气照度、天文辐射、太阳常数、太阳高度角、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射、地面辐射差额（地面净辐射）逆辐射、地面辐射差额（地面净辐射）2 2、气象学所研究的电磁波谱的范围是多少？、气象学所研究的电磁波谱的范围是多少？3 3、太阳辐射的光谱范围及可见光的光谱范围？太阳辐射的光谱成份包括哪、太阳辐射的光谱范围及可见光的光谱范围？太阳辐射的光谱成份包括哪些及其能量分布特点？些及其能量分布特点？4 4、详细说明为什么太阳辐射穿过大气层时会受到削弱？、详细说明为什么太阳辐射穿过大气层时会受到削弱？5 5、到达地面的太阳总辐射的强弱受哪些因子的影响？如何影响的？太阳总、到达地面的太阳总辐射的强弱受哪些因子的影响？如何影响的？太阳总辐射随纬度、海拔高度及时间的变化特点是什么？并分析原因。辐射随纬度、海拔高度及时间的变化特点是什么？并分析原因。6