城市辐射环境03

1、LOGO城市辐射环境城市辐射环境目录目录1.辐射的基本知识2.太阳辐射3.地面和大气辐射4.城市辐射和热量收支5.城郊辐射对比6.太阳辐射和温室效应 自然界中一切物理过程和现象，乃至生命活动和现象，都直接或间接地以辐射能为能源基础，辐射能包括太阳辐射、地面辐射和大气辐射、核辐射。Visible light1 辐射的基础知识X-raysl 10nmUltraviolet (UV)10 l 400nmVisible0.4 l 0.7mNear-Infrared (Near-IR)0.7 l 3.5mMiddle-IR3.5 l 30mFar-IR30 l 100mMicrowave1mml1m 2

2、. 太阳辐射太阳辐射大气只吸收特定波段的太阳辐射太阳辐射遇到大气分子或杂质粒子等时转向各个方向传播太阳光线遇到大气中云层或较大尺度的颗粒时而改变传播太阳辐射太阳辐射大气吸收大气吸收 大气散射大气散射 大气反射大气反射（1）大气吸收 选择性：大气只吸收特定波段的太阳辐射。O2强烈吸收200nm、O3强吸收带200nm320nm及弱吸收带600nm、CO2主要吸收红外线（2.5/4.3/14.7m）、H2O吸收红光和红外线，0.722m间有多个吸收带,另外吸收带包括23m、47m。 特点：大气直接吸收太阳辐射比例很小，约占19%，因此太阳辐射并非对流层大气的直接热源。大气能强烈吸收地面红外辐射。2

3、. 太阳辐射（2）大气散射 定义：太阳辐射遇到大气分子或杂质粒子等时转向各个方向传播； 特点： 分子散射（Rayleigh散射）：有选择性。波长越短，散射越强，故晴天为蔚蓝色； 粒子散射（或米散射）：无选择性。散射系数不随波长而变，又称漫散，雨或雾天天空为乳白色正是米散射结果。2.太阳辐射（3）大气反射定义：太阳光线遇到大气中云层或较大尺度的颗粒时而改变传播 方向；特点：无选择性，平均反射率为5055。地-气系统平均反射率 约30%，称为行星反射率(Albedo) 云高越低，反射越强； 云量越多，反射越强； 云层越厚，反射越强。aba=b2. 太阳辐射太阳辐射经过大气的吸收、反射和散射后，约有

4、51%到达地面，这部分辐射包括两部分：l 太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的，称为太阳直接辐射/Direct solar radiation (Q) ；l 经过大气散射后投射到地面的，称为散射辐射/Diffuse radiation (D)，两者之和称为总辐射/Total incoming solar radiation or Insolation (Q总)，即Q总总 = Q + D 2. 太阳辐射太阳直接辐射：以平行光线直接投射到地面上的太阳辐射。直接辐射通量Q主要影响因素是太阳高度角h和大气透明度P。h地面太阳直接辐射强度S大气mI0hS地面 直接辐射有显著的年变化、日变化和随纬度的变

5、化。2. 太阳辐射太阳散射辐射：散射辐射的强弱也与太阳高度角及大气透明度有关。太阳高度角增大时，到达近地面层的直接辐射增强，散射辐射也就相应地增强；相反，太阳高度角减小时，散射辐射也弱；大气透明度差时，参与散射作用的质点增多，散射辐射增强；反之，减弱。云也能强烈地增大散射辐射。太阳散射辐射也具有日和年变化，一日内正午前后最强，一年内夏季最强。2. 太阳辐射太阳总辐射： 日变化：日出前，总辐射中只有散射辐射；日出后，直接辐射和散 射辐射逐渐增加，但前者增加得较快。年变化：总辐射强度（月平均值）夏季最大、冬季最小。地理分布：纬度愈低，总辐射愈大。反之就愈小。2. 太阳辐射 太阳辐射的分布规律：全年

6、赤道获得的太阳辐射最多，从赤道向极地随纬度增高而减小，极小值出现在极点，年变幅最小。夏半年在2025的纬度带，获得太阳辐射最多，由此向赤道和极地递减，最小值在极点，出现极昼，高低纬度之间的差值较小。冬半年赤道获得太阳辐射最多，随纬度增高迅速递减，高低纬度之间的差值大。同一纬度，冬、夏太阳辐射的差值，随纬度增高而增大，即太阳辐射的年振幅随纬度增高而增大。 太阳辐射的时空分布规律 全球年均地面太阳辐射分布Annual global distribution of insolation (kcal/cm2)定义：地面吸收了净太阳短波辐射后，按其本身温度不断地向外放射的辐射能。波长：地面辐射波长范围为

7、380m，最大单色辐射强度的波长为10m，因此，地面辐射又称长波辐射/Terrestrial Longwave Radiation (Fs) 。特点：地面辐射绝大部分被大气（水汽和二氧化碳等温室气体）所吸收，只有小部分（813m）透过大气层进入太空，形成所谓的“红外窗口”；白天，地面吸收的太阳总辐射大于地面辐射，故地面升温；夜晚，没有太阳辐射，地面辐射使地面降温。3 地面和大气的辐射3.1地面辐射定义：大气按其本身温度不断地向外放射的辐射能，其向下部分称为大气逆辐射/Longwave atmospheric counter-radiation (Fa) 。波长：95以上的能量集中在3120m

8、的波长范围内（红外辐 射），其辐射能最大段波长在1015m 范围内，因此大气辐射和地面辐射一样也为长波辐射。特点： 大气逆辐射极大部分被地面所吸收(aFa)，使地面辐射降温程度大大减小，形成所谓的“温室效应/Greenhouse effect ”； 大气辐射向上的部分是地球大气系统向外支出热量，以保持地球热量平衡的主要途径。3 地面和大气的辐射3.2 大气辐射定义：地面辐射（ Fs ）与其吸收的大气逆辐射（a Fa ）之差(a为吸收率)，称为地面有效辐射/Net Longwave Radiation，若用F表示，则F = Fs - aFa大气 LL地面 地面有效辐射的影响因子：地面温度、气温、

9、湿度和云况。 有效辐射通常为正，即下垫面通过有效辐射向大气供热。3 地面和大气的辐射3.3 地面有效辐射4 城市辐射和热量收支城市中，空气污染，烟尘云雾多，透明度比郊区小，太阳短波直接辐射比郊区小，天空短波散射辐射虽然由于气溶胶和烟尘较多而有所增强，但增加值并不足以补偿损失值，故城市总辐射仍比郊区小。5 城郊辐射对比城市下垫面反射率比郊区小的主要原因：城区绿地面积比郊区小；城市建筑物密度大，形成一个立体下垫面。5 城郊辐射对比地地-气间的长波辐射交换，即空气逆辐射和地面辐射的气间的长波辐射交换，即空气逆辐射和地面辐射的交换。决定这种辐射能力大小的主要因子是辐射体的交换。决定这种辐射能力大小的主

10、要因子是辐射体的表面温度。城市中下垫面表面温度远比郊区高，城市表面温度。城市中下垫面表面温度远比郊区高，城市地面向上的长波辐必然比郊区大地面向上的长波辐必然比郊区大Contents由于城市空气中二氧化碳含量比郊区高，二氧化碳对由于城市空气中二氧化碳含量比郊区高，二氧化碳对地面长波辐射中地面长波辐射中1317um的波普去有强烈的吸收作的波普去有强烈的吸收作用，大气温度比郊区高，空气逆辐射大于郊区。用，大气温度比郊区高，空气逆辐射大于郊区。 长波辐射总的来说，短波辐射上城市与郊区差别不打，在长波辐射中，城总的来说，短波辐射上城市与郊区差别不打，在长波辐射中，城乡间差别也不大。乡间差别也不大。5 城

11、郊辐射对比结论：城市中由水泥、沥青、砖石等所构成的下垫面能吸收较多的太阳辐射，导热率高，白天贮热多，日落后能够通过长波辐射提供较多的热量给地面的空气，加之空气中污染物多，特别是CO2能吸收较多的热量，同时，城市中又有较多的人为热进入空气；另一方面，城市中密集且参差不齐的建筑物大大减少了地面长波辐射的损失，通风不良也不利于热量向外扩散，这就使得城市温度高于郊区。因此在城市人口密度高、建筑物密度大、布局紧凑的地方，温度也是最高的。5 城郊辐射对比 为什么我们现在越来越重视温室效应？ 为什么全球升温对全球危害很大？6大气辐射和温室效应6大气辐射和温室效应6大气辐射和温室效应温室效应两级冰川融化破坏地球能量流生物缺氧海洋生物灭绝地球生物灭绝 温室效应导致的生物灭绝在地球历史上真实发生过。 2亿5100万年前的