第五章-2节-辐射的基本定律

第五章大气辐射学第二节辐射的物理规律基本定律基尔霍夫定律普朗克定律斯蒂芬-波尔兹曼定律韦恩位移定律这几个定律之间的关系黑体辐射定律黑体与非黑体辐射间的联系Kirchhoff定律和黑体辐射定律的成立条件:热力学平衡态，即系统内温度、密度、动量均匀,辐射各向同性.60公里以下大气层,某段时间内，某有限体积元，可认为有确定的温度，近似满足热力学平衡条件，称局地热力学平衡.此时能量跃迁由分子碰撞决定。历史的发展1901年普朗克定律1859年基尔霍夫定律1893年韦恩位移定律1879年1884年斯蒂芬-波尔兹曼定律斯蒂芬波尔兹曼相关概念放射率ε（比辐射率,黑度）：物体的辐射通量密度与同温度下黑体的辐射通量密度之比。（对单色或全波段都可用。）吸收率

a（吸收系数）:物体吸收的辐射能与投射到该物体上的辐射能之比。（和物体的性质、波长、温度有关。）黑体：吸收率为1的物体称为绝对黑体。灰体：物体的吸收不随波长而变

(单色吸收率与波长无关),且吸收率小于1的物体称为灰体。反射率

r:物体反射的辐射能与投射到该物体上的辐射能之比。（和物体的性质、波长、温度有关。）

相关概念一、基尔霍夫定律

在热平衡状态下，任何物体在一定的波长λ、一定温度T时的辐出度F(λ,T)与吸收率a(λ,T)

成正比关系，二者比值只是λ和T的函数，与物体的性质无关，且等于绝对黑体在λ

和T时的辐出度，即。(Kirchhofflaw)另外：比辐射率定义，得：基尔霍夫定律的另一种表述方式,两种说法是等价的基尔霍夫“实验”

(1859年)与外界绝热系统，真空，左边为黑体，右边为灰体，达到辐射平衡（吸收辐射等于放出辐射，温度不再变化），温度相等。黑体板放射能量为E*，灰体板放射能量为εE*，灰体板吸收能量为aE

*。TT黑体灰体？对不同波长的辐射,分别有：黑体板的辐射平衡关系：灰体板的辐射平衡关系：已知某温度下黑体的辐射,又知道所研究物体的吸收率,可得该物体放射的辐射:应用:二、普朗克定律（Plancklaw）h:普朗克常数，k:波尔兹曼常数，c:光速，T:温度，λ:波长。黑体的分光辐出度：黑体辐射率随温度和波长的分布函数,即黑体的单色(或分光)辐射率：因为黑体都是朗白源.可看出各种温度下黑体辐射光谱微米1.E7瓦/平方米/微米/球面度微米

瓦/平方米/微米/球面度接近于太阳温度接近于地球和大气温度理论上，任何温度的绝对黑体放射所有波段的电磁辐射，但温度不同，辐射能量集中的波段不同。当温度升高时，各波段放射的能量加大，积分辐射能力也增大，且能量集中的波段向短波方向移动。每一温度下，都有辐射最强的波长。而且随温度升高,变小.一个概念：亮度温度根据测得的物体发射的某波长的辐射率，由Planck定律估计出的物体的温度，称为亮度温度。

亮度温度通常低于物体的实际温度求亮度温度是卫星反演大气温度的重要手段很重要三、斯蒂芬-波尔兹曼定律（Stephen-Boltzmanlaw）黑体的积分辐射通量密度与温度的四次方成正比

（Stephen-Boltzman

常数）1、根据物体温度估计积分辐射通量密度：300K

物体的积分辐射通量密度459W·m-2

2、有效温度:a.物体是黑体,有效温度=实际温度.b.物体不是黑体,有效温度<实际温度.根据积分辐照度的观测值计算发射体的温度,得到的温度为发射体的有效温度.烧一壶开水需多少能量?四、韦恩位移定律（Wiendisplacementlaw）温度越高，最大单色辐射率所对应的波长越小。黑体辐射光谱的极大值对应的波长与温度成反比（可由Planck定律导出)颜色温度（色温）：用光谱方法测定光谱辐射峰值波长，再由位移定律导出物体的温度，即色温。T=300K,

T=6000K,

1.太阳辐射特点

<0.25μm的太阳辐射,主要来自非热平衡辐射?紫外：0.17-0.39μm,

占总辐射的8%可见光：0.4-0.76μm,占总辐射的44%红外：0.77-4μm,占总辐射的48%>4μm的太阳辐射,很少部分辐射集中于0.17-4μm，极值辐射位于0.48μm五、太阳辐射和地球辐射的差别2.

地球辐射特点辐射集中于4-100μm(红外辐射)辐亮度最大区在10μm附近太阳短波辐射:<4μm的辐射地球长波辐射:>4μm的辐射太阳辐射的传输与地球辐射的传输分开处理3.入射到地球大气上界的太阳辐射与

地球辐射的谱辐照度比较近红外0.77-3µm

太阳辐射为主太阳辐射和地球辐射同量级中红外3-6µm远红外6-15µm地球辐射为主想一想“黑体就是能吸收一切波长的辐射且能放射一切波长的辐射的物体”,对吗?已测得某