大气科学概论课件第十：辐射2

1、6.3太阳辐射和大气中的衰减，6.3.1太阳和太阳辐射，1，太阳剖面太阳是一个巨大的等离子体球。等离子体整体上表示中性，因为其正负两个离子拥有的电荷总量相同。这种温度很高，电离度很高的物质聚合状态被称为物质的第四状态。包括太阳、星星和星际气体在内，近99%的宇宙空间等离子体。太阳是太阳系的中心天体，是太阳系中唯一的恒星，也是离地球最近的恒星。1.太阳大小太阳的直径是139万2000千米，地球的109倍。太阳体积为141亿立方千米，地球为130万倍。太阳的质量是近2000亿亿吨地球的33万倍。太阳表面温度约为5800K，中心温度约为1.7107K。它集中了太阳系99.865%的质量，绝对是最高的

2、“王”。2，太阳大气的主要成分太阳是热气体行星，没有固体的恒星或内核。太阳大气的主要成分是氢(质量约为71%)和氦(质量约为27%)。3、太阳结构太阳中心到边缘可以分为太阳内部和大气层。太阳内部：单核区域、中间层、对流层；大气层：光球、彩球、日冕。99%的太阳能源是由中心的核反应区的热核反应引起的。太阳中心的密度和温度很高，产生从氢融合到氦的热核反应，牙齿反应足以维持100亿年，因此处于太阳中期。进入地球大气之前，太阳光谱怎么样？辐射通量密度是多少？这不是研究大气辐射问题时首先要知道的，对研究太阳物理、环境科学、航天、太阳能利用等诸多领域具有重要意义。2，大气上限的太阳频谱和太阳常数1，大气上

3、限的太阳频谱太阳辐射通量密度或辐射率的波长分布称为太阳发射光谱。P36，2，太阳常数太阳常数：当日地面之间平均距离时，大气上限垂直于太阳射线平面，是单位时间单位面积内允许的太阳辐射能量。1981年世界气象组织建议的太阳常数最新值S0=13677W/m2。(1372)，大气中有各种气体成分和水滴、灰尘等气溶胶粒子，太阳辐射在大气中传输时受到大气的影响，强度、传输方向、偏振状态都发生变化。牙齿效果主要是吸收、散射和折射。折射作用一般与能量裴秀智问题关系较小，因此牙齿部分主要讨论大气的吸收和散射对太阳辐射的衰减。6.3.2太阳辐射在大气中衰减，6.3.2.1大气对太阳辐射的吸收是指投射在介质上的部分

4、辐射能转换为物质本身的内部能量或其他形式的能量。除了选择性吸收外，大气分子还通过光化学反应和光两种茄子方法呼叫，将投射到大气中的部分辐射能转换为大气本身的内部能量或其他形式的能量，从而提高温度。1，大气吸收光谱整体层和各主要吸收气体的吸收光谱，大气吸收具有明显的选择性。父曲线：大气上限的发射频谱。下方曲线：海平面的辐射频谱。可见大气各成分吸收和散射的光谱很不规则。下一组，a，黑体辐射；b、整个楼层的大气吸收光谱；c、11公里以上的大气吸收光谱；d，其他气体的吸收光谱表明，吸收太阳短波辐射的主要气体为H2O，第二O2，O3，最小CO2。吸收长波辐射的主要气体是H2O、CO2、O3。P37在8-1

5、2m波段的大气吸收较弱，称为大气透明窗口。大气透明窗口对地面气体系统的辐射平衡有着非常重要的意义。由于表面温度约为300K，因此与牙齿温度相对应的黑体辐射能量主要集中在10米范围内，大气几乎不被牙齿波长范围的辐射吸收，因此地面发射的长波辐射通过牙齿窗口发送到宇宙空间。根据上述大气中的各种物质，辐射的吸收可以概括为：辐射的吸收是可选的！气体成分的吸收带和吸收强度不同，因此通过大气的太阳辐射，大气对太阳光谱变化很不规则。大气主要吸收物质的吸收带位于太阳频谱能量较小的两端。大气中主要吸收物质(臭氧和水蒸气)对太阳辐射的吸收台均位于太阳辐射光谱两端能量较少的红外线和紫外线区域，二流层以上主要是臭氧对紫

6、外线的吸收，平流层至地面主要是水汽和二氧化碳对红外辐射的吸收。整个层大气吸收减弱了约20%的入射太阳辐射能量。吸收对太阳辐射的减弱作用不大。也就是说大气直接吸收太阳辐射并不多。特别是对流层大气，太阳辐射不是直接的热源。地面辐射和其他能量是对流层大气的直接热源。6.3.2.2大气对太阳辐射的散射电磁辐射大气中的气体分子和悬浮灰尘、云滴、雨滴、冰粒、雪花等粒子发生散射现象，导致部分入射波能量改变方向，向四面八方倾斜，原始方向的辐射能减弱。散射不是像吸收一样把辐射能变成大气中的四分之一，而是改变辐射的方向，使一些太阳辐射不接触地面。但同时照亮了整个天空。如果没有大气的散射，不管太阳牙齿怎么闪闪发光，

7、地球观测者都能看到闪闪发光的太阳光，天空一片漆黑。电磁波谱上分布的每个波长都会发生。但是散射的强弱和空间分布与散射粒子大小、入射波长有关。接收尺寸参数=2r/，R是散射粒子半径，入射辐射的波长。下图说明了随R变化的关系：一，1，(即R)，瑞利散射空气分子对太阳辐射的散射也称为瑞利散射，分子散射。(可见光波长约为0.5米，空气分子的大小约为10-4米，即R)大气减弱辐射散射的强弱取决于气溶胶散射粒子数密度和每个散射粒子散射截面。瑞利散射体积散射减少系数C为罗西米德数，在标准状态下C=1.0563*10-30m3，ksc为m 1单位。瑞利散射缩减系数与波长的4阶正方形成反比。牙齿散射选择性：波长越短，散射就越大！例如，蓝色张艺兴470米，红色=700米，蓝色光的散射比红色光强9倍。蓝光的散射比红光强9倍。在高空中，分子偏好紫光，在高空中散射，然后散光散射，所以晴朗的天空是蓝色。日出和日落的时候，因为太阳光经历的路很远，紫色和蓝光被砍掉，到达地平线，留下黄色橙色的红光，如果有云的话，反射照亮，形成绚丽的早晚霞。(威廉莎士比亚，哈姆雷特，太阳名言) (威廉莎士比亚，温斯顿，太阳)，2，0.150也就是(R)，米散射尘埃的粒子大小0.1-10米，云滴一般也是几米，因此相对的可见光(大各种辐射具有几乎相同强度的散射，散射光的各种波长比例也与入射辐射一致。3，50，即(r)，几