《大氣輻射學》ppt課件

1、 主要研討大氣中輻射傳輸?shù)母疽?guī)律和物理過程，以及地球大氣系統(tǒng)的輻射能量收支問題，地球大氣系統(tǒng)能量的主要來源是太陽的輻射能，它從根本上決議了地球、大氣熱形狀，從而成為制約大氣運動和其它大氣過程的能量，是產(chǎn)生各種大氣物理、大氣化學過程和天氣景象的根本緣由，也是氣候構(gòu)成的重要因子之一。 研討內(nèi)容大氣運動的能量來源于太陽輻射，地面大氣運動的能量來源于太陽輻射，地面和大氣中的輻射過程從大尺度和大氣中的輻射過程從大尺度開場控制了地球大氣系統(tǒng)的能量平衡，開場控制了地球大氣系統(tǒng)的能量平衡，從而決議了地球氣候的根本特征。從而決議了地球氣候的根本特征。 第第1節(jié)節(jié) 輻射概述輻射概述一輻射的根本概念一輻射的根本概

2、念 輻射：是能量的一種方式，物質(zhì)以電磁波的方式放射能量。 輻射熱交換：自然界的一切物體都能以電磁波的方式放射能量，同時也在不斷地吸收外界的輻射。各種物體之間的經(jīng)過輻射來交換熱量，稱為輻射熱交換。 根據(jù)Kelvin定義的熱力學溫度，任何物體只需其絕對溫度不為零度，就會向外輻射能量，輻射才干依賴與其熱力學溫度。 物體既向外輻射能量，也會吸收外界的輻射能量。 物體放出的輻射等于吸收的輻射，它的熱形狀堅持不變，此時稱為輻射平衡 。輻射的物理過程 輻射都是由帶電粒子在原子、分子內(nèi)部的軌道躍遷，或原子、分子本身振動或轉(zhuǎn)動能級的轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的。 輻射都具有一致的電磁波本質(zhì)，在真空中有一樣的傳播速度光速，在媒介

3、中傳播時都會產(chǎn)生干涉、衍射和偏振等景象。 軌道躍遷和振動或轉(zhuǎn)動只允許在某些能級間進展，兩個能級間的能量差是固定的，從而產(chǎn)生的輻射為量子方式，每一份能量稱為光子。電磁波譜 將不同頻率電磁波按頻率高低陳列，組成電將不同頻率電磁波按頻率高低陳列，組成電磁波譜。磁波譜。 不同頻率的電磁波具有不同的物理性質(zhì)。不同頻率的電磁波具有不同的物理性質(zhì)。 人的視網(wǎng)膜可以感應(yīng)的電磁波，稱為可見光人的視網(wǎng)膜可以感應(yīng)的電磁波，稱為可見光區(qū)，在可見光區(qū)分為幾個不同波段，各波段區(qū)，在可見光區(qū)分為幾個不同波段，各波段具有不同顏色。具有不同顏色。 電磁波譜電磁波譜- -包括包括射線、射線、X X射線、紫外線、可射線、紫外線、可

4、見光、紅外線、超短波和無線電波見光、紅外線、超短波和無線電波 。可見。可見波部分，波長范圍約為波部分，波長范圍約為0.40.40.760.76微米微米 圖圖5.1 5.1 電磁波譜電磁波譜電磁波譜紫外線：uv-A：0.315-0.400 微米uv-B：0.280-0.315微米uv-C：0.150-0.280微米可見光紅外線：近紅外：0.7-2.5微米遠紅外：2.5-1000微米微波無線電波長波、短波：4微米表5.1 可見光電磁波譜顏色顏色紫紫青青藍藍綠綠黃黃橙橙紅紅波長波長范圍范圍m0.3900.4550.4550.4850.4850.5050.5050.5750.5750.5850.585

5、0.6200.6200.760典型典型波長波長m0.4300.0.4747000.4950.5400.5800.6000.640物體對輻射的吸收，透射和反射媒介對輻射的三種作用：吸收:反射:透射:Q0QaQrQdQ0= QaQr+ Qd+ QaQrQd QQQQQQard0001 a+r+d=1 定義三個無量綱比率：吸收率：反射率：透射率：那么有：QQQQQQard0001QQQQQQard0001a =r =d = 對不透明的物體對不透明的物體 a+r=1，吸收率愈大，吸收率愈大，反射率愈小，反之亦然。反射率愈小，反之亦然。 物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著物體的吸收率、反射率和透射率大

6、小隨著輻射的波長和物體的性質(zhì)而異。物體這種輻射的波長和物體的性質(zhì)而異。物體這種對不同波長的輻射具有不同的吸收率、反對不同波長的輻射具有不同的吸收率、反射率和透射率的特性稱為物體對輻射的吸射率和透射率的特性稱為物體對輻射的吸收、反射和透射的選擇性。收、反射和透射的選擇性。 假設(shè)某物體能把投射其上的一切波長的輻射全部吸收，即其吸收率為1，這種物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。 、 假設(shè)某物體僅對某一波長輻射的吸收率為1，那么稱該物體為對某波長的黑體。 假設(shè)物體的吸收率小于1，且不隨波長而改動，那么這種物體稱為灰體。 陸地外表反照率主要取決于外表的組成和入陸地外表反照率主要取決于外表的組成和入射輻射的光譜

7、分布和入射角度射輻射的光譜分布和入射角度城鎮(zhèn) 1418 %林帶 919 %草地 1420 %沙漠 1828 % 實踐地表反射率水面 h40水面 h530森林310%田地綠色315%田地已開墾的干地2025%草地1530%裸地720%沙地1525%雪地新雪80%雪地陳雪5070%冰5070%24%640%二二.輻射能的量度輻射能的量度 輻射能輻射能 ：以輻射方式傳送的能量，單：以輻射方式傳送的能量，單位為焦耳位為焦耳(J) 輻射通量輻射通量P：它表示單位時間傳送的輻射：它表示單位時間傳送的輻射能單位為焦耳能單位為焦耳/秒秒 或瓦或瓦(w)。 Pddt J s1 輻射通量密度輻射通量密度F：是指單

8、位時間內(nèi)經(jīng)過單位：是指單位時間內(nèi)經(jīng)過單位面積的輻射能。面積的輻射能。 自放射面射出的輻射通量密度稱為輻射自放射面射出的輻射通量密度稱為輻射度。到達接納面的輻射通量密度稱為輻照度。到達接納面的輻射通量密度稱為輻照度度 Fddtds 輻射率輻射率I ：單位時間內(nèi)，經(jīng)過垂直于給定：單位時間內(nèi)，經(jīng)過垂直于給定方向上單位面積的單位立體角內(nèi)的輻射能。方向上單位面積的單位立體角內(nèi)的輻射能。 立體角的概念立體角的概念:錐體所攔截的球面積錐體所攔截的球面積與半徑與半徑r的平方的平方之比，單位為球面度之比，單位為球面度sr：Steradian 定義： 整個球形所張立體角為4sr。2cosrdA立體角sindrdr

9、d 2sinddd dr 輻射率輻射率L的定義針對傳送非平行輻射的定義針對傳送非平行輻射的曲面。的曲面。odAnFA各向同性輻射各向同性輻射假設(shè)某點處的輻射率都不隨方向而變，假設(shè)某點處的輻射率都不隨方向而變，那么稱該點處的輻射為各向同性輻射。那么稱該點處的輻射為各向同性輻射。假設(shè)某輻射面一切點處的輻射都是各假設(shè)某輻射面一切點處的輻射都是各向同性的，那么稱該輻射面為各向同向同性的，那么稱該輻射面為各向同性輻射面。常把它稱為性輻射面。常把它稱為Lambert輻射輻射面或吸收面。面或吸收面。黑體是各向同性的，而且只需黑體，其黑體是各向同性的，而且只需黑體，其輻射的吸收和發(fā)射才具有各向同性的特輻射的吸

10、收和發(fā)射才具有各向同性的特征。太陽外表經(jīng)常被看作征。太陽外表經(jīng)常被看作Lambert輻射輻射面。面。 均勻輻射 L與觀測位置x, y, z 無關(guān) L是觀測位置的函數(shù)非均勻輻射 定常輻射 L與時間t無關(guān) L與時間t的函數(shù)非定常輻射輻射率和輻射通量密度的關(guān)系 dds dtId cos對上式沿半球積分 FIdcos 半球 ddArrdrdrd d 22sinsin假定輻射是各向同性的(I=常數(shù)) FId d 0202 cos sin 0202 Iddcos sinF=I 輻射強度輻射強度J： 輻射強度是指點輻射源在某一方輻射強度是指點輻射源在某一方向上單位立體角內(nèi)的輻射通量向上單位立體角內(nèi)的輻射通量

11、 輻射率、輻射通量密度等輻射量隨波長的變化輻射率、輻射通量密度等輻射量隨波長的變化 單色輻射通量密度單色輻射通量密度F F 量綱：量綱：Js-1m-2 m-1Js-1m-2 m-1，或，或W/m2 /mW/m2 /m第二節(jié) 熱輻射的根本定律一、 Kirchhoff 定律二、 Planck 定律三、 Wein 定律四、 Stefan-Boltzmann 定律一一 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 (Kirchhoff )定律定律 研討物體的發(fā)射才干與研討物體的發(fā)射才干與吸收才干之間的關(guān)系吸收才干之間的關(guān)系 18591859年由基爾霍夫根據(jù)年由基爾霍夫根據(jù)實驗得到：物體的發(fā)射實驗得到：物體的發(fā)射才干與吸收

12、才干之間關(guān)才干與吸收才干之間關(guān)系親密，在同一溫度下，系親密，在同一溫度下，吸收才干大的物體其發(fā)吸收才干大的物體其發(fā)射才干也大；反之亦然。射才干也大；反之亦然。且發(fā)射才干是溫度和波且發(fā)射才干是溫度和波長的函數(shù)。長的函數(shù)。G.R.Kirchhoff 1824-1887 德國物理學家德國物理學家 設(shè)有一真空恒溫器(溫度為T)，放出黑體輻射 。 代表在溫度T，波長時的黑體輻射率，在其中用絕熱線懸掛一個非黑體物體，它們溫度與容器溫度一樣亦為T，它的輻射率為 ，吸收率為 。這樣，非黑體和器壁之間將要到達輻射平衡。器壁放射的輻射能、非黑體放射的輻射能和未被吸收的非黑體反射輻射能，三者到達平衡，那么 ITaT

13、 ITb (1 aTITb IT=0 ) 上式就是基爾霍夫定律，也稱選擇吸收定律。該定律的文字表述如下：在熱平衡條件下，一物體放射波長的輻射率和該物體對波長輻射的吸收率之比值等于同溫度、同波長時的黑體輻射率 IaIITTtTbTb( , ) 該定律的意義在于：該定律的意義在于： 1 對不同的物體，輻射才干強的物體，其吸收對不同的物體，輻射才干強的物體，其吸收才干也強；輻射才干弱的物體，其吸收才干也弱。才干也強；輻射才干弱的物體，其吸收才干也弱。 2 對同一物體，假設(shè)在溫度對同一物體，假設(shè)在溫度T時，它輻射某一波時，它輻射某一波長的輻射，那么在同一溫度下它也吸收這一輻射。長的輻射，那么在同一溫度

14、下它也吸收這一輻射。假設(shè)物體不吸收某波長的輻射，也就不放射這個假設(shè)物體不吸收某波長的輻射，也就不放射這個波長的輻射。波長的輻射。物體的輻射才干與黑體輻射才干之比，稱作物體的比輻射率 又稱相對輻射才干，因此基爾霍夫定律還可以寫成另一種方式： T= T 即物體的吸收率就是它的比輻射率 IaIITTtTbTb( , )各種自然外表的比輻射率各種自然外表的比輻射率外表 比輻射率外表比輻射率干沙 0.95青草0.98濕沙 0.96水0.95粘土 0.93新雪0.99黑土 0.95臟雪0.97Kirchhoff Kirchhoff 定律的物理意義定律的物理意義1 1、將物體的輻射才干與其吸收才干聯(lián)絡(luò)、將物

15、體的輻射才干與其吸收才干聯(lián)絡(luò) 起來。而吸收率是可以經(jīng)過實驗測定起來。而吸收率是可以經(jīng)過實驗測定 的；的；2 2、將物體的實踐輻射才干與黑體的輻射、將物體的實踐輻射才干與黑體的輻射 才干聯(lián)絡(luò)起來。才干聯(lián)絡(luò)起來。 因此，有關(guān)黑體的研討較為深化，其因此，有關(guān)黑體的研討較為深化，其 輻射定律可以運用于實踐非黑體物體。輻射定律可以運用于實踐非黑體物體。二二.普朗克定律普朗克定律 1900年普朗克年普朗克(M.Plank)根據(jù)量子根據(jù)量子實際導(dǎo)出了黑體輻射實際導(dǎo)出了黑體輻射隨溫度隨溫度T和波長和波長的分的分布函數(shù)方式，這就是布函數(shù)方式，這就是普朗克定律普朗克定律 Max Karl Ernst Ludwig

16、 Planck 1858-1947德國物理學家，量子力學的德國物理學家，量子力學的開創(chuàng)人開創(chuàng)人IhceTbhck T21125Fh ceTbhck T21125其中其中h為普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù)6.62*10-34Js-1K為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù)1.38*10-23 Jk -1 IhfcefTbhfkT21153 IhceTbhckT2125 1 , fc因此普朗克定律可以表為因此普朗克定律可以表為由于以4微米作為分長線，把太陽輻射稱為短波輻射，而把地球和大氣的輻射稱為長波輻射或紅外輻射。 Peak WavelengthMax. IntensitySun0.5 micrometers7.

17、35 X 107 W/m2Earth10 micrometers390 W/m2輻射能量的分布輻射能量的分布亮溫度亮溫度 由探測到的單色輻射率由探測到的單色輻射率BB，根據(jù)，根據(jù)PlanckPlanck定律反演得到的溫度稱為亮溫度。定律反演得到的溫度稱為亮溫度。TbTb 亮溫度通常運用于地球資源衛(wèi)星遙感和亮溫度通常運用于地球資源衛(wèi)星遙感和大氣遙感領(lǐng)域。大氣遙感領(lǐng)域。三三.斯蒂芬斯蒂芬-玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律 1879年年Stefan 從熱力學實驗得出：從熱力學實驗得出：黑體輻射通量密度黑體輻射通量密度E0(T)與其本身熱力與其本身熱力學溫度的四次方成正比。學溫度的四次方成正比。1884年年

18、Boltzmann在實際上給與了證明。在實際上給與了證明。 隨著溫度的升高，黑體對各波長的放射隨著溫度的升高，黑體對各波長的放射才干都相應(yīng)地加強，因此輻射通量密度才干都相應(yīng)地加強，因此輻射通量密度也隨溫度增大。斯蒂芬也隨溫度增大。斯蒂芬-玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律闡明：黑體的輻射通量密度與絕對溫度闡明：黑體的輻射通量密度與絕對溫度的四次方或正比，即的四次方或正比，即 FTTb4= 5.67*10-8 W m-2 K-4 斯蒂芬斯蒂芬-玻爾茲曼定律可以從普朗克定律玻爾茲曼定律可以從普朗克定律中推導(dǎo)出來。將上式對整個波長積分中推導(dǎo)出來。將上式對整個波長積分 FFdhcedTbTbhck T00252

19、11 Fkc hTTTb215542344等效黑體輻射溫度等效黑體輻射溫度 由實踐丈量到的輻射通量密度，根由實踐丈量到的輻射通量密度，根據(jù)據(jù)Stefan-Boltzmann Stefan-Boltzmann 定律計算得到定律計算得到的溫度稱為等效黑體輻射溫度。的溫度稱為等效黑體輻射溫度。 TeTe 研討輻射問題時常用等效黑體輻射研討輻射問題時常用等效黑體輻射溫度溫度四四 維恩位移定律維恩位移定律(Wein ) 維恩 維恩是一位實際、實驗都維恩是一位實際、實驗都有很高造詣的物理學家。有很高造詣的物理學家。 正象勞厄所評價的那樣：正象勞厄所評價的那樣：“他的不朽的業(yè)績在于引導(dǎo)我們他的不朽的業(yè)績在于

20、引導(dǎo)我們走到量子物理學的大門口。走到量子物理學的大門口。1864-1928德國物理學家 1911因發(fā)現(xiàn)了熱輻射定律因發(fā)現(xiàn)了熱輻射定律或諾貝爾物理學獎。或諾貝爾物理學獎。 黑體光譜輻射率極大值對應(yīng)的波長黑體光譜輻射率極大值對應(yīng)的波長 與絕對與絕對溫度成反比。其表達式為溫度成反比。其表達式為 T=2897.6(微米微米開開) mm輻射體愈熱(溫度愈高)，所發(fā)出的光就愈“白。 圖圖5.45.4黑體光譜輻射率曲線最大值連線表黑體光譜輻射率曲線最大值連線表示示W(wǎng)einWein位移定律位移定律色溫度色溫度 由丈量到的最大單色輻射通量密度對應(yīng)由丈量到的最大單色輻射通量密度對應(yīng)的波長值，根據(jù)的波長值，根據(jù)We

21、in Wein 定律計算得到的溫定律計算得到的溫度稱為色溫度。度稱為色溫度。 TcTc 色溫度僅僅表示輻射體的主體顏色。色溫度僅僅表示輻射體的主體顏色。 色溫度傳統(tǒng)運用于冶金工業(yè)和高溫加熱色溫度傳統(tǒng)運用于冶金工業(yè)和高溫加熱工程領(lǐng)域，隨著高溫遙感探測技術(shù)開展，工程領(lǐng)域，隨著高溫遙感探測技術(shù)開展，色溫度的直接運用逐漸減少。色溫度的直接運用逐漸減少。 第第3節(jié)節(jié) 太陽輻射及其在大氣中的衰減太陽輻射及其在大氣中的衰減 太陽輻射是地球上最主要的能源，也是地太陽輻射是地球上最主要的能源，也是地球大氣中各種物理化學過程的總能源，太球大氣中各種物理化學過程的總能源，太陽輻射在到達地表前，要經(jīng)過大氣層，大陽輻射

22、在到達地表前，要經(jīng)過大氣層，大氣層對太陽輻射有吸收和散射作用，從而氣層對太陽輻射有吸收和散射作用，從而導(dǎo)致到達地表的太陽直接輻射的減小。導(dǎo)致到達地表的太陽直接輻射的減小。一一. 太陽輻射太陽輻射 太陽直徑約為140萬公里，相當于地球直徑的109倍，體積約為地球體積的130萬倍，質(zhì)量約為地球質(zhì)量的33萬倍，約等于太陽系一切的行星、衛(wèi)星總質(zhì)量的750倍。但在宇宙中，它的質(zhì)量在平均值附近，而它的大小卻低于平均值。 是地球最主要的能源，但這只不過是太陽輻射總能量的22億分之一。 太陽光球外表溫度約為5800K，內(nèi)部中心溫度可達 。 15107. K太陽的X射線圖片壯年期：主序星階段構(gòu)造太陽黑子核反響區(qū)

23、核反響區(qū) ：太陽中心區(qū)域這種超高溫高壓：太陽中心區(qū)域這種超高溫高壓條件下，不斷進展著大規(guī)模的氫熱核聚變條件下，不斷進展著大規(guī)模的氫熱核聚變反響，釋放出宏大的能量。反響，釋放出宏大的能量。輻射區(qū)：輻射區(qū)： 熱核反響產(chǎn)生的高能熱核反響產(chǎn)生的高能射射線經(jīng)過這個輻射區(qū)逐漸降低頻線經(jīng)過這個輻射區(qū)逐漸降低頻率，最后成為太陽向空間輻射率，最后成為太陽向空間輻射的較低能量的可見光和其他方的較低能量的可見光和其他方式的輻射。式的輻射。對流區(qū)對流區(qū) ： 稠密熾熱的氣體處于升降起伏稠密熾熱的氣體處于升降起伏的對流形狀。在太陽大氣中產(chǎn)生的的對流形狀。在太陽大氣中產(chǎn)生的各種活動景象各種活動景象(如黑子、耀斑等如黑子、耀

24、斑等)都都與對流區(qū)的活動有關(guān)。與對流區(qū)的活動有關(guān)。 光球外表的黑子溫度只需4500K左右，黑子數(shù)目還存在著11年左右的周期變化。 平均日地間隔為 ，稱為一個天文單位 1496108.km太陽輻射譜的觀測太陽輻射譜的觀測關(guān)懷關(guān)懷3 3個問題：個問題：(1) (1) 大氣外界太陽輻射的譜分布；大氣外界太陽輻射的譜分布；(2) (2) 總譜能量或太陽常數(shù)；總譜能量或太陽常數(shù)；(3) (3) 太陽輻射隨時間的變化。太陽輻射隨時間的變化。觀測簡史觀測簡史在在2020世紀初即已開場，地面丈量；世紀初即已開場，地面丈量；5050年代利用火箭觀測了太陽的紫外輻射；年代利用火箭觀測了太陽的紫外輻射；6060年代

25、利用飛機和高空氣球?qū)μ栞椛渥V作年代利用飛機和高空氣球?qū)μ栞椛渥V作了仔細的觀測研討；了仔細的觀測研討；7070年代又利用火箭和衛(wèi)星以及新的自動腔體年代又利用火箭和衛(wèi)星以及新的自動腔體輻射表觀測了太陽輻射的總譜能量。輻射表觀測了太陽輻射的總譜能量。氣候?qū)W領(lǐng)域，除了天氣預(yù)告這項永久的主題氣候?qū)W領(lǐng)域，除了天氣預(yù)告這項永久的主題外，沒有哪一項任務(wù)，能象太陽常數(shù)測定外，沒有哪一項任務(wù)，能象太陽常數(shù)測定那樣運用了從高空氣球、飛機、火箭到衛(wèi)那樣運用了從高空氣球、飛機、火箭到衛(wèi)星和航天器等如此眾多的現(xiàn)代高科技手段。星和航天器等如此眾多的現(xiàn)代高科技手段。觀測簡史觀測簡史目前，在高山上進展的長期丈量，仍是測算目

26、前，在高山上進展的長期丈量，仍是測算大氣外界太陽輻射光譜的主要手段。借助大氣外界太陽輻射光譜的主要手段。借助高空觀測彌補紫外和紅外波段的丈量。高空觀測彌補紫外和紅外波段的丈量。 假設(shè)在大氣上界日地平均間隔處，放一假設(shè)在大氣上界日地平均間隔處，放一塊與太陽光垂直的平面，在這個平面上，塊與太陽光垂直的平面，在這個平面上，每單位時間、單位面積上所接納的太陽每單位時間、單位面積上所接納的太陽輻射能輻射能,稱為太陽常數(shù)，用符號稱為太陽常數(shù)，用符號So表示。表示。根據(jù)實測和計算闡明：根據(jù)實測和計算闡明： So=2瓦米瓦米2 在在1981年墨西哥會議上，年墨西哥會議上，WMO的儀器和的儀器和觀測方法委員會建

27、議觀測方法委員會建議S0=77W.m-2太陽常數(shù)的變化太陽常數(shù)的變化19911994Sunspot numberLean et al 1995Lockwood and Stamper (1999)Hoyt ans Schatten (1993)Plot from IPCC TARSolanki and Fligge 1998太陽常數(shù)的變化太陽常數(shù)的變化 太陽輻射光譜 時辰不斷地從太陽飛向地球的帶電粒子流氫核、鈣核及電子流,構(gòu)成太陽風。其速度可達500 km/s, 在太陽活動發(fā)生劇烈迸發(fā)之后，太陽風的速度和粒子流密度都會增大。影響地球磁場, 也可導(dǎo)致天氣、氣候的異常變化 大氣上界太陽輻射光譜特點

28、：大氣上界太陽輻射光譜特點：能量絕大部分集中在能量絕大部分集中在0.15-4.0m，其中可見光區(qū)占其中可見光區(qū)占50%，紅外區(qū)占，紅外區(qū)占43%，紫外區(qū)占，紫外區(qū)占7%二二. 大氣對太陽輻射的吸收大氣對太陽輻射的吸收 能量的變化是不延續(xù)的。當其由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)時，添加的(吸收)能量滿足愛因斯坦公式 E=hf 每一躍遷就產(chǎn)生一條吸收線，許多吸收線在一同就為吸收帶，一切能夠的這種躍遷就組成該種氣體的吸收光譜 氣體的吸收具有明顯的選擇性。一定的氣體，其吸收光譜與輻射光譜是一致的。 1. 太陽輻射太陽輻射 吸收光譜吸收光譜O31.氧氣的吸收光譜 紫外波段有三個吸收帶紫外波段有三個吸收帶 Herzb

29、erg帶帶(0.240.26m ) Schumann-Runge帶帶(0.1250.2m ) Hopfield帶帶(小于小于0.1m ) 可見光區(qū)有三個弱吸收帶可見光區(qū)有三個弱吸收帶 0.76 m 、0.69 m 、0.63 m 紅外區(qū)僅有紅外區(qū)僅有 12.5 m 吸收帶。吸收帶。2.臭氧的吸收光譜臭氧的吸收光譜 紫外波段有三個吸收帶紫外波段有三個吸收帶 Hartley帶帶(0.255m ) Huggins帶帶(0.320.36m ) 可見光區(qū)有一個弱吸收帶可見光區(qū)有一個弱吸收帶 Chappuis帶帶(0.441.18m) 紅外區(qū)有紅外區(qū)有 9.6 m 最強吸收帶和最強吸收帶和 4.7 m 、

30、14.1m兩個較強吸收帶。兩個較強吸收帶。 3.水和水氣的吸收光譜 水氣吸收主要位于紅外波段水氣吸收主要位于紅外波段 水汽是大氣中輻射吸收最重要的氣體。水汽是大氣中輻射吸收最重要的氣體。 水汽的吸收帶主要在紅外區(qū)。水汽的吸收帶主要在紅外區(qū)。 液態(tài)水與水汽的吸收帶相對應(yīng)，波長向液態(tài)水與水汽的吸收帶相對應(yīng)，波長向長波方向挪動。長波方向挪動。 液態(tài)水的吸收程度比水汽強得多。液態(tài)水的吸收程度比水汽強得多。4.二氧化碳的吸收光譜二氧化碳的吸收光譜主要位于紅外波段。二氧化碳的吸收光譜主要位于紅外波段。2.02.0、2.72.7、4.34.3、4.84.8、5.2m 5.2m 弱吸收帶弱吸收帶大于大于14.

31、7m 14.7m 強吸收帶可以將全部紅外輻強吸收帶可以將全部紅外輻射吸收。是著名的溫室氣體。射吸收。是著名的溫室氣體。大大 氣氣 吸吸 收收 光光 譜譜光波在大氣中傳播時，某些特定波長的波被大氣各種氣體成光波在大氣中傳播時，某些特定波長的波被大氣各種氣體成分吸收而產(chǎn)生的暗線或暗帶組成的譜。吸收作用比較顯著的分吸收而產(chǎn)生的暗線或暗帶組成的譜。吸收作用比較顯著的氣體成分是氣體成分是H2OH2O、CO2CO2、O3O3等。它們將吸收的光波能量轉(zhuǎn)化為等。它們將吸收的光波能量轉(zhuǎn)化為熱能和電離能等，從而影響大氣的物理和化學形狀與過程。熱能和電離能等，從而影響大氣的物理和化學形狀與過程。2.指數(shù)減弱定律指數(shù)

32、減弱定律 dIkIdl dIIdl 稱為質(zhì)量吸收系數(shù)或質(zhì)量吸收截面 稱為容積吸收系數(shù) kk指數(shù)減弱定律 IIelkdl00 IIekdzdldzzlz0000 將上式改寫下 Iem0 mdldzlz00 稱為相對大氣光學質(zhì)量，又稱大氣質(zhì)量數(shù) kdzz0光學厚度 Bouguer-Lambert Bouguer-Lambert 定律定律 該式表示，輻射經(jīng)過均勻大氣介質(zhì)傳輸該式表示，輻射經(jīng)過均勻大氣介質(zhì)傳輸?shù)妮椛渎?，隨途徑增大而簡單地安指數(shù)的輻射率，隨途徑增大而簡單地安指數(shù)規(guī)律減弱。規(guī)律減弱。 1760年德國數(shù)學家年德國數(shù)學家 Lambert 從實際上從實際上導(dǎo)出衰減規(guī)律方程。德國物理學家導(dǎo)出衰減規(guī)

33、律方程。德國物理學家 Beer 論述了光的吸收定律，由此而在光學領(lǐng)論述了光的吸收定律，由此而在光學領(lǐng)域著稱。故也可稱之為域著稱。故也可稱之為 Beer 定律。定律。IIekdzdldzzlz0000Iem0 平面平行大氣 思索到大氣中各種變量在程度方向的變化率遠小于垂直方向的變化率，因此經(jīng)?？杉僭O(shè)大氣是程度均一的，相應(yīng)的大氣模型在大氣輻射學中稱為平面平行大氣。大氣質(zhì)量數(shù) mmZ sec對于平面大氣， mZ secZ為太陽天頂距 當 60度Z mdzdzRRznnZz11002022()() sin 有折射地球非均質(zhì)大氣有折射地球非均質(zhì)大氣KastenKasten閱歷公式閱歷公式WMOWMO引薦

34、引薦253. 1)885.93(1500. 0cos1m總光學厚度總光學厚度日光以天頂角日光以天頂角角傾斜入射角傾斜入射空氣分子散射、空氣分子散射、氣溶膠粒子散射、氣溶膠粒子散射、臭氧吸收、臭氧吸收、水汽吸收、水汽吸收、均勻混合氣體吸收均勻混合氣體吸收 ,R,O,v,pa三三 大氣對太陽輻射的散射大氣對太陽輻射的散射 散射是指每一個散射分子或散射質(zhì)點將射的輻射重新向各方輻射出去的一種景象。 散射的特性劇烈地依賴于粒子尺度與入射輻射波長的相對大小 。 尺度參數(shù) 瑞利散射或稱分子散射 0.1或(a) 米散射 0.1 ) 2 a 18711871年，年，RayleighRayleigh為解釋天空的顏

35、色，為解釋天空的顏色，根據(jù)根據(jù)MaxwellMaxwell電磁波實際，創(chuàng)建了分子散電磁波實際，創(chuàng)建了分子散射實際。一切的粒子尺度假設(shè)比入射波射實際。一切的粒子尺度假設(shè)比入射波長小得多，都適用長小得多，都適用RayleighRayleigh散射實際。散射實際。1.瑞利散射 假設(shè)入射輻射通量密度為 ，那么在間隔為r處的散射輻射通量密度 為 F0F aNnn341222() N為單位體積中分子數(shù)，n為折射率，為射輻射與散射輻射之間的夾角，稱為散射角 )2cos1()2(22240raFF散射角Rayleigh散射的特點散射的特點 散射通量密度與波長的四次方成反比。散射通量密度與波長的四次方成反比。散

36、射輻射以短波為主。散射輻射以短波為主。 散射光強度與粒子的體積平方成正比，散射光強度與粒子的體積平方成正比，與間隔的平方成反比。與間隔的平方成反比。 入射方向上，前向和后向的散射相等并入射方向上，前向和后向的散射相等并且為最強；垂直方向上散射為最弱，只且為最強；垂直方向上散射為最弱，只需最強方向上的一半。需最強方向上的一半。 前向和后向的散射輻射為非偏振光，垂前向和后向的散射輻射為非偏振光，垂直方向上為全偏振光，其它方向為部分直方向上為全偏振光，其它方向為部分偏振光。偏振光。圖圖 5.8 分子散射分子散射問題？ 晴朗的天空為什么呈蘭色？ 早晨和傍晚太陽為什么呈紅色？ 中午太陽為什么呈白色？散射

37、截面 單個散射質(zhì)點向整個空間散射的全部輻射通量 ：FFr ds,空間02 0022 F rd dsin Fa05421283 Fs,0 sSaFF12835420,具有面積的量綱，故稱為散射截面。散射截面的值代表射輻射的能量由于一次散射在入射方向上移去的量，被移去的量以散射元為中心向四面八方散射。 容積散射系數(shù) 表示單位容積的散射介質(zhì)在整個空間散射的總能量占入射輻射能的分數(shù) sNN1283542 8313422Nn() 容積角散射系數(shù)容積角散射系數(shù) ：在：在 方向上單位立體角方向上單位立體角中散射出去的輻射通量與入射輻射的比值中散射出去的輻射通量與入射輻射的比值 FFNd0 ()(cos)21

38、2422N 24222211Nn(cos)() 1908年，米(G.Mic)用電磁實際給出了均勻球狀粒子散射問題的準確解，也就是米散射實際。 2.米散射 FFrSSr,( )( )0222122242 S ( ) 為復(fù)函數(shù)，它們是粒子折率率n、尺度參數(shù) 和散射角的函數(shù)方向性圖 隨著 增大， 圖形愈來愈不規(guī)那么，且前向散射添加很大，這一景象稱為米效應(yīng)。 隨著 增大，散射能量愈來愈集中于前向一個很小的角度范圍內(nèi)。 隨著 添加, 圖形呈現(xiàn)許多“花瓣。散射方向指數(shù)出現(xiàn)許多極大值和極小值，角度分布變得越來越復(fù)雜。，散射效率 scsR2 當尺度參數(shù)到達5時，散射效率最大，隨著 的進一步增大， 趨于常數(shù)2，

39、即大粒子從入射輻射中消去的能量正好等于它橫截面的攔截輻射能量的2倍，并且入射輻射的波長無關(guān)。對于半徑為5微米的方滴，對可見光來講 已接乎常數(shù)數(shù)，各可見光波長都能同等散射，因此云是白色的。 米散射的容積散射系數(shù)與波長的關(guān)系 在半徑比較小時0.5微米以下,水滴對紫光散射強,對紅光散射弱。當半徑在0.70.8微米時,水滴對紅光散射強,對紫光散射弱。當水滴半徑更大時,那么在可見光區(qū)內(nèi),散射與波長無關(guān)。第第4節(jié)節(jié) 到達地面的太陽輻射到達地面的太陽輻射 一一. 到達地面的太陽直接輻射到達地面的太陽直接輻射 到達地面的太陽輻射包括太陽直接輻射和天空輻射(即太陽散射輻射)兩種 S0和S0分別為距太陽r和r 處

40、垂直于太陽光的輻射通量密度 4402020r Sr S SrrS00220 以S表示無大氣時地表程度面上的太陽輻射通量密度(到達大氣上界程度面上的太陽輻射度,也定義為天文輻射)，h為太陽高度角 SSABACS00sinh SSrr002() sinh 太陽高度角 sinhsinsincos cos cos 為地理緯度，為時角， ，t為當?shù)貢r，為赤緯 1212()t三種時間:世界時,北京時,當?shù)貢r7 7月北阿拉斯加午夜前后的太陽月北阿拉斯加午夜前后的太陽 太陽赤緯 太陽赤緯與日地間隔訂正系數(shù)的計算式比較多Spencer，1971；左大康，1991，其準確計算需用級數(shù)方式。左大康1991等根據(jù)19

41、86年中國天文年歷中的列表值進展Fourier分析后給出r/r0)2 、 的級數(shù)表達式分別為：2sin000079. 02cos000768. 0sin001472. 0cos033494. 0000109. 112)3sin001516. 03cos002689. 02sin000896. 02cos006799. 0sin072075. 0cos399512. 0006894. 0( 式中 為日角，以弧度rad表示，可用天數(shù) 來定，即1年中的第幾天。nD365/12nD在有大氣的情況， 為到達地面的單色太陽直接輻射通量密度 SSSem 常用方式 SSPm Pe稱為單色太陽輻射的大氣透明系數(shù)

42、或大氣光譜透明系數(shù) 透明系數(shù)透明系數(shù) 表示當太陽位于天頂時，到達地表的太陽直接輻射通量密度與大氣上界太陽輻射通量密度之比，在光學均勻情況下是一個與m無關(guān)的無因項量 大氣愈透明， 愈大；大氣愈不透明， 愈小。 是波長的函數(shù)，不同波長的透明系數(shù)不同。 PPPP表表2.3 不同波長的透明系數(shù)不同波長的透明系數(shù)波長0.41微米0.6微米1.0微米透明系數(shù)0.720.940.99對一切波長積分，那么得 P值(全譜透射率,透明度與大氣中的濕度、緯度、大氣質(zhì)量數(shù)有關(guān)。 大氣透明系數(shù)隨大氣中濕度的添加而減小。普通冬季濕度小，夏季濕度大，所以，冬季的大氣透明系數(shù)教夏季為大。 普通說來，大氣透明系數(shù)隨緯度的添加而

43、增大 大氣透明系數(shù)還隨大氣質(zhì)量數(shù)m而改動，m值增大，P值也增大。 假設(shè)大氣特性均勻，那么P與大氣質(zhì)量數(shù)m無關(guān)但隨波長而變化。 SS Pm 有大氣時到達地表的太陽直接輻射 SSrrPm() sinh002 直接輻射有顯著的日變化，在無云的天氣條件下，一直接輻射有顯著的日變化，在無云的天氣條件下，一天中，直接輻射普通是正午最大，午后小于午前，最天中，直接輻射普通是正午最大，午后小于午前，最小值是日出日落時辰。小值是日出日落時辰。直接輻射也有顯著的年變化，夏季最大，冬季最小。直接輻射也有顯著的年變化，夏季最大，冬季最小。但由于盛夏時，大氣中的水汽含量添加、云量增多，但由于盛夏時，大氣中的水汽含量添加

44、、云量增多，也能使直接輻射減弱得較多。使得直接輻射的月平均也能使直接輻射減弱得較多。使得直接輻射的月平均值的最大值不出如今盛夏，而出如今春未夏初的季節(jié)。值的最大值不出如今盛夏，而出如今春未夏初的季節(jié)。 表表2.6北京直接輻射的月平均值北京直接輻射的月平均值 ) 1022w m月月份份123456直接輻射2.022.793.144.534.604.19月份789101112直接輻射3.843.423.492.591.881.67 直接輻射還隨緯度而改動。冬半年北半球由于太陽高度角直接輻射還隨緯度而改動。冬半年北半球由于太陽高度角 直接輻射還隨緯度而改動 由于云和透明系數(shù)的影響，全年直接輻射的最大

45、值出如今北回歸線附近。 太陽直接輻射日總量，即一天太陽直接輻射日總量，即一天(晴天晴天)之內(nèi)到達地之內(nèi)到達地表的太陽直接輻射，只需對直接輻射式積分即可表的太陽直接輻射，只需對直接輻射式積分即可 QSrrPdtGttm120022(sin sincos cos cos) 式中t1,t2 為日出、日沒時辰,由下式為零sinhsinsincoscoscos cos0 tg tg 得 為 t1, t2對應(yīng)的時角 00,二二 到達地表的太陽散射輻射到達地表的太陽散射輻射 散射輻射來自整個半球天空，又稱天空輻射 天空輻射的大小取決于太陽高度角、大氣透明系數(shù)、云量、海拔高度，并受地面反射率影響，其變化范圍較

46、大。 隨太陽高度角的減小，天空輻射也減小 ,但太陽直接輻射減小得更多，因此太陽高度低時，散射輻射顯得更重要 大氣透明程度差時，散射粒子較多，散射輻射加強 云也能劇烈地增大散射輻射 ,但當云層很厚，云量很大時， 減小散射輻射 地面反射率加大時，加地面有雪，散射輻射加大，假設(shè)有云又有雪，會有反復(fù)反射景象，使散射輻射加大很多 同太陽直接輻射類似，散射輻射的變化也主要決議于太陽高度角。 散射輻射普通比直接輻射弱，但有時散射輻射會大于直接輻射。例如在高緯度地域，散射輻射甚至比直接輻射大幾倍，普通在中緯度，散射輻射只需直接輻射的3590% 三.地面總輻射 到達地表的太陽直接輻射與散射輻射之和稱為地面總輻射

47、 在夜間，總輻射為空，日出后隨太陽高度角添加而增大，在正午時達最大值 云對總輻射的影響很大，有云時雖然添加散射輻射，但使直接輻射減小，中午云量的增多會使總輻射的最大值提早或推后出現(xiàn)。 總輻射在夏季最大，冬季最小。 普通是緯度愈低，總輻射愈大,最大值在北緯20附近 一個地域總輻射的日總量和年總量，即一日或一年之內(nèi)收受輻射能量的總值，是形在一地域氣候條件的根本要素 行星反照率行星反照率定義定義: 地球地球-大氣系統(tǒng)的反照率稱為大氣系統(tǒng)的反照率稱為行星反照率，它表示射入地球的太行星反照率，它表示射入地球的太陽輻射被大氣、云及地面反射回宇陽輻射被大氣、云及地面反射回宇宙空間的總百分數(shù)。宙空間的總百分數(shù)

48、。目前以為全球的行星反照率數(shù)值目前以為全球的行星反照率數(shù)值可取可取0.30四、地球外表對太陽輻射的反照率 陸面反照率主要決議于外表的組陸面反照率主要決議于外表的組成和特征以及入射輻射的光譜分成和特征以及入射輻射的光譜分布和入射角度布和入射角度 入射輻射光譜特征對地面的反照入射輻射光譜特征對地面的反照率有明顯影響。反照率隨波長增率有明顯影響。反照率隨波長增大而加強。大而加強。 地面吸收的總輻射為地面吸收的總輻射為SgSg1-A1-A第第5節(jié)節(jié) 地球輻射地球輻射 地面的平均溫度約為300K，對流層大氣的平均溫度約為250K，95%以上的能量集中在3120微米的波長范圍內(nèi)(紅外、遠紅外輻射)。其最大

49、輻射能所對應(yīng)的波長在1015微米范圍內(nèi)。 一一.地面輻射地面輻射 地面輻射可以近似地看成灰體輻射，根據(jù)基爾霍夫定地面輻射可以近似地看成灰體輻射，根據(jù)基爾霍夫定律和斯蒂芬律和斯蒂芬玻爾茲曼定律，地面輻射通量密度玻爾茲曼定律，地面輻射通量密度 可可寫為寫為 FFTEEbE4式中FE為與地面同溫度的黑體輻射通量密度， TE為地表溫度,為比輻射率， 在地面通常的溫度條件下(4040)， FE的數(shù)值在154525W/M2 。比太陽常數(shù) 小得多，而與到達地面上的太陽直接輻射通量密度相近。 云對太陽輻射的作用主要是散射，還有反射，液態(tài)水滴和冰粒對太陽輻射能的吸收經(jīng)常可以不予思索。 云對紅外輻射而言，主要是吸

50、收。濃密的低云在50米的路程上就會吸收90%以上的紅外輻射。因此，對于紅外輻射，一定厚度的云可簡單地當作黑體對待。云底構(gòu)成對來自地面和低層大氣向上輻射的吸收外表，云頂那么構(gòu)成另一外表，該外表經(jīng)過大氣窗區(qū)向太空放射輻射能。 二二.云的輻射云的輻射 對于某些光性薄的云來說，例如卷云，通常它的長波透過率大于0.5，對于這類云要看作灰體，而不能看作黑體處置。 高層云在不同厚度時的譜透過率和譜反射率 三三.大氣輻射大氣輻射 大氣主要是經(jīng)過吸收地面紅外輻射而維持其溫度的，據(jù)估計，它能吸收地面輻射的7595%，而吸收這些輻射的又幾乎全是貼近地面及4050m厚的氣層 大氣中吸收紅外輻射主要是水汽和液態(tài)水，此外

51、還有一些微量氣體，如 CO2，O3 等。 大氣輻射的強弱處理定于大氣溫度，又決議于大氣濕度和云況。愈度愈高，水汽和液態(tài)水含量愈大，那么大氣輻射也愈大。 大氣逆輻射計算公式大氣逆輻射計算公式: 向下到達地面的大氣輻射稱為大氣逆輻射。 1埃斯屈朗公式 RTABTe410()卡 厘米分21其中R為大氣逆輻射，T為地面氣溫K，e為水汽壓百帕，A=0.81,B=0.24,r=0.052。2布倫特公式 RTabe412() 卡厘米分21式中a=0.52,b=0.065,其它符號同埃斯屈朗公式 3斯威斑恩克公式RT531 10136. RTTCcc云天531 101071364.(. ) 晴天TC為云的溫度

52、，C為云量， 為云的比輻射率，對于低云 =1，中云 =0.9，高云 =0.3 c 大氣對太陽輻射吸收很小，結(jié)果讓大量的太陽輻射透過大氣到達地面，而大氣又劇烈地吸收地面紅外輻射而增熱，并以大氣逆輻射的方式前往一部分給地面，使得地面不致失熱過多，大氣的這種作用猶如花房的保暖作用，所以稱為大氣溫室效應(yīng)，也稱大氣效應(yīng)。 Fleaple和Businger指出，溫室中的高溫主要是由玻璃罩引起的，它阻止暖空氣上升，因此阻止了熱量由溫室中帶走，而不能歸因于紅外輻射的吸收。 據(jù)估計，假設(shè)沒有大氣，地面溫度將是23，但實踐地面平均溫度為15，由于大氣的溫室效應(yīng)，便地面平均溫度提高了38。 四四.有效輻射有效輻射

53、地面有效輻射 是指地面輻射和地面所吸收的大氣逆輻射之差 為正時，地面經(jīng)過紅外輻射熱交換損失熱量，當 為負時，地面經(jīng)過紅外輻射熱交換獲得熱量。在通常情況下， 為正，即地面經(jīng)常失去熱量。 F0F0FFRE0 地面有效輻射的大小主要決議于下墊面溫度、空氣溫度、濕度和云況，在其它條件不變的情況下，地面溫度越高，地面輻射越強，有效輻射也愈大。氣溫越高，絕對濕度愈大；天空中云愈多愈密，那么大氣輻射愈強，故有效輻射愈小。 有效輻射有明顯的日變化，入夜逐漸減少，早晨達最小值，日出后顯著增大，正午達最大值，但云往往能破壞上述日變化規(guī)律。 五五.紅外輻射傳輸紅外輻射傳輸 1、傳輸特點：、傳輸特點：1地球和大氣都是

54、放射紅外輻射的輻地球和大氣都是放射紅外輻射的輻射源，經(jīng)過大氣中任一平面射出的都是射源，經(jīng)過大氣中任一平面射出的都是具有各個方向的漫射輻射。具有各個方向的漫射輻射。2除非有云或塵埃等大顆粒質(zhì)點較多除非有云或塵埃等大顆粒質(zhì)點較多時，大氣對長波輻射的散射減弱較小，時，大氣對長波輻射的散射減弱較小，可以忽略不計?？蓛H思索大氣對長波輻可以忽略不計?？蓛H思索大氣對長波輻射的吸收作用。射的吸收作用。 d 應(yīng)由兩部分組成， Gd G= d G 為大氣消光所致。式中 為質(zhì)量消光截面，它等于質(zhì)量吸收截面與質(zhì)量散射截面之和。 1+ d G2 dGk Gdl1 kdGjdl2為大氣發(fā)射和多次散射所致 , 為發(fā)射散射系

55、數(shù)或稱源函數(shù)系數(shù)，它的意義是有由于發(fā)射和多次散射使得 加強，其單位為瓦/克微米球面度 jGjkJ稱為源函數(shù)，具有輻射率的單位 J dGkJGdl()對于由下而上的輻射率 ,類似地可表為 U dUkJUdl() 當討論紅外輻射傳輸時，可只思索吸收、發(fā)射，不思索散射 dGkJGdldUkJUdl()() jkJITb( ) 假設(shè)熱平衡輻射條件成立，那么根據(jù)基爾霍夫定律 dGkITGdldUkITUdlbb( )( ) 紅外輻射傳輸方程，也稱希瓦茲恰爾德方程 五五.長波輻射變溫率長波輻射變溫率各高度上的凈輻射通量密度 FzFzFzN( )( )( ) 氣層的凈輻射能量 FFzzFzNNN()( )

56、長波輻射冷卻所產(chǎn)生溫度變化 TtcFzgcFPpNpN 1 FN由于溫度和濕度通?？偸窍蛏线f減，故凈輻射能量 通常為正值，且普通隨高度減少,因此而普通情況下， 0， FzN( )P0 因此大氣經(jīng)過長波輻射減溫，通常降溫率約為13/天,大陽輻射的增溫率約1 /天 day1 大氣降溫率大于短波增溫率，在夜間就只需長波輻射降溫，這闡明大氣由于輻射能量交換的結(jié)果，入不敷出，要維持大氣的溫度中就要以其它方式(對流傳導(dǎo)等)由地面獲得能量。 大氣溫度較高時，其長波輻射就強，如大氣中存在逆溫層,那么逆溫層頂有較強的輻射冷卻，其作用是促使逆溫層趨于消逝。溫溫 室室 效效 應(yīng)應(yīng)溫室效應(yīng) 地球外表的大氣使得實踐觀測

57、到的地球外表溫度約為15。遠高于無大氣時輻射平衡溫度，這主要是由于大氣的存在使地球外表的平衡的溫度升高了。大氣對太陽的短波輻射是透明的，而對地球外表的長波輻射不太透明，其性質(zhì)好像溫室的玻璃一樣。所以，普通把大氣的這種保溫作用又稱為“溫室效應(yīng)。把具有溫室效應(yīng)的氣體統(tǒng)稱為“溫室氣體。大氣中的主要溫室氣體包括水汽，CO2，CH4，N2O，CFCs，他們不是大氣的主要成分。 溫室效應(yīng) 自然界的溫室氣體使地球堅持適當?shù)臏囟绕骄?5，適于人類和生物生存。但是當他們的濃度添加，將會使地球溫度升高，改動氣候及其他氣候要素，特別是降水。 溫室氣體濃度添加，使全球平均地表溫度升高，嚴厲地說，這是在自然溫室氣體濃度

58、之上添加的“加強溫室效應(yīng)，人們經(jīng)常把加強二字省略，但不應(yīng)忘記。 地氣系統(tǒng)平均發(fā)射功率地氣系統(tǒng)平均發(fā)射功率 240wm-2 相當黑體溫度相當黑體溫度 255 K 地面發(fā)射率地面發(fā)射率 390wm-2 相當黑體溫度相當黑體溫度 288 K溫室氣體的溫室效應(yīng)溫室氣體的溫室效應(yīng) 33 K溫室效應(yīng)在全球能量平衡中的作用溫室效應(yīng)在全球能量平衡中的作用 自然過程控制下的溫室效應(yīng)使得地自然過程控制下的溫室效應(yīng)使得地表平均溫度提高了表平均溫度提高了3333C C。 地球外表平均溫度：地球外表平均溫度： 15 15C C 月球外表平均溫度：月球外表平均溫度： -18 -18C C假設(shè)沒有溫室效應(yīng)，假設(shè)沒有溫室效應(yīng)

59、，生命就不能夠存在。生命就不能夠存在。人類活動呵斥大氣中溫室氣體的急劇添加，從而加強的溫人類活動呵斥大氣中溫室氣體的急劇添加，從而加強的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致地球系統(tǒng)面臨全球增暖的要挾。室效應(yīng)，導(dǎo)致地球系統(tǒng)面臨全球增暖的要挾。一一.地面輻射差額地面輻射差額 第第6節(jié)節(jié) 地面輻射差額和能量地面輻射差額和能量平衡平衡 地面收入輻射能對口支出，輻射能的差值稱為地面輻射差額 FBFSSrAFA TBADsR()()104SrFGs()10 凡是影響太陽總輻射和地面有效輻射的因子都能影響地面輻射差額,白天總輻射最為重要，這時地面輻射差額與總輻射和變化規(guī)律類似，夜間地面有效輻射起主要作用 地面輻射差額由正值變?yōu)樨?/p>

60、值和由負值變?yōu)檎档臅r間分別在日沒前和日出后1小時左右 地面輻射差額的年變化隨緯度而異，緯度愈低，輻射差額堅持正值的月份愈多，反之，緯度越高，差額堅持正值的月份愈少。 二二.地面能量平衡地面能量平衡 地外表除了輻射呵斥的能量收支外，還有地表和貼地層空氣的熱量交換(感熱)，地表和深層土壤之間的熱交換和因相變(地表水分蒸發(fā))引起的地表能量損失(潛熱)等項。 表示地表凈能量通量 HalRRHHHslsem Hal湍流顯熱通量潛熱通量邊界層高度云層土壤濕度土壤溫度溫度相對濕度風自由大氣夾卷層近地面層混合層 當?shù)乇韮裟芰客繛檎龝r，地表獲得能量，地表溫度上升，為負時，地面失去能量，地表溫度下降，為零時，