大氣科學概論第十一輻射

1、大氣科學概論課件第十一輻射第1頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 6.3.3.1 大氣上界的太陽輻射能 一、不同日地距離日期的太陽常數(shù) 在平均日地距離的日期，垂直到達大氣上界的太陽常數(shù)S0： 在非平均日地距離的其他日期，垂直到達大氣上界的太陽常數(shù) 須訂正：第2頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 推導：設日地距離為r，平均日地距離為r0， 和S0分別為距太陽r和r0處垂直于太陽光的 輻射通量密度。 因為通過半徑為r的球面的太陽輻射通量與 通過半徑為r0的球面的太陽輻射通量相等，所以，有 rm=(r0/r)為日地距離訂正系數(shù)，也稱地球軌道偏心率。 第3頁

2、，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 二、任何日期到達大氣上界水平面上 太陽輻射通量密度S的計算因為 所以，即第4頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 介紹一些天文知識： 黃道平面:地球以橢圓軌道繞太陽旋轉，地球 公轉軌道平面稱為黃道平面。 天文單位AU:日地之間的平均距離為1AU 近日點： 1月3日，日地 距離為0.973AU 遠日點： 7月4日，日地 距離為1.017AU第5頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 太陽高度角h：陽光與水平面的夾角。 天頂角：太陽高度角的余角。 時角：觀測點的經(jīng)圈與太陽重合后（即當?shù)?正午）地球自轉的角

3、度。 每天從0變到360，正午為0，日出日落0的需計算。 方位角：太陽在赤道面所處的位置。 正南為0o,正西為90o, 正北為180o,正東為270o。 太陽赤緯：日地連線與赤道平面的夾角。 北半球春秋分=0；0=90o或270o 。 夏至日=23.5o ； 在=66.5處0=180o 。 冬至日=-23.5o ；在=66.5處0=0o 。 第6頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 對地面上處于緯度和經(jīng)度的觀測者 而言，在某一時刻觀測到的太陽高度角h和 方位角可以用下列方程計算。 其中，為太陽赤緯，變化在正負23o27； 為時角，每天從0o變至360o 。第7頁，共16頁，

4、2022年，5月20日，15點0分，星期二 在日出日落時刻，因為h=0o，可求出日出 日落的時角和方位角為： 對北半球的春分秋分日， =0o，0=90o ,0=90o和270o 即日夜等長,太陽從正東升起，從正西落下。對北半球的夏至日， =23.5o，在=66.5o,0=180o ,說明北極圈內全天太陽不落。第8頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 6.3.3.2 到達地面的太陽直接輻射 由于大氣對太陽輻射有吸收和散射的消光作 用，直接到達地面的太陽輻射 有所衰減。 設S為到達大氣上界的太陽直接輻射通量密度； 為到達地面的太陽直接輻射通量密度。根據(jù)皮耳定律：（p38的指數(shù)削

5、減定律） m為大氣質量數(shù)，P為所有波長范圍內的平均透明系數(shù)。第9頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 所以，有 太陽直接輻射的日總量只要對上式積分即可： t1和t2分別為日出日落的時間， 和為對應的時角， T為一晝夜的時間，T=T(+）/2d，第10頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 因為P是一個時空和m的復雜函數(shù)，日總量 的公式不好積分。 為簡單起見，假定p=0和p=0.7,(大氣完全透明 和大氣衰減的一般情況），結果如p44圖2.15和 圖2.16，盡管上述處理是一致的，但仍然可以看出 大氣對太陽輻射的消光作用。 第11頁，共16頁，2022年，5

6、月20日，15點0分，星期二 6.3.3.3 到達地表的太陽散射輻射 由于大氣的存在，到達地表的輻射除太陽直接 輻射外，還有從天空各方向散射而來太陽散射輻 射，散射輻射來自整個半球天空，又稱天空輻射。 散射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，其變化范圍較大。 h越小，S散越?。?p越小，散射粒子越多，S散越大；云層越厚， 云量很大時，因直接輻射少，S散越小。海拔越高，S散越?。环瓷渎?越大，因反復散射，S散越大。 散射輻射一般比直接輻射弱（中緯度S散僅是直接輻射的35%-90%） 但有時會大于直接輻射。如高緯云多的地區(qū)，有時會大幾倍。第12頁，共16

7、頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 6.3.3.4 地面總輻射 到達地面的太陽直接輻射與散射輻射之和 稱為地面總輻射。 地面總輻射=直接輻射+散射輻射 地面總輻射的日變化： 夜間為0，日出后增大，正午最大，午后逐 漸減少，有云使最大值提前和推后出現(xiàn)。第13頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 地面總輻射的年變化： 與直接輻射的年變化一致,中高緯度夏季最大， 冬季最小，赤道一年兩個最大值出現(xiàn)在春分和秋 分，最小值出現(xiàn)在夏至和冬至。 地面總輻射的日總量隨緯度的分布，由高緯向低緯增加，如p46圖2.19。 第14頁，共16頁，2022年，5月20日，15點0分，星期二 練習p54,6： 若大氣透明度系數(shù)為0.8，求南京地區(qū) （=32N）夏至日中午時刻入射到地表水平 面上的輻射通量密度。 （=2327，r/r0=1.016)解：因為中午=0，將相關值代入公式: S=1318w/ms第15頁，共16頁，2022年，5月20日，15點