大氣的熱力狀況課件

1、大氣的熱力狀況,地球表面處于大氣圈、水圈和巖石圈的交互作用之中，進(jìn)行著各種形式的運(yùn)動(dòng)過程，包括簡單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜的生命過程，其中大多數(shù)過程的能量直接或間接來自太陽輻射。 太陽輻射透過地球的大氣“外衣”到達(dá)地表，經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換之后，形成對(duì)地球生命有深刻影響的大氣熱力狀況。 地球上的氣溫條件是各種生物繁殖和演化的重要條件，也是決定地球上能量和物質(zhì)輸送、轉(zhuǎn)化的重要因素。 氣溫的空間變化是各地理要素地域分異的根本原因之一。,太陽輻射 短波輻射,地面和大氣輻射長波輻射,大氣的熱力作用,1、大氣對(duì)太陽輻射的削弱作用 2、大氣的保溫效應(yīng),1、輻射的基本知識(shí) （1）物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射 假設(shè)投射

2、到物體上 的總輻射為Qo，被 吸收的為Qa，被反 射的為Qr，透過率為Qd， 根據(jù)能量守恒 原理：Qa+Qr+Qd=Qo 兩邊同除以Qo得： Qa/ Qo +Qr/ Qo +Qd/Qo =1 即；a+r+d=1。,物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長和物體的性質(zhì)而改變。 輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收能力也強(qiáng)，黑體的吸收率最大，故它是最好的放射體； 對(duì)于同一物體，如果在溫度為T時(shí)，它放射某一波長的輻射，那么在同一溫度下，它也吸收同樣波長的輻射； 黑體能將所有波長的輻射全部吸收掉的物體即a=1。,任何物體在向四周放射能量的同時(shí)，也吸收能量； 高溫物體在單位面積上放射的能量比低溫物體多。 斯蒂

3、芬波爾斯曼定律： E=T4 . =5.6710-8W（m2.K4） 、 大氣上界太陽輻射：可看作黑體輻射，太陽表面溫度高達(dá)6000K左右，是熾熱的氣態(tài)球體。,太陽輻射： 太陽輻射光譜太陽輻射中輻射按波長的分布，稱為太陽輻射光譜。 波長過短或過長所負(fù)荷的輻射能量都很少； 大氣上界太陽輻射光譜在0.15um的范圍； 太陽輻射中99%的能量在0.154um的范圍，其中 0.40.76um為可見光區(qū)， 0.76um的為紅外區(qū)， 0.4um為紫外區(qū)。,太陽輻射能主要分布在可見光區(qū)和紅外光區(qū)，其中，可見光占太陽輻射總能量的50%，并以0.47um附近最強(qiáng)，紅外區(qū)占43%；紫外區(qū)的太陽輻射能很少，只占7%。

4、 太陽常數(shù)在大氣上界，垂直于太陽光線的1cm2面積內(nèi)，1min內(nèi)獲得的太陽輻射能量，稱為太陽常數(shù)。1370W/m2。,太陽輻射光譜,太陽輻射在大氣中的減弱 大氣的云層和塵埃地太陽輻射的反射。 反射能力取決于云的厚薄， 薄云反射率：1020%； 厚云反射率：90%。 高層云反射率：25%； 中層云：50%；低層云：65%。 大氣渾濁度越大，對(duì)太陽輻射的削弱也越大。,到達(dá)地面的太陽輻射與大氣上界的情況不同。 由于大氣圈對(duì)輻射有吸收、散射和反射等作用，太陽光譜中不同的波長將受到不同程度的削弱。 吸收作用主要削弱紫外和紅外部分，而對(duì)可見光部分則影響較少。 散射和反射作用受云層厚度、水汽含量、大氣懸浮微

5、粒的粒徑和含量的影響很大。,地面對(duì)太陽輻射的反射： 到達(dá)地面的太陽輻射只有一部分被地面吸收，另一部分被地面反射出去。 地面對(duì)入射太陽輻射的反射取決于地面的反射率（r），r取決于地面的性質(zhì)，一般地： 陸地表面的r約為10%30%，且隨著太陽高度的減小而增大，深色土比淺色土小，粗糙土比平滑土??； 水面隨著太陽高度角和平靜度而變，太陽高度角愈小，其反射率愈大，波浪起伏的水面，其平均反射率為10%，對(duì)陸地稍小。,針對(duì)大氣的散射輻射 影響散射輻射的因素：太陽高度角、透明度、云量 A）太陽高度角大，入射輻射量多，散射輻也相應(yīng)地增強(qiáng)； B）透明度差，參與散射作用的質(zhì)點(diǎn)多，散射輻射也強(qiáng)； C）云量大，散射輻射

6、大。,為何天空呈蔚藍(lán)色？ 空氣分子選擇青色、藍(lán)色光進(jìn)行散射。 為何日出、日落時(shí)，太陽呈紅色？ 因?yàn)樘柛叨冉遣煌柟馔ㄟ^大氣的厚度也不同.太陽高度越小，太陽光投射時(shí)所穿過的大氣質(zhì)量就大（垂直時(shí)，穿過的質(zhì)量數(shù)為1）. 日出、日落時(shí)日光通過的大氣質(zhì)量數(shù)最大，尤其是低層大氣的水滴、灰塵等大質(zhì)點(diǎn)多，紅光、橙光散射增強(qiáng)，導(dǎo)致出現(xiàn)紅色“霞光”,大氣的保溫效應(yīng),地面輻射 是大氣的主要熱源，地面輻射絕大部分（約有7595%）被大氣中的云、霧、水汽和二氧化碳等吸收，只有波長為8.412um的部分，可穿過大氣層進(jìn)入宇宙空間，故稱此波段為“大氣窗”。,大氣輻射 （1）大氣靠吸收（其吸收具有選擇性）地面長波輻射而增

7、溫。 1）水汽：對(duì)地面長波輻射的吸收最明顯，可吸收58.5um,18um紅外區(qū)范圍的太陽光； 2）二氧化碳：吸收波段有4.3um,14.7um,尤其是在14.7um為中心的吸收帶范圍很廣；,太陽,地面,大氣,大氣逆輻射,地面和大氣既吸收太陽輻射，又依據(jù)本身的溫度向外輻射。 由于地面和大氣的溫度比太陽低得多，因而地面和大氣輻射的電磁波長能量集中在3120 微米的紅外范圍內(nèi)。 習(xí)慣上稱太陽輻射為短波輻射，地面和大氣輻射為長波輻射。,據(jù)估計(jì)，約有7595的地面長波輻射被大氣吸收，用于大氣增溫，只有極少部分穿透大氣散失到宇宙空間。由此可見，地面是大氣的第二熱源。 氣溫變化必然受到地面性質(zhì)的影響。地面長

8、波輻射幾乎全被近地面4050 米厚的大氣層所吸收。 低層空氣吸收的熱量又以輻射、對(duì)流等方式傳遞到較高一層。這是對(duì)流層氣溫隨高度增加而降低的重要原因。,地面輻射的方向是向上的，而大氣輻射方向既有向上的，也有向下的。 向下的部分稱大氣逆輻射。 逆輻射可減少地面因長波輻射而損失的熱量。這對(duì)地球表面的熱量平衡具有重要意義。它使太陽短波輻射易于達(dá)到地面，地面長波輻射卻不容易散失到宇宙空間，從而對(duì)大氣起保溫作用，使地面溫度變化不致過于劇烈。這種作用稱大氣花房效應(yīng)。,大氣熱力作用的意義,1、縮小了氣溫日較差 2、提高了地球表面平均溫度,全球的熱量平衡 綜上所述，太陽短波輻射為大氣和地面所吸收，大氣和地面又依

9、據(jù)本身的溫度向外發(fā)射長波輻射，這樣就形成了整個(gè)地-氣系統(tǒng)與宇宙空間不斷地以輻射形式進(jìn)行能量交換。 在地理環(huán)境內(nèi)部，地面與大氣也不斷以輻射和熱量輸送的形式交換能量。,在某一時(shí)段內(nèi)物體能量收支的差值，稱為輻射平衡或輻射差額。 當(dāng)物體收入的輻射多于支出時(shí)，輻射平衡為正，物體熱量盈余，溫度升高； 反之，輻射平衡為負(fù)，物體熱量虧損，溫度將降低； 若物體收入的輻射與支出相等，則輻射平衡為零，溫度無顯著變化。,全球年平均輻射平衡為零，但局部地區(qū)卻并非如此。 低緯地區(qū)輻射平衡為正，能量盈余； 高緯地區(qū)輻射平衡為負(fù)，能量虧損； 高緯地區(qū)虧損的部分由低緯地區(qū)盈余的部分補(bǔ)充，能量由低緯向高緯輸送主要是依靠全球性的大

10、氣環(huán)流和洋流進(jìn)行的。,輻射平衡有明顯的日變化與年變化: 在一日內(nèi)，白天收入的太陽輻射超過支出的長波輻射，故輻射平衡為正；夜晚情況相反，輻射平衡為負(fù)。 輻射平衡由正轉(zhuǎn)為負(fù)或由負(fù)轉(zhuǎn)為正的時(shí)刻，分別出現(xiàn)在日沒前與日出后一小時(shí)。 在一年內(nèi)，北半球夏季的輻射平衡因收入的太陽輻射增多而加大；冬季則相反，甚至出現(xiàn)負(fù)值。 這種年變化情況因緯度不同而不同，緯度愈高，輻射平衡保持正值的月份愈少。 例如，宜昌全年輻射平衡均為正值，而列寧格勒只有五個(gè)月為正值，在極圈范圍內(nèi)則大部分時(shí)間出現(xiàn)負(fù)值。,氣溫,氣溫是大氣熱力狀況的數(shù)量度量。 氣溫的變化特點(diǎn)通常使用平均溫度和極端值絕對(duì)最高溫度、絕對(duì)最低溫度來表示，地理位置、海拔高度、氣塊運(yùn)動(dòng)、季節(jié)、時(shí)間以及地面性質(zhì)都是影響氣溫的分布和變化的因素。 大氣從地面獲得的能量比直接吸收的太陽輻射能多，所以地面性質(zhì)對(duì)氣溫變化影響極大。,地球表面結(jié)構(gòu)不均一，首先可以分為大陸和海洋兩大部分。 大陸表面主要由巖石及其風(fēng)化物和土壤所組成，熱容量小，約為0.2 卡/克度，海洋熱容量較大，為1 卡/克度，二者對(duì)熱能的反映存在顯著的差別。 水體蒸發(fā)耗熱較多，且可以通過垂直的和水平的水