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第一节太阳辐射
第二节地面和大气辐射
第三节大气增温和冷却
第四节大气温度随时间的变化
第五节大气温度的空间变化
第一节太阳辐射
一、辐射的基本知识
(一)辐射与辐射能
辐射:物体以电磁波的方式向四周放射能量,这种能量传播方式称辐射
辐射能:辐射传播的能量称辐射能
辐射通量密度:单位时间内通过单位面积的辐射能。
辐射通量密度没有限定辐射方向,辐射接受面可以垂直射线或与之成一定角度
辐射强度:单位时间内,通过垂直于选定方向的单位面积的辐射能。
(二)辐射光谱
辐射光谱:辐射能随波长分布的曲线
(三)物体对辐射的吸收、反射和透射
(四)有关辐射的基本定律
1、基尔霍夫定律
2、斯蒂芬-玻耳兹曼定律
3、维恩位移定律
二、太阳辐射
(一)太阳辐射光谱与太阳常数
太阳辐射光谱:太阳辐射能按波长的分布
太阳辐射=黑体辐射
太阳辐射波长范围:—
可见光:—
紫外线:<
红外线:>
太阳辐射最强的辐射波长:(青光)
太阳常数:日地平均距离时,大气上界垂直太阳光线的单位时间内单位积上获得的太阳辐射。
(二)太阳辐射在大气中的减弱
由于大气对太阳辐射的吸收、散射和反射,使太阳辐射穿过大气后发生了变化:
1)总辐射能明显减弱
2)太阳光谱变得极不规则
3)波长短的辐射能减弱得为显著
1、大气对太阳辐射的吸收
大气中某些成分选择性地吸收了太阳辐射。这些成分主要是:水汽、氧、臭氧、co2和固体杂质。
水汽虽然在可见光区和红外区都有不少吸收带,但吸收最强的是在红外区,—。最强的太阳辐射能是短波部分,因此水汽从进入大气中的总辐射能量内吸收的能量并不多。据估计,太阳辐射因水汽的吸收可以减弱4%—15%。所以大气因直接吸收太阳辐射而引起的增温并不显著。
大气中的主要气体是氮和氧,只有氧能微弱地吸收太阳辐射,,吸收能力较强,,各有一个窄吸收带,吸收能力较弱。
臭氧在大气中含量虽少,但对太阳辐射能量的吸收很强。—,。,吸收能力虽然不强,但因位于太阳辐射最强烈的辐射带里,所以吸收的太阳辐射量相当多。
二氧化碳对太阳辐射的吸收总的说来是比较弱的,,但这一区域的太阳辐射很微弱,被吸收后对整个太阳辐射的影响不大。
此外,悬浮在大气中的水滴、尘埃等杂质,也能吸收一部分太阳辐射,但其量甚微。只有当大气中尘埃等杂质很多(如有沙暴、烟幕或浮尘)时,吸收才比较显著。
由以上分析可知,大气对太阳辐射的吸收具有选择性,因而使穿过大气后的太阳辐射光谱变得极不规则。由于大气中主要吸收物质(臭氧和水汽)对太阳辐射的吸收带都位于太阳辐射光谱两端能量较小的区域,因而对太阳辐射的减弱作用不大。也就是说,大气直接吸收的太阳辐射并不多,特别是对于对流层大气来说,太阳辐射不是主要的直接热源。