=40°N,入=114° (1)6月22日月至.8=234°，求可昭时数和中午12占的日。？ 12月2日冬至：623 求白昼长短和中午12点的H, (3)3月21日春分9月23日秋分： 求白可照时数和中午12点的H? 总之：四季的变化由于地球轴线与黄道成66.33°，太阳直射点从南▣归线到北回归线.如 此周而复始的变化就形成了寒来暑往的四季交替。但并不是到处都有春夏秋冬，就我国而言 (1)福建、广东、广西、台湾四省为长夏无冬，秋去春来”：(2)海南省“四季皆夏”：(3)黑龙 (4)长江 S2.2辐射 ·、辐射的基木概 自然界中一切物体只需其绝对温度在零度以上都会在不需要任何介质情况下以电端 波或粒子、光电子形式向外发射能量。这种发射能量的方式就叫辐射，通过辐射传输的能量 称为辐射能简称辐 物体在向外发射能量的同时也不断吸收周围物体的辐射，其发射与吸收辐射的能力与物 体本身的温度，成分等物理性质有关。电磁波辐射在大气传播过程中会发生反射，散射，吸收的 现象。 1由减油越 电磁波或光量子是通过在电磁场的振荡进行能量传输的。电磁波的性质可用波长入和振 荡频率v表示。入：波长的长度一般用微米μm(10m)和纳米m(10m)表示：v:振荡 频率用每秒振动的次数表示，单位为赫兹品或1/秒s。有一波长公式入= 片其中c为光 速3X10m/s。即任一波长的电磁波与其频率的乘积都等于光速。因此，λ与D成反比，即 波长越短的频率越快，波长越长的振荡频率越慢。 什么是短波、长波、紫外线、可见光、近红外、远红外？（提问波长范国） (附图n23)0.1-3.0μm、3.0∞、0.10.4、0.4-0.7、0.7-3.0、3.0或4.0-100 um」 2.撸兰克第一定律 早在19O0年PLANK就发现辐射能量的传输是通过光量子形式进行的，那么一个光量 子携带多少能量呢？这就是普兰克第一定律要解决的问题。其公式形式是：c=h入，其中： h一普兰克常数.它等于6.63×1034灯S,c一光速=3×10m/s,λ一波长（μm。从公式看出 波长越短，e就越大，即：波长超短，每个光量子所带的能量越多。Gamma刀可作脑手术、 X光照片等，因其波长短，能量很大。入越长c越小，携带的能量越少。举例：0.4μm属于 可见光中的蓝紫光，它的每个光量子所含能量是多少呢 =6.63×10.S×3.0X10*m/5/0.4×10m 4.97×101J E值 E刀(1J能量含有几个受因断坦) 0.44.97×1019J299.2KJ 3.34×10(个爱因斯坦光量子群) 05307 2394K1 4.18 0.6331 199.5KJ 5.01 0.72.87. 171.0K05.85. 08249 1499KI 667 从上面看到 一个光量子所含能量太小，使用很不方便。采用爱因斯坦值“E”作为光量 子所携带的能量 ,即1个爱因斯坦(6.02×103个光量子)所携带的能量E=e×6.02×10
=40°N，λ=114° （1）6 月 22 日夏至：δ=23.4°，求可照时数和中午 12 点的 Hθ？ (2) 12 月 22 日冬至：δ=-23.5°，求白昼长短和中午 12 点的 Hθ？ (3)3 月 21 日春分 9 月 23 日秋分：δ=0.2°，求白可照时数和中午 12 点的 Hθ？ 总之：四季的变化由于地球轴线与黄道成 66.33°,太阳直射点从南回归线到北回归线,如 此周而复始的变化就形成了寒来暑往的四季交替。但并不是到处都有春夏秋冬,就我国而言 (1)福建、广东、广西、台湾四省为“长夏无冬,秋去春来”；(2)海南省“四季皆夏”；(3)黑龙 江一般没有夏季“长冬无夏,春秋相连”； (4)长江中下游地区则是四季分明，四季交替最明显的区域。 §2.2 辐射 一、辐射的基本概念 自然界中一切物体,只需其绝对温度在零度以上,都会在不需要任何介质情况下,以电磁 波或粒子、光电子形式向外发射能量。这种发射能量的方式就叫辐射，通过辐射传输的能量 称为辐射能简称辐射。 物体在向外发射能量的同时也不断吸收周围物体的辐射,其发射与吸收辐射的能力与物 体本身的温度,成分等物理性质有关。电磁波辐射在大气传播过程中会发生反射,散射,吸收的 现象。 1. 电磁波谱——光谱 电磁波或光量子是通过在电磁场的振荡进行能量传输的。电磁波的性质可用波长λ和振 荡频率υ表示。λ：波长的长度一般用微米μm（10-6 m）和纳米 nm(10-9 m) 表示；υ：振荡 频率用每秒振动的次数表示，单位为赫兹 HZ 或 1/秒 s -1。有一波长公式 c = ,其中 c 为光 速 3×108m/s。即任一波长的电磁波与其频率的乘积都等于光速。因此，λ与υ成反比，即 波长越短的频率越快，波长越长的振荡频率越慢。 什么是短波、长波、紫外线、可见光、近红外、远红外？（提问波长范围?） (附图 n2.3) 0.1～3.0μm、3.0～∞、0.1～0.4、0.4～0.7、0.7～3.0、3.0 或 4.0～100 μm。 2. 普兰克第一定律 早在 1900 年 PLANK 就发现辐射能量的传输是通过光量子形式进行的，那么一个光量 子携带多少能量呢? 这就是普兰克第一定律要解决的问题。其公式形式是：e=hc/λ，其中： h—普兰克常数,它等于 6.63×10-34J.S，c—光速=3×108m/s，λ—波长 (μm)。从公式看出： 波长越短,e 就越大，即：波长超短，每个光量子所带的能量越多。Gamma 刀可作脑手术、 X 光照片等，因其波长短，能量很大。λ越长,e 越小,携带的能量越少。举例：0.4μm 属于 可见光中的蓝紫光，它的每个光量子所含能量是多少呢? e=hc/λ=6.63×10-34J.S×3.0×108m/s/0.4×106m=4.97×10-19J λ e E 值 E/J（1J 能量含有几个爱因斯坦） 0.4 4.97×10-19 J 299.2KJ 3.34×10-6 (个爱因斯坦光量子群) 0.5 3.97. 239.4KJ 4.18. 0.6 3.31. 199.5KJ 5.01. 0.7 2.87. 171.0KJ 5.85. 0.8 2.49. 149.9KJ 6.67. 从上面看到每一个光量子所含能量太小,使用很不方便。采用爱因斯坦值“E”作为光量 子所携带的能量，即 1 个爱因斯坦（6.02×1023 个光量子）所携带的能量 E =e×6.02×1023
1个爱因斯坦指的是6.02×103个光量子数。（省然至不是指体大的科章家其人！） 因此，在相同能量下波长长的实际所含光量子个数多，波长短的实际所含光量子个数少 3.光合有效辐身 (PAR Photosynthetically Active F ation 太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分称为光合有效辐射。它在哪一辐射波段呢 其光谱与可见光的光谱接近，在0.4~0.7μm。绿色植物在进行光合作用时主要吸收这部分 作为能源。有人将光合有效辐射叫做生理辐射，严格地说，生理辐射的范围可略广一些。 C02+H20业量子 →(CHOn+O2t 1959年科学家Gastra通过大量种植实验得出结论：光合产量的多少与作物所吸收的辐 射能的多少无关，而与作物所吸收的光量子个数有关。 提问：如同样是给100能量，一个是0.4μm给的，一个是0.7μm给的，结果哪一个 产量更高些？实哈证明0.7um的更高些。 为了解植物光合作用的强弱进行的辐射强度的测量仪器要测的是在光合有效辐射即 (0.4~0.7μm波段)的光量子数，个数越多，说明光合作用越强 而为了解人类光照的强弱（如学生学习时光照是否充足？），太强太弱都会对眼睛有害 这个光照强弱是与能量大小有关，即与瓦数大小有关，如20W太小，100m太大，40~60 日光灯就行。所以，测PAR要用光量子仪测出光量子个数，测光照强度要用照度仪测出辐射 能强弱。两者不可混。在以前人们却用照度仪测光合作用是十分错误的，以后实验我们会看 到这两种仪器的 根据这种理论目前德国制造出了一种专用于温室的光源叫“生长灯”。 现在再来看看各种不同波长的太阳辐射对植物生长的作用，不同光谱成份对植物的作用是不 同的。各种波长对植物的作用如下： 1).波长>1.0“m的辐射，被植物吸收转化为热能，影响植物体温和蒸腾情况，可促 进干物质的积累，但不参加光合作用。 2).1.0~0.7μm的辐射，只对植物伸长起作用，其中0.70~0.80μm的辐射称远红外 光，控制开花与果实的颜色。 3).0.7~0.6μm的红光、橙光可被叶绿素强烈吸收，光合作用最强。 4).0.60.5山m的光主要为绿光低光合作用与弱成形作用。奏林反射绿光而呈绿色 5).0.5~0.4μm的光主要为蓝、紫光，被叶绿素和黑色素强烈吸收，次强光合作用。 波长0.40一0.32m的紫外辐射起成形和者色作用，如使植物变矮 、颜色变深、。 片变厚等。 7).波长0.32一0.28μm紫外线对大多数植物有害。 8).<0.28μm的远紫外辐射可立即杀死植物。 所以，生长灯制成0.7~0.6m处最高，0.5~0.4μm次高，为增加产量又节约能源。 而不用日光灯和荧光 4.自然界物体辐射特性 自然界国任何高于绝对零度的物体都向外发射辐射，在向外发射辐射的同时必然会接受 到周围物体向它投射来的辐射。当辐射能投射到某一不透射物体的表面时（如地面），一部 分能量将被物体吸收，一部分将从物体表面反射出来。如物体可透射（如树叶）则还有一部 分将穿透物体。下面介绍几个有关辐射的名词术语 物体吸收的辐射 ①吸收率(absorbtivity):a=投射于物体表面的辐射
1 个爱因斯坦指的是 6.02×1023 个光量子数。(当然更不是指伟大的科学家其人！) 因此,在相同能量下波长长的实际所含光量子个数多，波长短的实际所含光量子个数少。 3. 光合有效辐射（PAR） Photosynthetically Active Radiation 太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分称为光合有效辐射。 它在哪一辐射波段呢? 其光谱与可见光的光谱接近，在 0.4～0.7μm。绿色植物在进行光合作用时主要吸收这部分 作为能源。有人将光合有效辐射叫做生理辐射，严格地说，生理辐射的范围可略广一些。 CO2＋H2O 光量子 (CH2O)n＋O2↑ 叶绿体 1959 年科学家 Gastra 通过大量种植实验得出结论：光合产量的多少与作物所吸收的辐 射能的多少无关,而与作物所吸收的光量子个数有关。 提问：如同样是给 100J 能量，一个是 0.4μm 给的，一个是 0.7μm 给的，结果哪一个 产量更高些？实验证明 0.7μm 的更高些。 为了解植物光合作用的强弱进行的辐射强度的测量仪器要测的是在光合有效辐射即 （0.4～0.7μm 波段）的光量子数，个数越多，说明光合作用越强。 而为了解人类光照的强弱（如学生学习时光照是否充足？），太强太弱都会对眼睛有害， 这个光照强弱是与能量大小有关，即与瓦数大小有关，如 20W 太小，100W 太大，40～60W 日光灯就行。所以，测 PAR 要用光量子仪测出光量子个数，测光照强度要用照度仪测出辐射 能强弱。两者不可混。在以前人们却用照度仪测光合作用是十分错误的，以后实验我们会看 到这两种仪器的。 根据这种理论目前德国制造出了一种专用于温室的光源叫“生长灯”。 现在再来看看各种不同波长的太阳辐射对植物生长的作用，不同光谱成份对植物的作用是不 同的。各种波长对植物的作用如下： 1). 波长＞1.0μm 的辐射，被植物吸收转化为热能，影响植物体温和蒸腾情况，可促 进干物质的积累，但不参加光合作用。 2). 1.0～0.7μm 的辐射，只对植物伸长起作用，其中 0.70～0.80μm 的辐射称远红外 光，控制开花与果实的颜色。 3). 0.7～0.6μm 的红光、橙光可被叶绿素强烈吸收，光合作用最强。 4). 0.6～0.5μm 的光,主要为绿光,低光合作用与弱成形作用。森林反射绿光而呈绿色。 5). 0.5～0.4μm 的光主要为蓝、紫光，被叶绿素和黑色素强烈吸收，次强光合作用。 6)．波长 0.40～0.32μm 的紫外辐射起成形和着色作用，如使植物变矮、颜色变深、叶 片变厚等。 7). 波长 0.32～0.28μm 紫外线对大多数植物有害。 8). ＜0.28μm 的远紫外辐射可立即杀死植物。 所以，生长灯制成 0.7～0.6μm 处最高，0.5～0.4μm 次高，为增加产量又节约能源， 而不用日光灯和荧光灯。 4. 自然界物体辐射特性 自然界国任何高于绝对零度的物体都向外发射辐射，在向外发射辐射的同时必然会接受 到周围物体向它投射来的辐射。当辐射能投射到某一不透射物体的表面时（如地面），一部 分能量将被物体吸收，一部分将从物体表面反射出来。如物体可透射（如树叶）则还有一部 分将穿透物体。下面介绍几个有关辐射的名词术语。 ①吸收率(absorbtivity)： 投射于物体表面的辐射 物体吸收的辐射 =
物体反射的辐射 ②反射率(efeivit):y二投射于物体表面的辐射 物体吸收的辐射 ③透射率(raissivity》:I一投射于物体表面的辐射 ④辐射通量密度(radiation):物体在单位面积上单位时间内发射或吸收、反射、透射 的辐射能量，单位W/m或Jm.s)。 其中，a+y+1=1,如物体不透明则：a+y=1 物体对不同波长的辐射有不同的吸收率、反射率和透射率。这种特性称为物体对辐射吸 收、反射和透射的选择性。 如果有一物体在任何温度下，对任何波长的入射辐射的吸收率都等于1O0% 投 上的辐射能全部吸收 这种物体称为绝对黑 。如果某物体吸收率<1则称为灰 体。世界上并无绝对黑体，但为研究方便，有些可近似看作黑体，如α=0.97~0.99等 应当注意，我们这里讲的黑体与一般所谓黑颜色物体是不同的概念，物体的颜色只表 明它反射到我们眼睛的可见光部分的颜色，黑色表明此物体吸收了所有可见光部分，而白色 表明物体反射出所有可见光部分，红色是反射出可见光红光部分。所以，物体颜色只表明可 见光部分被吸收或补反射的情况，是人肉眼看得见的但是非可见光的吸收、反射情况我们并 不了解。例如，洁白的新雪对可见光100%的反射，所以人们看见它是洁白的，但它却吸收 率几乎100%的红外线（波长>0.7mμ以上的辐射）。所以，白雪对红外线来说是黑体。 一议 地说，在自然界中，有机物对红外辐射部分都近似为黑体。a≥0.97~0.99，而金属物质对红外 部分几乎不吸收，为灰体。俄国科学家基尔霍夫Kirchkoff发现：在自然界中，物体对某一波 长的吸收率等于对这一波长的发射率，即ax=E灯，此公式叫基尔霍夫定律。是发射 (emissivity)率。 5普兰克第二定律：物体发射辐射分布定律 任何高于-273℃的物体都会向外发射辐射，那么，物体发出总的辐射能量是多少？发 出的不同波长又是多少呢？这是第二定律要解决的问题。 2whe2 hc 第二定律公式为：E宠pe比较第一定律公式e时 可以看出：第 一定律指的是，物体发射的波长为入的一个光量子所携带的能量是多少，公式中只有一个变 量X,不同的入，e就不同。而第二定律公式中有两个变量：波长入（μm)、温度T(K)。 式中：h是普兰克常数6.63×104(J.S) ,C是光速3×101m/s,K是波尔兹曼常数1.38× 10/)。公式说明：某物体，当其温度固定后（如：太阳600K,地球平均为2S8),可 以发出不同波长的辐射，当给定一个波长入后，就可得到此物体在这个温度下，所发出的这 个波长入的能量是多少。当代入另一个波长入后又可得到另一波长所发出的能量（书P24, 2.4里体发射能力与波长和遥座的关系，附图2.4)。曲线下的面积积分就是物体发出的 总辐射量，从图中可以看出：(1)T越高，曲线下的面积越大，即发出的总辐射就越多：(2》 发射辐射峰值（即在这一波长发出的辐射能最多，每一物体都有自己的峰值）随着T下降 是向右偏移的，也就是说随者温度的降低，发出的辐射能最多的波的波长就越长。同样，利 用普兰克第二定律，太阳用6000K,地球用288K,给一个λ就得到一个E,得到太阳和地
②反射率(reflectivity)： 投射于物体表面的辐射 物体反射的辐射 = ③透射率(transmissivity)： 投射于物体表面的辐射 物体吸收的辐射 t = ④辐射通量密度(radiation)：物体在单位面积上单位时间内发射或吸收、反射、透射 的辐射能量，单位 W/m2 或 J.m -2 .s -1 )。 其中， + + t = 1，如物体不透明则： + = 1 物体对不同波长的辐射有不同的吸收率、反射率和透射率。这种特性称为物体对辐射吸 收、反射和透射的选择性。 如果有一物体在任何温度下，对任何波长的入射辐射的吸收率都等于 100%， =1 即 投射于其上的辐射能全部吸收，这种物体称为绝对黑体。如果某物体吸收率 ＜1 则称为灰 体。世界上并无绝对黑体，但为研究方便，有些可近似看作黑体，如 =0.97～0.99 等。 应当注意，我们这里讲的黑体与一般所谓黑颜色物体是不同的概念，物体的颜色只表 明它反射到我们眼睛的可见光部分的颜色，黑色表明此物体吸收了所有可见光部分，而白色 表明物体反射出所有可见光部分，红色是反射出可见光红光部分。所以，物体颜色只表明可 见光部分被吸收或补反射的情况，是人肉眼看得见的但是非可见光的吸收、反射情况我们并 不了解。例如，洁白的新雪对可见光 100%的反射，所以人们看见它是洁白的，但它却吸收 率几乎 100%的红外线（波长＞0.7mμ以上的辐射）。所以,白雪对红外线来说是黑体。一般 地说，在自然界中,有机物对红外辐射部分都近似为黑体。a≥0.97～0.99,而金属物质对红外 部分几乎不吸收,为灰体。俄国科学家基尔霍夫 Kirchkoff 发现：在自然界中，物体对某一波 长的吸收率等于对这一波长的发射率，即 aT T = ，此公式叫基尔霍夫定律。ε是发射 （emissivity）率。 5. 普兰克第二定律：物体发射辐射分布定律 任何高于-273℃的物体都会向外发射辐射，那么，物体发出总的辐射能量是多少？发 出的不同波长又是多少呢？这是第二定律要解决的问题。 第二定律公式为： exp( ) 1 2 5 2 − = KT hc hc E ，比较第一定律公式 hc e = 可以看出：第 一定律指的是，物体发射的波长为λ的一个光量子所携带的能量是多少，公式中只有一个变 量λ，不同的λ，e 就不同。而第二定律公式中有两个变量：波长λ（μm）、温度 T(K)。 式中：h 是普兰克常数 6.63×10-34（J.S），C 是光速 3×108 m/s，K 是波尔兹曼常数 1.38× 10-23(J/k)。公式说明：某物体，当其温度固定后（如：太阳 6000K，地球平均为 288K），可 以发出不同波长的辐射，当给定一个波长λ后，就可得到此物体在这个温度下，所发出的这 个波长λ的能量是多少。当代入另一个波长λ后又可得到另一波长所发出的能量（书 P24， 图 2.4 黑体放射能力与波长和温度的关系，附图 n2.4）。曲线下的面积积分就是物体发出的 总辐射量，从图中可以看出：（1）T 越高，曲线下的面积越大，即发出的总辐射就越多；（2） 发射辐射峰值（即在这一波长发出的辐射能最多，每一物体都有自己的峰值）随着 T 下降 是向右偏移的，也就是说随着温度的降低，发出的辐射能最多的波的波长就越长。同样，利 用普兰克第二定律，太阳用 6000K，地球用 288K，给一个λ就得到一个 E，得到太阳和地
球发射的辐射光谱图（见附图2.5），(3)虽然太阳主要是发射短波辐射（短波部分占总发射 能的绝大部分)，地球基本上只能发射长波辐射（因T太低发不出短波），故有人把太阳辐 射叫短波辐射，地球叫长波辐射，但太阳发出的长波仍比地球多得多，只是相对它发出的短 波来说其长波辐射很少罢了。（注查两图单位不可》 用普兰克第二定律我们可以推导出斯第芬一波尔效曼定律和维恩位移定律，这两个定律 也是辎射最重要的定律之 6斯第芬一波尔兹曼定律：要想知道某物体在固定温度下发出的总的辐射量多少，只 要把普兰克第二定律中T固定，给一个入，就得到这个温度下的辐射量，再给一个入，就 得到另一个入下的辐射量。如果把所有入对应的辐射量加起来，也就是对光谱曲线的入求积 分（即光谱曲线下面积），就得到该物体发出的总辐射。用高等数学中的积分方程来表示， 就是把此物所发出的所有波长的能量进行积分就得到此物在此温度下发出的总辐射能量。即 2xhc2 积分上限从波长为1010到∞，积分结果：E=8T.6是斯第芬一波尔兹曼常数5.67X 10J/(.s.k).如果物体是灰体，则在公式前加一个e,得到：E=6T,单位为Wm2 是辐射通量窑度单位 7.维恩位移定律：再看各种物体发出的各种波长的辐射，总有一个辐射最大值对应的 波长出现，也就是说，在这波长中发出的能量最多。从正态分布角度看，这个波长代表此物 体发出各种波长的平均波长是多少？太阳是0.48μm,说明太阳发射的波长主要在短波部分 (0.3到3μm),而地球是10μm,说明地球发射的主要是长波辐射。如何利用普兰克第 定律求出各种不同温度物体发出的波长峰值是多少呢？用高等数学中求到极大值的方法，对 入求导，即当 =0时，有极大值出现。并得到公式： d 入m=2897T,这就是维恩位移公式。这里，T的单位用K,得到入m为μm。 二、太阳辐射Rs(书P28) 太阳温度6000K,从EB6T公式，可以求出太阳向外发射的总辐射量，但其中只有很 窄的一部分能被地球截获。地球上某地方到底获得了多少太阳辐射，这就还需要了解地面」 的太阳辐射情况。 太阳主要发射0.15到40μm的辐射，比这更短或比这更长的辐射都较少，所以有人叫 太阳辐射也为短波辐射。用Rs表示(Radiation Short)。到达地面的辐射包括两部分(I)直 接辐射ROam光東)是太阳直接照射的，即太阳出来见到太阳时得到的辐射：(2)散射 太阳辐射通过大气时 遇到空气分子、尘粒、云滴等质点 发生散射作用 散射并不是把辐射转变为热能，而只是改变辐射的方向。 Rs=Rb+Rsd,在多云阴天几乎全是Rsd,则有Rs=Rd 1.太阳直接辐射R:它是地球表面获取太阳辐射最主要来源。先回项“太阳常数”的 概念，它指在大气上界得到的垂直于大气的太阳辐射。到底太阳到达大气上界的辐射量多 少？它要求(a)在大气上界（没有了大气影响）(b)当日地距离间处于日在平均距离时（©） 垂直(perpendicular)与太阳入射光的大气表面所获取的太阳辐射量。经过大量研究测量出Rsc ≈1367±7W/m. 1).实际上，太阳光线并不是垂直照射的，而成一定夹角，故大气上界太阳直接辐射 Raso=Rsrosinh,。这里要注意直接辐射与直射辐射的区别
球发射的辐射光谱图(见附图 n2.5)，（3）虽然太阳主要是发射短波辐射（短波部分占总发射 能的绝大部分），地球基本上只能发射长波辐射（因 T 太低发不出短波），故有人把太阳辐 射叫短波辐射，地球叫长波辐射，但太阳发出的长波仍比地球多得多，只是相对它发出的短 波来说其长波辐射很少罢了。(注意两图单位不同) 用普兰克第二定律我们可以推导出斯第芬—波尔兹曼定律和维恩位移定律，这两个定律 也是辐射最重要的定律之一。 6. 斯第芬—波尔兹曼定律：要想知道某物体在固定温度下发出的总的辐射量多少，只 要把普兰克第二定律中 T 固定，给一个λ，就得到这个温度下的辐射量，再给一个λ，就 得到另一个λ下的辐射量。如果把所有λ对应的辐射量加起来，也就是对光谱曲线的λ求积 分（即光谱曲线下面积），就得到该物体发出的总辐射。用高等数学中的积分方程来表示， 就是把此物所发出的所有波长的能量进行积分就得到此物在此温度下发出的总辐射能量。即 d KT hc hc EB − − = 1 0 10 5 2 exp 1 2 积分上限从波长为 10-10 到∞，积分结果：EB=δT 4 , δ是斯第芬—波尔兹曼常数 5.67× 10-8 J/( m2 .s.k).如果物体是灰体，则在公式前加一个ε，得到：E=εδT 4，单位为 W/m2， 是辐射通量密度单位。 7. 维恩位移定律：再看各种物体发出的各种波长的辐射，总有一个辐射最大值对应的 波长出现，也就是说，在这波长中发出的能量最多。从正态分布角度看，这个波长代表此物 体发出各种波长的平均波长是多少？太阳是 0.48μm，说明太阳发射的波长主要在短波部分 （0.3 到 3μm），而地球是 10μm，说明地球发射的主要是长波辐射。如何利用普兰克第二 定律求出各种不同温度物体发出的波长峰值是多少呢？用高等数学中求到极大值的方法，对 λ求导，即当 = 0 d dE 时，有极大值出现。并得到公式： λmax=2897/T ,这就是维恩位移公式。这里，T 的单位用 K，得到λmax 为μm。 二、太阳辐射 RS （书 P28） 太阳温度 6000K，从 EB=δT 4 公式，可以求出太阳向外发射的总辐射量，但其中只有很 窄的一部分能被地球截获。地球上某地方到底获得了多少太阳辐射，这就还需要了解地面上 的太阳辐射情况。 太阳主要发射 0.15 到 4.0μm 的辐射，比这更短或比这更长的辐射都较少，所以有人叫 太阳辐射也为短波辐射。用 RS表示（Radiation Short）。到达地面的辐射包括两部分（1）直 接辐射 RSb(beam 光束)是太阳直接照射的，即太阳出来见到太阳时得到的辐射；（2）散射 辐射 RSd(diffuse)；太阳辐射通过大气时，遇到空气分子、尘粒、云滴等质点而发生散射作用。 散射并不是把辐射转变为热能，而只是改变辐射的方向。 RS= RSb+ RSd ，在多云阴天几乎全是 RSd ，则有 RS= RSd 1. 太阳直接辐射 RSb：它是地球表面获取太阳辐射最主要来源。先回顾“太阳常数”的 概念，它指在大气上界得到的垂直于大气的太阳辐射。到底太阳到达大气上界的辐射量多 少？它要求（a）在大气上界（没有了大气影响）（b）当日地距离间处于日在平均距离时（c） 垂直(perpendicular)与太阳入射光的大气表面所获取的太阳辐射量。经过大量研究测量出 RSC ≈1367±7W/m 2。 1). 实际上，太阳光线并不是垂直照射的，而成一定夹角，故大气上界太阳直接辐射 RSb0=RSP0sinhθ。这里要注意直接辐射与直射辐射的区别
2).【,是大气上界的辐射情况。通过大气到达地面后辐射将发生些变化，这就需要了 解大气的透明状况()和辐射光穿过大气射程的长短(m)情况，即要乘一个系数a,即 叫大气透 因为大气中如果含水汽、杂质太 大气就不很透明 射就易被这些水汽和杂质吸收，使到达地面的辐射就减少。所以， 般情况下，天气特别晴 朗而无污染时a=0.9,非常混浊时a=0.6,平均a=0.84,这要看情况而定。这里m指的是大 气质量(ma,因为阳光穿过的大气射程越长，太阳辐射被减弱得越多：反之越少。而太阳辐 射穿过大气层的厚度可以用大气质量表示。（见附图2.⑤）。我们把太阳光垂直地到达海平面 时所穿过的大气厚度定为1（即m=),斜穿大气层时m>l。m ,式中：P为观测地 sinh。 大气压：P。为经过纬度订正的海平面气压（当P越大，即气压越高，说明空气有堆积，所 以空气质量就大，相对射程就远：太阳高度角越小，太阳光斜射，相对射程也越远，这都说 明穿过的大气质量相对较大)。 2.太阳散射辐射Rs:前面提到的Rs,主要是当太阳福射进入大气后将以各种分子、 粒子等质点作为中心向四面八方散开来，使原来传播方向上的太阳辐射能减弱（考P27,图 2.7)。散射程度是与辐射波长及所遇到的质点的大小有关，可分成两种散射： (1)雷利散射，也叫分子散射：当辐射遇到的质点的粒径很小时（如大气中的分子甚 至原子)，因它们的粒径小于10m,而可见光的波长 -船在0.3 0.7m,所以这时辐身 光是被小于其波长的质点所散射这时的散射有选择性，质点对波长越短的辐射散射越强（如 蓝紫光0.44μm比红光0.7μm的散射能力强6.4倍)。（书P27,图2.7）。所以当空气中无 云、少污染的晴朗天气时，我们见到的是蔚蓝的美丽天空（如西藏），就是因为发生的是雷 利散射，是蓝紫光被强烈散射的结果。 (2)米氏散射，也称粗粒散射或漫射：当辐射遇到质点粒径较大时（如云滴、尘埃等） 所发生的散射叫米氏散射。米氏散射对波长无选择性，即对太阳辐射中所有波长同样散射 其结果是天空呈乳白色。也就是说：如果空气中污染物、尘埃、水滴较多时天空看起米比较 混浊，呈灰白色（书P26,图2.6中电浅3和4）。Ru=0.5Rsc(1-a)sih.,所以太阳辐射Rs=Rs+ Rs=0.5Rsc(1+a)sinh 三、地球辐射R 地表面和大气一方面吸收太阳辐射，同时也根据本身的温度“波尔斯曼公式E=:6下 向外发射辐射，因为二者温度较低，因此发出的是长波辐射(Length),分别称为地面长波 辐射和大气长波辐射，记作Ra和Ra,两者(up,down)统称地球辐射R 1.R一地面辐射：下垫面不同（如草地，森林沙漠海洋，农田等）.辐射特性也不同（意业先爱 学P31.表1.16) 一大气辐射：大气对于地面辐射有很强的吸收作用，尤其是大气成分中的水、C0: 。如0在48a和8n以后系有极吸收本，Q在收5一65有根强的级吸 率（见附图2.7-1），红外测C0仪就是利用这一原理制成。仪器发射这一波段辐射，然后空 气通过空气中，如C0,含量多，就大量吸收这一辐射，使辐射量大为下降。反之如过空气中 C0,含量少，吸收辐射量就少。仪器指针根据剩下的辐射能量大小，显示大气中C0,含量的多 少。 几乎大气中所有成分都不吸收8一12μm辐射，它就直接跑出大气圈到太空，叫“大气 天窗”（书P32,⑧2.12）。（见附图n2.7-2)。大气很少吸收太阳辐射，大量的辐射波透过大
2). RSb 是大气上界的辐射情况。通过大气到达地面后辐射将发生些变化，这就需要了 解大气的透明状况（a）和辐射光穿过大气射程的长短（m）情况，即要乘一个系数 a m ,即 RSb=RSb0a m。式中 a 叫大气透系数，因为大气中如果含水汽、杂质太多，大气就不很透明，辐 射就易被这些水汽和杂质吸收，使到达地面的辐射就减少。所以，一般情况下，天气特别晴 朗而无污染时 a=0.9，非常混浊时 a=0.6，平均 a=0.84，这要看情况而定。这里 m 指的是大 气质量(mass),因为阳光穿过的大气射程越长，太阳辐射被减弱得越多；反之越少。而太阳辐 射穿过大气层的厚度可以用大气质量表示。(见附图 n2.6)。我们把太阳光垂直地到达海平面 时所穿过的大气厚度定为 1(即 m=1)，斜穿大气层时 m＞1。 sinh P0 P m = ，式中：P 为观测地 大气压；P0 为经过纬度订正的海平面气压（当 P 越大，即气压越高，说明空气有堆积，所 以空气质量就大，相对射程就远；太阳高度角越小，太阳光斜射，相对射程也越远，这都说 明穿过的大气质量相对较大）。 2. 太阳散射辐射 RSd：前面提到的 RSd，主要是当太阳辐射进入大气后将以各种分子、 粒子等质点作为中心向四面八方散开来，使原来传播方向上的太阳辐射能减弱(书 P27，图 2.7)。散射程度是与辐射波长及所遇到的质点的大小有关，可分成两种散射： （1）雷利散射，也叫分子散射：当辐射遇到的质点的粒径很小时（如大气中的分子甚 至原子），因它们的粒径小于 10-4μm，而可见光的波长一般在 0.3～0.7μm，所以这时辐射 光是被小于其波长的质点所散射。这时的散射有选择性，质点对波长越短的辐射散射越强（如 蓝紫光 0.44μm 比红光 0.7μm 的散射能力强 6.4 倍）。(书 P27，图 2.7)。所以当空气中无 云、少污染的晴朗天气时，我们见到的是蔚蓝的美丽天空（如西藏），就是因为发生的是雷 利散射，是蓝紫光被强烈散射的结果。 （2）米氏散射，也称粗粒散射或漫射：当辐射遇到质点粒径较大时（如云滴、尘埃等） 所发生的散射叫米氏散射。米氏散射对波长无选择性，即对太阳辐射中所有波长同样散射， 其结果是天空呈乳白色。也就是说：如果空气中污染物、尘埃、水滴较多时天空看起来比较 混浊，呈灰白色(书 P26，图 2.6 中曲线 3 和 4)。RSd=0.5RSC(1-a m)sinhθ,所以太阳辐射 RS= RSd+ RSb=0.5RSC(1+am)sinhθ 三、地球辐射 RL 地表面和大气一方面吸收太阳辐射，同时也根据本身的温度“波尔斯曼公式 E=εδT 4” 向外发射辐射，因为二者温度较低，因此发出的是长波辐射（Length），分别称为地面长波 辐射和大气长波辐射，记作 RLd 和 RLu，两者（up,down）统称地球辐射 RL 1．RLu—地面辐射：下垫面不同(如草地,森林,沙漠,海洋,农田等),辐射特性也不同(农业气象 学 P31，表 1.16)。 2． RLd—大气辐射：大气对于地面辐射有很强的吸收作用，尤其是大气成分中的水、CO2 等。如 H2O 在 4～8μm 和 18μm 以后都有极强吸收率，CO2在 13.5～16.5μm 有极强的吸收 率(见附图 n2.7-1)，红外测 CO2 仪就是利用这一原理制成。仪器发射这一波段辐射，然后空 气通过空气中，如 CO2 含量多，就大量吸收这一辐射，使辐射量大为下降。反之如过空气中 CO2 含量少，吸收辐射量就少。仪器指针根据剩下的辐射能量大小，显示大气中 CO2 含量的多 少。 几乎大气中所有成分都不吸收 8～12μm 辐射，它就直接跑出大气圈到太空，叫“大气 天窗”（书 P32，图 2.12）。(见附图 n2.7-2)。大气很少吸收太阳辐射，大量的辐射波透过大