黑体辐射能力最大值所对应的波长与其表面绝对温度成反比,表达式为:λmax=C/T (三)基尔霍夫定律 当热量平衡(即温度不变)时,物体对于某一波长的辐射能力与物体对该波长 吸收率之比为一恒量 该定律指出,辐射能力强的物体,吸收能力也强,反映了辐射能力和吸收率的关系 第三节太阳辐射及其穿过大气层时的减弱 、概念:太阳时刻不停地以辐射的方式向宇宙空间放射出巨大的能量,从太阳放射 出来的光,热能量总称为太阳辐射能,简称太阳辐射或太阳能。 、太阳辐射光谱和太阳常数 1、太阳辐射光谱: 太阳辐射经色散分光后按波长大小排列的图案,称为太阳辐射光谱。 太阳辐射光谱主要分为紫外区、可见光区、红外区三部分。分别约占太阳辐射总能量 的7%、50%、43% 太阳常数 在大气上界,当日地间处于平均距离时,垂直于太阳光线平面上,单位面积、单 位时间内所接受的太阳辐射能,称为太阳常数。通常用“S。”表示,其最佳值为 1367±7W/m2 三、太阳辐射在大气中的减弱 (一)大气吸收作用 太阳辐射穿过大气层时,大气成分中的水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质 等物质有选择吸收一定波长辐射能的特性,致使到达地面的太阳辐射能量被减 弱,光谱发生改变 (二)大气的散射 1、概念:太阳辐射通过大气时,遇到大气的各种质点,太阳辐射能的一部分则以电 磁波的形式从这些质点向四面八方传播开,这种现象称为大气的散射 、分类:根据散射质点的直径和入射辐射的波长之间的大小关系 分子散射:若散射质点的直径小于入射辐射的波长,此时的散射有选择性 粗粒散射:若散射质点的直径比入射辐射的波长大得多,此时的散射无选择性 3、为什么天空有时呈蔚蓝色,有时呈乳白色。 晴朗的天空,大气中的水汽、尘埃等杂质少,大气散射以分子散射为主,分子散 射能力与投射质点上辐射波波长的四次方成反比,即入射辐射波长愈短,愈易被散射, 所以晴朗的天空呈蔚蓝色 当大气中水滴、灰尘等杂质多时,大气的散射以漫射为主,漫射能力与波长无关 即各种波长同等地被散射,故天空呈现乳白色。 (三)大气的反射
黑体辐射能力最大值所对应的波长与其表面绝对温度成反比，表达式为：λmax=C/T。 （三）基尔霍夫定律： 当热量平衡（即温度不变）时，物体对于某一波长的辐射能力与物体对该波长 吸收率之比为一恒量。 该定律指出，辐射能力强的物体，吸收能力也强，反映了辐射能力和吸收率的关系。 第三节 太阳辐射及其穿过大气层时的减弱 一、概念：太阳时刻不停地以辐射的方式向宇宙空间放射出巨大的能量，从太阳放射 出来的光，热能量总称为太阳辐射能，简称太阳辐射或太阳能。 二、太阳辐射光谱和太阳常数 1、 太阳辐射光谱： 太阳辐射经色散分光后按波长大小排列的图案，称为太阳辐射光谱。 太阳辐射光谱主要分为紫外区、可见光区、红外区三部分。分别约占太阳辐射总能量 的 7%、50%、43%。 2、太阳常数 在大气上界，当日地间处于平均距离时，垂直于太阳光线平面上，单位面积、单 位时间内所接受的太阳辐射能，称为太阳常数。通常用“S。”表示，其最佳值为 1367±7W/m2。 三、太阳辐射在大气中的减弱 （一）大气吸收作用 太阳辐射穿过大气层时，大气成分中的水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质 等物质有选择吸收一定波长辐射能的特性，致使到达地面的太阳辐射能量被减 弱，光谱发生改变。 （二）大气的散射 1、 概念：太阳辐射通过大气时，遇到大气的各种质点，太阳辐射能的一部分则以电 磁波的形式从这些质点向四面八方传播开，这种现象称为大气的散射。 2、 分类：根据散射质点的直径和入射辐射的波长之间的大小关系 分子散射：若散射质点的直径小于入射辐射的波长，此时的散射有选择性。 粗粒散射：若散射质点的直径比入射辐射的波长大得多，此时的散射无选择性。 3、为什么天空有时呈蔚蓝色，有时呈乳白色。 晴朗的天空，大气中的水汽、尘埃等杂质少，大气散射以分子散射为主，分子散 射能力与投射质点上辐射波波长的四次方成反比，即入射辐射波长愈短，愈易被散射， 所以晴朗的天空呈蔚蓝色。 当大气中水滴、灰尘等杂质多时，大气的散射以漫射为主，漫射能力与波长无关， 即各种波长同等地被散射，故天空呈现乳白色。 （三）大气的反射
太阳辐射进入大气层后,会被云层和较大颗粒的尘埃所反射,使一部分太阳辐射返回 宇宙空间去,从而削弱到达地面的太阳辐射,其中以云的反射作用最显著,云层愈厚, 云量越多,反射作用愈强,反射对各种波长无选择性 就全球平均状况而言,进入大气的太阳辐射约有31%被反射或散射返回宇宙空间 约24%被大气直接吸收,45%到达地面 (四)太阳辐射通过大气后减弱的一般规律 1、大气质量 通常用太阳辐射通过大气路径的长度与大气在垂直方向上的厚度的比值表示 公式为m=csch 2、大气透明度 用大气透明系数来表示,它是以阳光透过一个大气质量后的辐照度与透过前的辐照度 之比来表示的,即Pm=Sm/Sm1 3、减弱规律(比尔定律) 内容:垂直于太阳辐射方向的太阳辐照度随大气透明系数增加而增大,随穿过大气质 量增加而变小,公式为Sm=S0P 就全球平均而言,太阳辐射约有31%被散射,24%被吸收,45%到达一面 第四节到达地面的太阳辐射 总辐射:经过大气削弱后,投射到地面上的太阳辐射称为总辐射 由两部分组成:太阳直接辐射和散射辐射 太阳直接辐射(S) 概念:太阳以平行光线的形式直接投射到地面的辐射,强弱通常以到达地平面的 太阳直接辐射的辐照度来表示,公式为: S=So pm sinh 2、影响因素 太阳高度:随其增大而增大 大气透明度:随大气透明系数增大而增大 海拔高度:随其增大而增大 纬度:随其增大而减小 、散射辐射(D)(天空辐射) 概念:被大气质点散射后,自天空各个方向投射到地面的辐射 2、影响因素: 太阳高度:在干洁大气中,随其增大而增大 大气透明度:随大气透明系数增大而减小 云的作用:云能增加散射辐射 下垫面:随下垫面反射率增大而增大
太阳辐射进入大气层后，会被云层和较大颗粒的尘埃所反射，使一部分太阳辐射返回 宇宙空间去，从而削弱到达地面的太阳辐射，其中以云的反射作用最显著，云层愈厚， 云量越多，反射作用愈强，反射对各种波长无选择性。 就全球平均状况而言，进入大气的太阳辐射约有 31％被反射或散射返回宇宙空间， 约 24％被大气直接吸收，45％到达地面。 （四）太阳辐射通过大气后减弱的一般规律 1、大气质量 通常用太阳辐射通过大气路径的长度与大气在垂直方向上的厚度的比值表示 公式为 m=csch 2、大气透明度 用大气透明系数来表示，它是以阳光透过一个大气质量后的辐照度与透过前的辐照度 之比来表示的，即 Pm=Sm/Sm-1 3、减弱规律（比尔定律） 内容：垂直于太阳辐射方向的太阳辐照度随大气透明系数增加而增大，随穿过大气质 量增加而变小，公式为 Sm=S0P m 就全球平均而言，太阳辐射约有 31％被散射，24％被吸收，45％到达一面。 第四节 到达地面的太阳辐射 总辐射：经过大气削弱后，投射到地面上的太阳辐射称为总辐射。 由两部分组成：太阳直接辐射和散射辐射 一、太阳直接辐射（Sˊ） 1、概念：太阳以平行光线的形式直接投射到地面的辐射，强弱通常以到达地平面的 太阳直接辐射的辐照度来表示，公式为： S=S0 P m sinh 2、影响因素： 太阳高度：随其增大而增大 大气透明度：随大气透明系数增大而增大 海拔高度：随其增大而增大 纬度：随其增大而减小 二、散射辐射（D）（天空辐射） 1、 概念：被大气质点散射后，自天空各个方向投射到地面的辐射。 2、影响因素： 太阳高度：在干洁大气中，随其增大而增大 大气透明度：随大气透明系数增大而减小 云的作用：云能增加散射辐射 下垫面：随下垫面反射率增大而增大
海拔高度:在碧空情况下,随其增大而减小。但在全天有云时相反 三、总辐射(Q) 晴天时Q=S+ 阴天时Q=D 四、总辐射的变化 日变化:夜间为零,日出后逐渐增大,午后又开始减少 2.年变化:最大值出现在夏季,最小值出现在冬季 五、日照与日照百分率 太阳光在一天中实际的照射时数称日照,以小时为单位 日照百分率=实际照射时数/可照时数×100%,大小说明一地的光能与降水充足与否 六、到达地面上的太阳辐射光谱 红外线和红光随太阳高度角减小而增多(解释朝霞不出门,晚霞行千里) 太阳的白色光实际是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等一系列有色光波组成的。早晨或 傍晚,太阳光是斜射的,它通过空气层的路程比较长,受到散射减弱得很厉害。减弱 得最多的是紫色光,其次是靛、蓝色光等,减弱得最少的是红色或橙色光。这些减弱 后的彩色阳光,照射在天空和云层上,就形成鲜艳夺目的彩霞 在大气中有微小水滴及尘埃时,散射作用比单纯的只有空气分子时要更厉害些 因此,太阳在地平线时,如阳光所透过的远处低层大气中,有小水滴(云滴)及尘埃 存在,晚霞的颜色比没有小水滴及尘埃时更加红。 夏季早上,低空空气稳定,很少尘埃,如果当时有鲜艳的红霞,称为早霞。这表 示东方低空含有许多水滴,有云层存在,随着太阳升高,热力对流逐渐向平地发展 云层也会渐密,坏天气将逐渐逼近,本地天气将愈来愈变坏,这就是“早霞不出门” 的原因:而傍晚,由于一天的阳光加热,温度较高,低空大气中水分一般不会很多 但尘埃因对流变弱而可能大量集中到低层。因此,如果出现鲜艳的晩霞,说明晩霞主 要是由尘埃等干粒子对阳光散射所致,说明西方的天气比较干燥。按照气流由西向东 移动的规律,未来本地的天气不会转坏,所以有“晚霞行千里”的说法。 当然,“早霞不出门,晚霞行千里”这是一般的规律,也有例外情况。如当太阳 已落入地平线以下,地平线上霞光应当消失的时候,因地平线下有云层存在,地平线 下的霞光受云层底部的反射,却能呈现出一片胭脂红色,空气中杂质愈多时,太阳的 颜色愈接近于胭脂红。这表明西方地平线下有云层存在,空气十分潮湿浑浊,预兆天 气将变坏。因此又有“日没胭脂红,无雨也有风”的说法 2.紫外线、蓝紫光随太阳高度角增大而增多(解释天空蔚蓝色原因):可见光随高度 角增大,阴天变化比例不大,晴天增加。 七、地面对太阳辐射的反射 影响因素: 土壤颜色:白色表面较黑色表面具有更强的反射能力,绿色植物对黄绿光反射率
海拔高度：在碧空情况下，随其增大而减小。但在全天有云时相反 三、总辐射（Q） 晴天时 Q=Sˊ+ D 阴天时 Q=D 四、总辐射的变化 1．日变化:夜间为零，日出后逐渐增大，午后又开始减少。 2．年变化:最大值出现在夏季，最小值出现在冬季。 五、日照与日照百分率 太阳光在一天中实际的照射时数称日照，以小时为单位。 日照百分率=实际照射时数/可照时数×100%，大小说明一地的光能与降水充足与否。 六、到达地面上的太阳辐射光谱 1．红外线和红光随太阳高度角减小而增多（解释朝霞不出门，晚霞行千里） 太阳的白色光实际是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等一系列有色光波组成的。早晨或 傍晚，太阳光是斜射的，它通过空气层的路程比较长，受到散射减弱得很厉害。减弱 得最多的是紫色光，其次是靛、蓝色光等，减弱得最少的是红色或橙色光。这些减弱 后的彩色阳光，照射在天空和云层上，就形成鲜艳夺目的彩霞。 在大气中有微小水滴及尘埃时，散射作用比单纯的只有空气分子时要更厉害些， 因此，太阳在地平线时，如阳光所透过的远处低层大气中，有小水滴（云滴）及尘埃 存在，晚霞的颜色比没有小水滴及尘埃时更加红。 夏季早上，低空空气稳定，很少尘埃，如果当时有鲜艳的红霞，称为早霞。这表 示东方低空含有许多水滴，有云层存在，随着太阳升高，热力对流逐渐向平地发展， 云层也会渐密，坏天气将逐渐逼近，本地天气将愈来愈变坏，这就是“早霞不出门” 的原因；而傍晚，由于一天的阳光加热，温度较高，低空大气中水分一般不会很多， 但尘埃因对流变弱而可能大量集中到低层。因此，如果出现鲜艳的晚霞，说明晚霞主 要是由尘埃等干粒子对阳光散射所致，说明西方的天气比较干燥。按照气流由西向东 移动的规律，未来本地的天气不会转坏，所以有“晚霞行千里”的说法。 当然，“早霞不出门，晚霞行千里”这是一般的规律，也有例外情况。如当太阳 已落入地平线以下，地平线上霞光应当消失的时候，因地平线下有云层存在，地平线 下的霞光受云层底部的反射，却能呈现出一片胭脂红色，空气中杂质愈多时，太阳的 颜色愈接近于胭脂红。这表明西方地平线下有云层存在，空气十分潮湿浑浊，预兆天 气将变坏。因此又有“日没胭脂红，无雨也有风”的说法。 2．紫外线、蓝紫光随太阳高度角增大而增多（解释天空蔚蓝色原因）；可见光随高度 角增大，阴天变化比例不大，晴天增加。 七、地面对太阳辐射的反射 影响因素： 1、土壤颜色：白色表面较黑色表面具有更强的反射能力，绿色植物对黄绿光反射率
较大 2、土壤湿度:反射率随其增大而减小 3、粗糙度:反射率随其增大而减小 4、太阳高度:反射率随其增大而减小 第五节地面和大气的辐射 一、地面辐射、大气辐射和地面有效辐射 (一)地面辐射 1、概念:地面吸收太阳辐射,同时按其本身的温度向外放射称地面辐射 2、影响因素: 地面温度:随其增大而增大 下垫面性质:新雪的相对辐射率最大 (二)大气辐射 概念:大气主要吸收地面辐射,同时按其本身的温度放出辐射,称大气辐 2、影响因素: 气温:随其增加而增加 大气的水汽含量和云的状况:随其增加而增加 3、大气逆辐射:大气辐射朝向四面八方,其中一部分外逸到宇宙空间,另一部分投 向地面,投向地面的这部分大气辐射称为大气逆辐射 4、大气的温室效应(花房效应) 由于大气对太阳短波辐射吸收很少,易于让大量太阳辐射透过而到达地面,同时大气 又能强烈吸收地面长波辐射,使地面辐射不易逸出大气,大气还以逆辐射返回地面 部分能量,从而减少地面的失热,大气对地面的这种保暖作用,称为大气的保温效应 习惯称温室效应 5、大气之窗:大气对8-12um波段的吸收率最小,透过率最大,这一波段的地面辐 射可以直射宇宙空间,故称大气之窗 (三)地面有效辐射(F。) 1、概念:地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差 2、影响因素 地面温度:随其增大而增加 大气温度和湿度:随其增大而减小 土壤表面性质:平滑的比粗糙的表面小,潮湿的比干燥的表面大 云和二氧化碳量:随其增加而减少 风的作用:有微风时,有效辐射减小 海拔高度:随其增加而增加 (四)长波射出辐射
较大 2、土壤湿度：反射率随其增大而减小 3、粗糙度：反射率随其增大而减小 4、太阳高度：反射率随其增大而减小 第五节 地面和大气的辐射 一、地面辐射、大气辐射和地面有效辐射 （一）地面辐射 1、概念：地面吸收太阳辐射，同时按其本身的温度向外放射称地面辐射。 2、影响因素： 地面温度：随其增大而增大 下垫面性质：新雪的相对辐射率最大 （二）大气辐射 1、 概念：大气主要吸收地面辐射，同时按其本身的温度放出辐射，称大气辐射。 2、 影响因素： 气温：随其增加而增加 大气的水汽含量和云的状况：随其增加而增加 3、 大气逆辐射：大气辐射朝向四面八方，其中一部分外逸到宇宙空间，另一部分投 向地面，投向地面的这部分大气辐射称为大气逆辐射。 4、 大气的温室效应（花房效应）： 由于大气对太阳短波辐射吸收很少，易于让大量太阳辐射透过而到达地面，同时大气 又能强烈吸收地面长波辐射，使地面辐射不易逸出大气，大气还以逆辐射返回地面一 部分能量，从而减少地面的失热，大气对地面的这种保暖作用，称为大气的保温效应， 习惯称温室效应。 5、 大气之窗：大气对 8—12um 波段的吸收率最小，透过率最大，这一波段的地面辐 射可以直射宇宙空间，故称大气之窗。 （三）地面有效辐射（F。） 1、 概念：地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差。 2、 影响因素： 地面温度：随其增大而增加 大气温度和湿度：随其增大而减小 土壤表面性质：平滑的比粗糙的表面小，潮湿的比干燥的表面大 云和二氧化碳量：随其增加而减少 风的作用：有微风时，有效辐射减小 海拔高度：随其增加而增加 （四）长波射出辐射
概念:地面长波辐射被云体和大气层吸收了绝大部分,有一小部分透过大气层射入宇 宙空间:云和大气层也向宇宙空间放出长波辐射,这两部分进入宇宙空间的长波辐射 之和,是地球一大气系统进入宇宙空间的热辐射,称为长波射出辐射。 二、地面及地一气系统的辐射差额 物体收入辐射能与支出辐射能的差值称为净辐射或辐射差额。 (一)地面净辐射(Rg):指地面辐射能的总收入和总支出之差值,又称地面辐射差 额或地面辐射平衡 地面辐射平衡方程: 1、白天晴天时:Rg=(S′+D)(1-)F。 2、白天阴天时:Rg=D(1-r)F 3、夜间:Rg=-F (二)大气的辐射差额(主要指整个大气层的辐射差额) 大气辐射平衡方程 1、白天晴天时:Ra=qa+F。-F(其中,qa表示整个大气层所吸收的太阳辐射,F。, F分别表示地面及大气上界的有效辐射)。 2、白天阴天或夜间时:Ra=F。-F (三)地气系统的辐射差额 把地面和大气看成一个整体,其辐射能的净收入为: R=(S+D)(l-r)+qa -F 就个别地区来说,地气系统的辐射差额既可为正,也可为负。但就整个地气系统说 这种辐射差额的多年平均应为零。 (四)地气系统辐射差额的地理分布 全球地气系统全年各纬圈吸收的太阳辐射,低纬度明显多于高纬度。这是因为天文辐 射量本身有很大的差别,另一方面是高纬度冰雪面积广,反射率特别大,所以由热带 到极地间太阳辐射的吸收值随纬度的增髙而递减的梯度甚大。在赤道附近稍偏北处因 云量多,减少了地面对太阳辐射的吸收率 通过到达地表的年平均总辐射分析表明,年平均总辐射最高值并不出现在赤道,而是 位于热带沙漠地区 从长期的平均情况来看,高纬及低纬度地区的温度变化是很小的。这说明必定有另外 些过程将低纬地区盈余的热量送到高纬地区。这种热量的输送主要是由大气及海水 的流动来完成的。 第三章温度
概念：地面长波辐射被云体和大气层吸收了绝大部分，有一小部分透过大气层射入宇 宙空间；云和大气层也向宇宙空间放出长波辐射，这两部分进入宇宙空间的长波辐射 之和，是地球—大气系统进入宇宙空间的热辐射，称为长波射出辐射。 二、地面及地—气系统的辐射差额 物体收入辐射能与支出辐射能的差值称为净辐射或辐射差额。 （一）地面净辐射（Rg）：指地面辐射能的总收入和总支出之差值，又称地面辐射差 额或地面辐射平衡。 地面辐射平衡方程： 1、白天晴天时：Rg=（Sˊ+D）（1-r）-F。 2、白天阴天时：Rg=D（1-r）-F。 3、夜间：Rg= -F。 （二）大气的辐射差额（主要指整个大气层的辐射差额） 大气辐射平衡方程： 1、白天晴天时： Ra=qa+F。-F （其中，qa 表示整个大气层所吸收的太阳辐射，F。， F 分别表示地面及大气上界的有效辐射）。 2、白天阴天或夜间时：Ra= F。-F （三）地气系统的辐射差额 把地面和大气看成一个整体，其辐射能的净收入为： R=（Sˊ+D）（1-r）+qa -F 就个别地区来说，地气系统的辐射差额既可为正，也可为负。但就整个地气系统说， 这种辐射差额的多年平均应为零。 (四)地气系统辐射差额的地理分布 全球地气系统全年各纬圈吸收的太阳辐射，低纬度明显多于高纬度。这是因为天文辐 射量本身有很大的差别，另一方面是高纬度冰雪面积广，反射率特别大，所以由热带 到极地间太阳辐射的吸收值随纬度的增高而递减的梯度甚大。在赤道附近稍偏北处因 云量多，减少了地面对太阳辐射的吸收率。 通过到达地表的年平均总辐射分析表明，年平均总辐射最高值并不出现在赤道，而是 位于热带沙漠地区。 从长期的平均情况来看，高纬及低纬度地区的温度变化是很小的。这说明必定有另外 一些过程将低纬地区盈余的热量送到高纬地区。这种热量的输送主要是由大气及海水 的流动来完成的。 第三章 温度