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文檔簡介
1、習(xí)題1、由太陽常數(shù)=1367 W/m2,請計算:太陽表面的輻射出射度;全太陽表面的輻射通量;整個地球得到的太陽輻射通量占太陽發(fā)射輻射通量的份數(shù)。輻射出射度(P66):輻射通量密度(W/m2)任意距離處太陽的總輻射通量不變:答案:6.3´107W/m2;3.7´1026W;4.5´10-10, 約占20億分之一。2、設(shè)大氣上界太陽直接輻射(通量密度)在近日點時(d1=1.47´108km)為S1,在遠日點時(d2=1.52´108km)為S2,求其相對變化值是多大。答案:6.5%同1(1):3、有一圓形云體,直徑為2km,云體中心正在某地上空1k
2、m處。如果能把云底表面視為7的黑體,且不考慮云下氣層的削弱,求此云在該地表面上的輻照度。174W/m2云體:余弦輻射體+立體角根據(jù):又由絕對黑體有所以此云在該地表面上的輻照度為4、設(shè)太陽表面為溫度5800K的黑體,地球大氣上界表面為300K的黑體,在日地平均距離d0=1.50×108km時,求大氣上界處波長l=10mm的太陽單色輻照度及地球的單色輻射出射度。答案:0.286 Wm-2mm-1,31.2 Wm-2mm-1Planck law()+習(xí)題11)2)5、如果太陽常數(shù)增加4%,太陽表面有效溫度升高多少度,地球表面有效溫度升高多少度(行星反射率為0.3)。 答案:58K,2.6K
3、解:設(shè)太陽、地球表面有效溫度為T日e、T地e,地球半徑為r,行星反射率為R(1)因為以日心為中心,以太陽半徑R和日地平均距離d0為半徑的兩個球面上通過的太陽輻射通量應(yīng)該相等,即對(1)式兩邊取對數(shù)求微分,整理得當比較小時,可以用差分(增量)去近似微分,于是上式可近似為所以 (2)當?shù)貧庀到y(tǒng)達到輻射平衡時,有得到 與前面類似,對(2)兩邊取對數(shù)微分,再用差分近似微分,則有所以太陽表面有效溫度升高57.77度,地球表面有效溫度升高2.55度6、求夏至日在赤道與極點(j = 90°N)大氣上界水平面上太陽輻射日總量的比值。答案:0.73如第7題,夏至日在赤道與極點(j = 90°
4、N)大氣上界水平面上太陽輻射日總量分別為3.45´107 J m-2d-1、4.71´107 J m-2d-1,二者比值為(3.45´107)/(4.71´107)=0.737、若不考慮日地距離變化,假定d = d0,求出緯度j =0°、40°、90°處,在春分、夏至、秋分、冬至?xí)r大氣上界水平面上太陽輻射日總量的值(Qd)。說明這三個緯度上Qd年變化的不同特點。答案:Qd(J m-2d-1)的數(shù)值如下:緯度春分夏至秋分冬至 = 0°3.76´1073.45´1073.76´1073.4
5、5´107 =40°2.88´1074.33´1072.88´1071.3´107 =90°04.71´10700春分=0;夏至=23O27;秋分=0;冬至=-23O278、設(shè)有一氣層,可只考慮其吸收作用,有一平行輻射,波長為l,射入氣層前的輻射通量密度為10Wm-2 mm-1,經(jīng)氣層中吸收物質(zhì)的含量u = lg/cm2的吸收后,輻射通量密度為5W mm-1。求該氣層的吸收率及質(zhì)量吸收系數(shù)(kl)。答案:0.7 cm2/g或9、波長l = 0.6mm的平行光束,垂直入射10m厚的人工云層,射入前及透過云層后的輻照度
6、分別為:F0=100(mW cm-2)及F=28.642(mW cm-2)。設(shè)云中水滴數(shù)密度N(個/cm3)及云滴半徑r = 10mm各處均一。只考慮Mie的一次散射。求 云層的容積散射系數(shù)bl=?; 云中水滴數(shù)密度N; 若光束與云層法線成60°角入射,則射出云層后的輻照度F =?。答案:1.25´10-3 cm-1;200個/ cm3;8.2(mW cm-2)1)2)3)10、對于l = 0.32mm的太陽輻射,若只考慮大氣的氣體分子散射與O3的吸收,當?shù)孛鏆鈮簽?個大氣壓,O3總含量uO = 2mm,太陽天頂角q = 40°時,求整層大氣對此波長的透射率。答案
7、:0.25411、地面氣壓為760mm時,測量在1.51.6mm波段內(nèi)的太陽直接輻射SDl,得到以下數(shù)據(jù):天頂角q40°50°60°70°SDl (Wm-2)13.9512.5510.467.67求大氣的透明系數(shù)PDl,光學(xué)厚度tDl及大氣上界處SDl,0=?答案:0.68465,0.373,22.31 Wm-2即為長法求大氣頂太陽輻射通量密度。 () ()假定不同太陽天頂角時大氣性質(zhì)不變,則透過率為常數(shù)。當測得幾組觀測值后,可用線性回歸求出斜率和截距:40506070m=sec:1.30371.55251.99272.8999S:13.9512.551
8、0.467.67lnS:-3.91202-4.01738-4.19971-4.50986A=3.10932S0=22.4058 (Wm-2)B=-0.3726 (光學(xué)厚度tDl)透明系數(shù):透過率:exp(B)=0.6889412、由飛機探測得到各高度的水平面上向上、下的輻射通量密度如下表(P為各高度氣壓值):P(hPa)1010786701672.9725.2751.756.982.394.1求各高度間氣層的輻射變溫率(/24h)。 答案:1.46/24h各高度E*為:P(hPa)1010786701E*(Wm-2)616642.9657.656.982.394.11010-786hPa:78
9、6-701hPa13、設(shè)有一溫度T=300K的等溫氣層,對于波長l=14mm的定向平行輻射當只有吸收削弱時,垂直入射氣層的透射率Tr=0.6587。試求:氣層對該輻射的吸收率,若氣層的光學(xué)質(zhì)量u=0.4175(g/cm2)求質(zhì)量吸收系數(shù)kl;氣層的漫射輻射透射率Tfl,氣層本身的輻射出射度。答案:0.3413,1cm2/g,0.5,229.6 Wcm-2 因為只有吸收削弱,所以吸收率為 由透射率公式 ,求得氣層的漫射輻射透射率Tfl=氣層本身的輻射出射度14、若將某行星表面視為黑體,其外由一層等溫大氣覆蓋,該大氣層對短、長波的吸收率分別為A及A1,大氣上界與太陽光垂直的水平面上太陽輻射的輻照度為F0,忽略行星-大氣系統(tǒng)的反射效率。(1) 當行星-大氣系統(tǒng)達到輻射平衡時,計算行星表面的溫度Tp;(2)該大氣層一定具有保溫作用嗎?試分析說明之。利用P109圖5-24和6-36-4式寫出行星表面和大氣頂?shù)妮椛淦胶夥匠糖蠼饪傻脽o大氣時,行星表面溫度為見書后答案15、如在夜間地面上空布滿云層,設(shè)地面為黑體,T0=300K,氣壓為P0=1000hPa,云底為黑體,溫度Tb=280K,氣壓為Pb=800hpa,中間大氣為等溫T=285K的灰體,其長波漫射透射率Tf=0.4。試求:(1)地面的有效輻射,(2)中間氣層的溫度是要增加還是降低,求出變溫率(/3h),(3)如果云底溫度Tb改為2
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