第八章電磁輻射環(huán)境改版課件

電磁輻射環(huán)境電磁輻射環(huán)境1物體以輻射的方式傳遞交換的能量。輻射的基本知識(shí)一、輻射及其特性輻射物體以電磁波或粒子流形式向周圍傳遞或交換能量的方式。輻射能基本特性波粒二象性物體以輻射的方式傳遞交換的能量。輻射的基本知識(shí)一、輻射及其特2波動(dòng)性V＝λ·f波動(dòng)性的反映電磁波譜波動(dòng)性V＝λ·f波動(dòng)性的反映電磁波譜3名稱波長(zhǎng)范圍紫外線100埃～0.4微米可見光0.4微米～0.76微米紅外線近紅外0.76微米～3.0微米中紅外3.0微米～6.0微米遠(yuǎn)紅外6.0微米～15微米超遠(yuǎn)紅外15微米～1000微米微波毫米波1～10毫米厘米波1～10厘米分米波10厘米～1米色彩名稱波長(zhǎng)范圍紫0.40～0.43微米藍(lán)0.43～0.47微米青0.47～0.50微米綠0.50～0.56微米黃0.56～0.59微米橙0.59～0.62微米紅0.62～0.76微米不同電磁波的具體波長(zhǎng)范圍可見光波長(zhǎng)范圍名稱波長(zhǎng)范圍紫外線100埃～0.4微米可見光0.4微米～0.4粒子性其中h＝6.626×10-34J·s，稱為普朗克常數(shù)。輻射的度量和單位輻射通量、輻射通量密度輻射通量及單位：定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)任意面積上的輻射能量。單位：J·s-1或W粒子性其中h＝6.626×10-34J·s，稱為普朗5輻射通量密度（E）及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量。單位：J·s-1·m-2或W·m-2E=dF/(ds.dt)dFdsdFds輻射通量密度又被稱為輻射強(qiáng)度、輻射能力或放射能力。

輻射通量密度（E）及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量。單位：6光通量、光通量密度、照度光通量及單位定義：表征輻射通量而產(chǎn)生光感覺(jué)的量。單位：流明（lm）光通量密度及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上的光通量。單位：流明/米2（lm·m-2）照度及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上接受的光通量。單位：lx，音譯為勒克斯，1lx=1lm·m-2光通量、光通量密度、照度光通量及單位定義：表征輻射通量而產(chǎn)7

物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射概念吸收率(a)：a=Qa/Q

反射率(r)：r=Qr/Q

透射率(d)：d=Qd/Q

入射反射吸收透射物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射概念吸收率(a)：8

a、r、d的變化黑體：對(duì)于投射到該物體上所有波長(zhǎng)的輻射都能全部吸收的物體稱為絕對(duì)黑體。故有：a＝１，r＝d＝０?；殷w：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不隨波長(zhǎng)而變化的物體。

a、r、d的變化黑體：對(duì)于投射到該物體上所有波長(zhǎng)的輻射都能9二、輻射的基本定律基爾荷夫(kirchoff)定律(選擇吸收定律)

定律在一定溫度下，任何物體對(duì)于某一波長(zhǎng)的放射能力(eλ,T)與物體對(duì)該波長(zhǎng)的吸收率(aλ,T)的比值，只是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，而與物體的其它性質(zhì)無(wú)關(guān)。即:…………(3-4)Eλ,T只是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)。二、輻射的基本定律基爾荷夫(kirchoff)定律(選擇吸10

推論

對(duì)不同性質(zhì)的物體，放射能力較強(qiáng)的物體，吸收能力也較強(qiáng)；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑體的吸收能力最強(qiáng)，所以它也是放射能力最強(qiáng)的物體。對(duì)同一物體，如果在溫度T時(shí)它放射某一波長(zhǎng)的輻射，那么，在同一溫度下它也吸收這一波長(zhǎng)的輻射。推論對(duì)不同性質(zhì)的物體，放射能力較強(qiáng)的物體，吸收能力對(duì)同11斯蒂芬—波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)定律

定律黑體的總放射能力（ET）與它本身絕對(duì)溫度（T）的四次方成正比。即：ET＝σT4式中σ＝5.67×10-8W.m-2.K-4為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)。

意義物體溫度愈高，其放射能力愈強(qiáng)。

斯蒂芬—波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)定律12λm＝C/T或λmT=C

如果波長(zhǎng)以nm為單位，則常數(shù)C＝2,897×103nm·K,于是(3-6)式為：維恩(Wien)位移定律

定律絕對(duì)黑體的放射能力最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(λm)

與其本身的絕對(duì)溫度(T)成反比。即：λmT＝2897×103nm·Kλm＝C/T或λmT=C如果波長(zhǎng)以nm13不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

意義物體的溫度愈高，放射能量最大值的波長(zhǎng)愈短，隨著物體溫度不斷增高，最大輻射波長(zhǎng)由長(zhǎng)向短位移。太陽(yáng)輻射是短波輻射，人、地面和大氣輻射是長(zhǎng)波輻射。不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系意義物體的溫度愈高，14一、太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)是一個(gè)及其炙熱的氣態(tài)球體，中心溫度為20×106K，表面溫度高達(dá)6000K，因此太陽(yáng)時(shí)刻不停的向四周放射巨大的能量，稱為太陽(yáng)輻射一、太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)是一個(gè)及其炙熱的氣態(tài)球體，中心溫度為20×151、太陽(yáng)電磁輻射太陽(yáng)輻射能量隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)輻射光譜。太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)范圍很廣，但其能量的絕大部份集中在0.17～4微米之間，其中可見光區(qū)占50％，紅外區(qū)占43％，紫外區(qū)僅占7％。太陽(yáng)最大輻射能力所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為0．475微米（相當(dāng)于青光部份）。因此，一般稱太陽(yáng)輻射為短波輻射。觀測(cè)表明，太陽(yáng)輻射光譜不是嚴(yán)格連續(xù)光譜，其中有兩萬(wàn)多條吸收暗線。當(dāng)太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)地球大氣時(shí)，由于地球大氣的吸收作用，使太陽(yáng)光譜發(fā)生很大的變化。1、太陽(yáng)電磁輻射太陽(yáng)輻射能量隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)輻射光譜。太16第八章電磁輻射環(huán)境改版課件17

可見光區(qū)(0.4-0.76μm）能量占總能量的50%，具有光效應(yīng)，是人類肉眼可見光譜區(qū)，也是植物光合作用的有效光譜區(qū)。可見光可按波長(zhǎng)由長(zhǎng)至短分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色光。太陽(yáng)輻射的最大波長(zhǎng)。

紫外光區(qū)（λ<0.4μm）能量占總能量的7%，具有化學(xué)效應(yīng)，全部到達(dá)地面有毀滅生物的作用，幸大氣中O3層吸收而到達(dá)地面的極少，它具有殺菌消毒，促進(jìn)種子萌發(fā)的作用。

紅外線區(qū)（λ>0.76μm）能量占總能量的43%，具有熱效應(yīng)，起著加熱地面、大氣、動(dòng)、植物等物體的作用?？梢姽鈪^(qū)紫外光區(qū)（λ<0.4μm）紅外線區(qū)（λ>018太陽(yáng)與地球間的距離不是一個(gè)常數(shù)，因此，地球大氣層上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨日地間距離的不同而不同。實(shí)際上，由于日地間距離很大（15000萬(wàn)公里），其相對(duì)變化量很小，由此引起的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的相對(duì)變化不超過(guò)3.4%，這就意味著地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。我們使用“太陽(yáng)常數(shù)”來(lái)描述大氣層上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。太陽(yáng)與地球間的距離不是一個(gè)常數(shù)，因此，地球大氣層上界的太陽(yáng)輻19當(dāng)日地間處于平均距離時(shí)，大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的平面上單位面積單位時(shí)間內(nèi)接受的太陽(yáng)輻射能量作為標(biāo)準(zhǔn)值，稱為太陽(yáng)常數(shù)S。太陽(yáng)常數(shù)：用Isc表示。參考值為Isc=（13677）W/m2任意時(shí)刻的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度當(dāng)日地間處于平均距離時(shí)，大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的平面上單位面20對(duì)于S。的測(cè)量和計(jì)算，因觀測(cè)方法，觀測(cè)地點(diǎn)的不同以及太陽(yáng)活動(dòng)的變化，世界各地區(qū)曾采用不同的數(shù)值。1981年世界氣象組織推薦了太陽(yáng)常數(shù)的最佳值是S。＝1367±7瓦／米2。常采用取S。＝1367瓦／米2。對(duì)于S。的測(cè)量和計(jì)算，因觀測(cè)方法，觀測(cè)地點(diǎn)的不同以及太陽(yáng)活動(dòng)21到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射能隨日地距離的變化日期太陽(yáng)輻射能（W/m2）日期太陽(yáng)輻射能（W/m2）1月3日(近日點(diǎn))13997月4日(遠(yuǎn)日點(diǎn))13092月1日13938月1日13133月20日(春分)13659月23日(秋分)13454月3日135510月1日13505月3日132211月1日13746月21日(夏至)131012月22日(冬至)1398(1399-1353)/1353×100%=3.40%(1353-1309)/1353×100%=3.25%到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射能隨日地距離的變化日期太陽(yáng)輻射能（W/m222太陽(yáng)輻射強(qiáng)度太陽(yáng)輻射強(qiáng)度就是太陽(yáng)在垂直照射情況下在單位時(shí)間(一分鐘、一天、一個(gè)月或者一年)內(nèi)，單位面積面積上所得到的輻射能量。用符號(hào)S表示,其單位為J/(m2.s)。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度太陽(yáng)輻射強(qiáng)度就是太陽(yáng)在垂直照射情況下在單位時(shí)間(232、太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱

太陽(yáng)輻射先通過(guò)大氣圈，然后到達(dá)地表，由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大氣上界的太陽(yáng)輻射不能完全到達(dá)地面，所以在地球表面所呈現(xiàn)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度比1367瓦／米2小。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響作用：折射、反射、吸收、散射、透射2、太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱

太陽(yáng)輻射先通過(guò)大氣圈，然后24大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱作用的表現(xiàn)

a、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收

太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層時(shí)，大氣中某些成分具有選擇吸收一定波長(zhǎng)輻射的特性。大氣中吸收太陽(yáng)輻射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳和固體雜質(zhì)等。太陽(yáng)輻射被大氣吸收后變成熱能，因而使太陽(yáng)輻射減弱，有24%的太陽(yáng)輻射被大氣吸收?？梢姶髿鈱?duì)太陽(yáng)輻射的減弱是強(qiáng)烈的。

大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱作用的表現(xiàn)a、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收

25b、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射

太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣遇到空氣、塵粒、云滴等質(zhì)點(diǎn)時(shí)，都要發(fā)生散射。散射改變輻射方向，使太陽(yáng)輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方傳播開來(lái)，這樣，散射后，有一部分太陽(yáng)輻射就到不了地面。

b、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射

太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣遇到空氣、塵粒、云26

c、大氣的云層和塵埃對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

大氣中云層和較大顆粒的塵埃能將太陽(yáng)輻射中的一部分能量反射到宇宙空間中去。其中云的反射作用最為顯著，太陽(yáng)輻射遇到云時(shí)能反射太陽(yáng)輻射的一部分或大部分。反射對(duì)各種波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，所以反射光呈白色。太陽(yáng)輻射約有31%因反射和散射會(huì)宇宙空間。上述三種方式中，以反射作用最為重要，散射作用次之，吸收作用最小。

c、大氣的云層和塵埃對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

大氣中云層和較大顆273、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣減弱后投射到地面的太陽(yáng)輻射由兩部分組成，即太陽(yáng)直接輻射和散射輻射。直接輻射是指以平行光線的形式直接投射到地面的太陽(yáng)輻射。直接輻射照度是指單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所接受的直接輻射，用Sˊ表示。散射輻射是指經(jīng)散射后，由天空投射到地面的太陽(yáng)輻射。散射輻射照度是指單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所接受的散射輻射，用D表示。直接輻射與散射輻射之和，稱為總輻射。直接輻射照度與散射輻射照度之和稱為總輻照度（Q）。即Q=S'+D返回3、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射直接輻射是指以平行光線的形式直接投射到28a、直接輻射太陽(yáng)直接輻射的強(qiáng)弱和許多因子有關(guān)，其中最主要有兩個(gè)，即太陽(yáng)高度角和大氣透明度。太陽(yáng)高度角簡(jiǎn)稱太陽(yáng)高度，系指太陽(yáng)相對(duì)于地平面的角距離。a、直接輻射太陽(yáng)直接輻射的強(qiáng)弱和許多因子有關(guān)，其中最主要有29第八章電磁輻射環(huán)境改版課件30太陽(yáng)高度角太陽(yáng)高度角31主要是太陽(yáng)高度角和大氣透明系數(shù)

(1)太陽(yáng)高度角

當(dāng)太陽(yáng)高度角增大時(shí)，直接輻射和散射輻射都增大，因而總輻射也增大。又由于太陽(yáng)高度角有日、年變化和隨緯度的變化，因此總輻射也有日、年變化和空間水平變化。

（一）影響太陽(yáng)總輻照度的因素主要是太陽(yáng)高度角和大氣透明系數(shù)（一）影響太陽(yáng)總輻照度的因素32（2)大氣透明度當(dāng)大氣透明系數(shù)增大時(shí)，直接輻射增大，但散射輻射減小，這時(shí)，輻射總量的變化就無(wú)法判斷。一般來(lái)說(shuō)，直接輻射大于散射輻射，因此，當(dāng)大氣透明系數(shù)增大時(shí)，總輻射也增大。(3)海拔高度當(dāng)海拔升高時(shí)，大氣透明系數(shù)增大，總輻射也增大。（2)大氣透明度33(4)云量

云量增多，總輻射可能增大，也可能減小，分為以下三種情況：

①當(dāng)天空烏云密布時(shí)，直接輻射為零（Sˊ=0），到達(dá)地面的輻照度以散射輻射（D）為主，但其值也減小，則這時(shí)的總輻射（Q）必定減小。②當(dāng)部分天空有云，且云遮住陽(yáng)光，這時(shí)，對(duì)該區(qū)域來(lái)講，直接輻射為零（Sˊ=0），而散射輻射（D）的增大量補(bǔ)償不了直接輻射（Sˊ）的減小量，則總輻射（Q）也減小。

③當(dāng)部分天空有云，而且是沒(méi)有遮住陽(yáng)光的中云和高云，這時(shí)，對(duì)該區(qū)域來(lái)講，直接輻射（Sˊ）沒(méi)有明顯減小，或減小不多，而散射輻射（D）卻有明顯增大，因此使得總輻射（Q）增大。(4)云量34（二）太陽(yáng)總輻照度的變化規(guī)律1、總輻照度的日變化一天中，總輻照度夜間為零，日出后逐漸增大，正午達(dá)到最大，午后又逐漸減小。2、總輻照度的年變化一年中，中、高緯度地區(qū)總輻照度夏季最大，冬季最小。赤道附近，一年中有兩個(gè)最大值，分別出現(xiàn)在春分和秋分。3、光照度的變化晴天時(shí)，光照度由直射光和散射光兩部分組成；陰天時(shí)，只有散射光。（二）太陽(yáng)總輻照度的變化規(guī)律354、太陽(yáng)輻射總量的變化一天內(nèi)，一般在中緯度地區(qū)，夏季太陽(yáng)輻射日總量大，冬季太陽(yáng)輻射日總量小；一年中，太陽(yáng)輻射年總量一般隨緯度的增高而減少。4、太陽(yáng)輻射總量的變化364、地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

投射到地面的太陽(yáng)輻射，并非完全被地面所吸收，其中一部分被地面所反射。地表對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率，決定地表的性質(zhì)和狀態(tài)。陸地表面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射履約為10-30%，雪面的反射率很大，約為60%，水面的反射率隨水的平靜程度和太陽(yáng)高度角的大小而變，約為2-89.2%。4、地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

投射到地面的太陽(yáng)輻射，并非完全被37地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射和吸收1、地面的反射輻射:

到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射中，有一部分被地面反射回到大氣中，稱為地面反射輻射。地面反射輻射占到達(dá)地面的總輻射的百分率，稱為地面反射率，以r表示。

反射率主要與下墊面性質(zhì)有關(guān)。下墊面：墊在空氣層下面的面。（p17)2、地面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收由于太陽(yáng)輻射不能穿透地球，所以地面吸收率為1-r返回地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射和吸收1、地面的反射輻射:返回38二、地面、大氣輻射

二、地面、大氣輻射391、地面輻射

地球表面在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。1、地面輻射地球表面在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又將其中的大部分40由于地表溫度比太陽(yáng)低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而，地面輻射的主要能量集中在1～30微米之間，其最大輻射的平均波長(zhǎng)為10微米，屬紅外區(qū)間，與太陽(yáng)短波輻射相比，稱為地面長(zhǎng)波輻射。

地面的輻射能力，主要決定于地面本身的溫度。由于輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強(qiáng)，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強(qiáng)；夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。

由于地表溫度比太陽(yáng)低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而41地面的輻射是長(zhǎng)波輻射，除部分透過(guò)大氣奔向宇宙外，大部分被大氣中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收更為顯著。因此，大氣，尤其是對(duì)流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增熱。地面的輻射是長(zhǎng)波輻射，除部分透過(guò)大氣奔向宇宙外，大部分被大氣422、大氣輻射大氣輻射：大氣向外放射的輻射。

大氣平均溫度比地面低，其輻射波長(zhǎng)范圍為7-120μm，最大放射能力的波長(zhǎng)為15μm，也屬于紅外長(zhǎng)波輻射。

大氣輻射有一部分向上進(jìn)入宇宙空間，有一部分向下到達(dá)地面，這一部分因與地面輻射的方向相反，稱為大氣逆輻射（Ea）。2、大氣輻射大氣輻射：大氣向外放射的輻射。433、大氣逆輻射

大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由于大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故也稱為大氣長(zhǎng)波輻射。

大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來(lái)源。3、大氣逆輻射大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向44由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱為大氣的溫室效應(yīng)。這種大氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約18℃。月球則因?yàn)闆](méi)有象地球這樣的大氣，因而，致使它表面的溫度晝夜變化劇烈，白天表面溫度可達(dá)127℃，夜間可降至-183℃。由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)波輻射放454、地面有效輻射

地面放射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，稱為地面有效輻射。通常情況下，地面溫度高于大氣溫度，地面有效輻射為正值，這意味著通過(guò)長(zhǎng)波輻射的放射和吸收，地表面經(jīng)常是失去熱量的。只有在近地層有很強(qiáng)的逆溫和空氣濕度很大的情況下,有效輻射才可能為負(fù)值，這時(shí)地面才能通過(guò)長(zhǎng)波輻射的交換而獲得熱量。4、地面有效輻射地面放射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差464、地面有效輻射用E表示：即E=Ee-Ea

通常地面溫度高于大氣溫度，相應(yīng)地Ee>Ea，E常為正值，這說(shuō)明地面由于放射長(zhǎng)波輻射大于吸收的長(zhǎng)波輻射而經(jīng)常失去熱量，E是地面凈損失的熱量。E愈大，地面熱量損失愈多，降溫愈劇烈。4、地面有效輻射用E表示：47影響地面有效輻射的因素

1．水汽

水汽是關(guān)鍵因素，空氣中水汽含量增加，大氣逆輻射增強(qiáng)，地面有效輻射減小，所以當(dāng)天空有云、霧存在時(shí)，地面有效輻射較小，云層越厚云底越低，地面有效輻射越小。2．風(fēng)

風(fēng)能促進(jìn)對(duì)流，使上層熱量往下傳遞給地面，所以夜間有風(fēng)時(shí)地面有效輻射較小。3．地氣溫差

當(dāng)?shù)販馗哂跉鉁貢r(shí)，地面有效輻射為正值，且隨地氣溫差的增大而增大（這種情況多發(fā)生在白天）；

當(dāng)?shù)販氐陀跉鉁貢r(shí)，地面有效輻射為負(fù)值，且地氣溫差越大，地面有效輻射越?。ㄟ@種情況多發(fā)生在夜間）影響地面有效輻射的因素1．水汽水汽是關(guān)鍵因素，空氣中48影響地面有效輻射的因素4.下墊面性質(zhì)

無(wú)植被覆蓋的地面有效輻射較有植被覆蓋的大；

起伏不平的粗糙地面較平坦地的有效輻射大；干燥的下墊面較潮濕的下墊面的有效輻射大。5．覆蓋

采用薄膜、草墊等材料在夜間覆蓋時(shí)地面有效輻射減小。6．海拔高度

隨海拔高度的增加，水汽量減少，大氣逆輻射減小，所以地面有效輻射增大。影響地面有效輻射的因素4.下墊面性質(zhì)49三、太陽(yáng)可變性它是指太陽(yáng)電磁輻射各波段輻射通量隨太陽(yáng)活動(dòng)的變化特性。太陽(yáng)活動(dòng)通常用太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)來(lái)表征。為描述太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射的變化特性，常用的太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)有F10.7,F81和HelEW等。三、太陽(yáng)可變性50F10.7——為太陽(yáng)10.7cm射電輻射的通量，單位為10-22W/m2·Hz。b.F81——太陽(yáng)射電指數(shù)F10.7的81天平均值。c.HelEW——太陽(yáng)1083nm氦發(fā)射線的等效寬度，單位為10-4nm。F10.7——為太陽(yáng)10.7cm射電輻射的通量，單位為1051四、地氣系統(tǒng)

在研究地球及其大氣作為一個(gè)整體的能量平衡時(shí)，通常它們作為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)考慮，稱之為地球-大氣系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱地氣系統(tǒng)。四、地氣系統(tǒng)

在研究地球及其大氣作為一個(gè)整體的能量平衡時(shí)，通52五、太陽(yáng)電磁輻射、地氣系統(tǒng)對(duì)航天器的影響太陽(yáng)電磁輻射、地氣系統(tǒng)輻射和地球反射率是衛(wèi)星溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須考慮的主要外界輸入能量；太陽(yáng)可見光和近紅外波段的光譜輻照度是衛(wèi)星能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要資料；而對(duì)大型航天器而言，太陽(yáng)電磁輻射和地氣輻射對(duì)對(duì)姿控系統(tǒng)的影響也是需要考慮的因子。五、太陽(yáng)電磁輻射、地氣系統(tǒng)對(duì)航天器的影響太陽(yáng)電磁輻射、地氣系53太陽(yáng)輻射對(duì)近地軌道航天器的影響對(duì)航天器溫控系統(tǒng)的影響：主要外熱源。對(duì)航天器姿控系統(tǒng)的影響：A.太陽(yáng)輻射和地氣輻射壓是航天器姿態(tài)控制中所必須考慮的因素之一。B.太陽(yáng)輻射引起大氣密度的變化，使航天器所受阻力增加。對(duì)航天器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響：熱機(jī)械應(yīng)力對(duì)航天器電源系統(tǒng)的影響：太陽(yáng)可見光和近紅外波段的光譜輻照度決定航天器太陽(yáng)電池方陣功率的精確計(jì)算。對(duì)航天器通信系統(tǒng)的影響：短波和中波無(wú)線電信號(hào)衰落，甚至完全中斷；背景噪聲的增強(qiáng)。對(duì)航天遙感器、探測(cè)器的影響：光學(xué)背景、材料性能、光學(xué)遙感系統(tǒng)污染。對(duì)人體和生物體的影響：人體器官和眼睛有不同的損傷，誘發(fā)皮膚癌。太陽(yáng)輻射對(duì)近地軌道航天器的影響對(duì)航天器溫控系統(tǒng)的影響：主要外541、對(duì)衛(wèi)星電離環(huán)境、通信系統(tǒng)的影響

太陽(yáng)Lymanα線是地球電離層D層的主要電離源，而太陽(yáng)X射線爆發(fā)則可能是引起電離層突然騷擾的主要原因。當(dāng)太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)，X射線和紫外輻射突然增加，使電離層D層電子濃度急劇增大，導(dǎo)致短波和中波無(wú)線電信號(hào)衰落、甚至完全中斷。1、對(duì)衛(wèi)星電離環(huán)境、通信系統(tǒng)的影響

太陽(yáng)Lymanα線是地55此外，太陽(yáng)射電爆發(fā)引起射電背景噪聲的增強(qiáng)，在一定條件下也會(huì)對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。在大射電爆發(fā)時(shí)，L波段的太陽(yáng)射電噪聲可增大2～4個(gè)量級(jí)，而對(duì)S波段也將增加2～3個(gè)量級(jí)。此外，太陽(yáng)射電爆發(fā)引起射電背景噪聲的增強(qiáng)，在一定條件下也會(huì)對(duì)56在另一方面，太陽(yáng)極紫外輻射是地球電離層E、F層的主要電離源。隨太陽(yáng)活動(dòng)的增強(qiáng)，地球大氣的電離狀況也隨之改變。在太陽(yáng)活動(dòng)最大比太陽(yáng)活動(dòng)最小時(shí)F2層電子濃度約增大近一個(gè)量級(jí)。在另一方面，太陽(yáng)極紫外輻射是地球電離層E、F層的主要電離源。572、對(duì)星載探測(cè)器光學(xué)部件的侵蝕、污染太陽(yáng)極紫外輻射是熱層大氣氧原子產(chǎn)生的主要能源。隨著太陽(yáng)活動(dòng)的變化，熱層大氣氧原子密度將變化一個(gè)量級(jí)以上。它和航天器表面的相互作用，將增強(qiáng)其對(duì)表面的侵蝕作用，破壞太陽(yáng)電池保護(hù)層、危害航天器能源系統(tǒng)。2、對(duì)星載探測(cè)器光學(xué)部件的侵蝕、污染太陽(yáng)極紫外輻射是熱層大58太陽(yáng)紫外輻射對(duì)航天器表面的照射將使其表面涂層的光學(xué)性能變化，使航天器表面溫度升高，影響其溫控。太陽(yáng)紫外輻射對(duì)航天器表面的照射將使其表面涂層的光學(xué)性能變化，59航天器材料中包含的氣體雜質(zhì)在高真空環(huán)境下釋放出來(lái)，在太陽(yáng)紫外輻射照射下可對(duì)其上各種光學(xué)遙感系統(tǒng)形成污染。航天器材料中包含的氣體雜質(zhì)在高真空環(huán)境下釋放出來(lái)，在太陽(yáng)紫外603、對(duì)人體和生物體的影響太陽(yáng)X射線輻射對(duì)人體器官和眼睛有不同的損傷，而太陽(yáng)紫外輻射可使人體發(fā)生皮膚癌，破壞生物體的脫氧核糖核酸。3、對(duì)人體和生物體的影響太陽(yáng)X射線輻射對(duì)人體器官和眼睛有不同614、空間外熱流模擬太陽(yáng)電磁輻射中的可見光輻射、近紅外輻射和遠(yuǎn)外輻射構(gòu)成了衛(wèi)星在空間飛行時(shí)所受到的加熱源，也叫做空間外熱流。對(duì)于近地衛(wèi)星，外熱流還包括地球反射太陽(yáng)輻射的能量和地球自身的紅外輻射部分。衛(wèi)星所吸收的熱流Q可寫成Q=aQf式中，a——衛(wèi)星表面材料的吸收率；Qf——空間外熱流。4、空間外熱流模擬太陽(yáng)電磁輻射中的可見光輻射、近紅外輻射和遠(yuǎn)62如上式可以知道衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)時(shí)選擇的Q值取決于a和Qf，Qf值的選定是根據(jù)國(guó)內(nèi)外利用火箭、衛(wèi)星測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)值，而a值取決于衛(wèi)星溫控涂層材料或衛(wèi)星表面材料的物質(zhì)特性及在太陽(yáng)輻照環(huán)境下的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)已采用了大容量的電子計(jì)算機(jī)，提高了熱分析的精度，但許多因素使得熱分析存在誤差。為了驗(yàn)證熱設(shè)計(jì)，鑒定衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)的可靠性，主要手段就是在地面試驗(yàn)設(shè)備中，再現(xiàn)太陽(yáng)輻照環(huán)境，模擬外層空間的外熱流Qf，即進(jìn)行衛(wèi)星的熱平衡試驗(yàn)。如上式可以知道衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)時(shí)選擇的Q值取決于a和Qf，Qf值的635、紫外輻照對(duì)衛(wèi)星壽命的影響太陽(yáng)輻射中的紫外線輻射對(duì)金屬表面的影響是由于光電效應(yīng)產(chǎn)生許多自由電子，使衛(wèi)星金屬表面發(fā)生靜電效應(yīng)帶電。表面靜電升高會(huì)對(duì)星內(nèi)電子系統(tǒng)和磁元件產(chǎn)生影響。紫外線輻照可以在晶體和玻璃等光學(xué)材料中產(chǎn)生色心，使光學(xué)材料染上顏色，造成失透。5、紫外輻照對(duì)衛(wèi)星壽命的影響太陽(yáng)輻射中的紫外線輻射對(duì)金屬表面64在紫外線輻照下高聚物材料的分子量降低，使材料分子鍵分解、裂折、變色、彈性和抗張性降低，機(jī)械性能變壞，使光電池的轉(zhuǎn)換效應(yīng)降低。紫外輻照還會(huì)使溫控涂層變暗，使吸收率a值增加，至使比值增加，從而使衛(wèi)星表面溫度升高，這在被動(dòng)溫控設(shè)計(jì)中更為突出。在紫外線輻照下高聚物材料的分子量降低，使材料分子鍵分解、裂折65六、太陽(yáng)輻照模擬技術(shù)六、太陽(yáng)輻照模擬技術(shù)661、太陽(yáng)輻照的主要環(huán)境特征外層空間的太陽(yáng)輻照環(huán)境特征如下：1）距太陽(yáng)1.5×108km處（即地球軌道）的太陽(yáng)輻射（能）流密度是1353W/m2，并定義為一個(gè)太陽(yáng)常數(shù)表示為S0。這個(gè)值隨太陽(yáng)活動(dòng)的強(qiáng)弱變化±2%；隨四季變化±3.5%。2）在地球到太陽(yáng)的平均距離上，太陽(yáng)的日輪視角為32′（分）。1、太陽(yáng)輻照的主要環(huán)境特征外層空間的太陽(yáng)輻照環(huán)境特征如下：673）太陽(yáng)輻射的光譜成分，在0.3～3.0μm譜域內(nèi)的能量占太陽(yáng)輻照總能量的96.6%，在0.2～0.3μm譜域內(nèi)的能量為太陽(yáng)輻照總能量的1.2%。太陽(yáng)輻射的光譜分布曲線通常引用約翰遜曲線或引用NASA曲線。4）太陽(yáng)輻射流密度的空間分布按距太陽(yáng)距離的平方成反比定律計(jì)算。在地球軌道附近有限空間內(nèi)可以認(rèn)為是均勻的。3）太陽(yáng)輻射的光譜成分，在0.3～3.0μm譜域內(nèi)的能量占太68自然在地面試驗(yàn)室里難以逼真地模擬上述的太陽(yáng)輻照環(huán)境。綜合有關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，目前先進(jìn)的太陽(yáng)模擬技術(shù)指標(biāo)是：自然在地面試驗(yàn)室里難以逼真地模擬上述的太陽(yáng)輻照環(huán)境。綜合有關(guān)69太陽(yáng)輻照度1.3S0；2）試驗(yàn)體積內(nèi)輻照不均勻度不大于±5%；3）光譜分布對(duì)NASA曲線（或約翰遜曲線）的偏差控制在允許值內(nèi)；4）輻照不穩(wěn)定度為±1%～±2%；5）準(zhǔn)直角不大于±2°；6）能消除二次和多次反射的影響。太陽(yáng)輻照度1.3S0；70隨著空間技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研制了多種類型的太陽(yáng)輻照模擬設(shè)備，太陽(yáng)模擬技術(shù)成為空間環(huán)境技術(shù)的一個(gè)分支。它涉及機(jī)械、傳熱、光學(xué)、光學(xué)設(shè)計(jì)、光學(xué)計(jì)測(cè)等領(lǐng)域，是一門綜合技術(shù)。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研制了多種類型的太陽(yáng)輻照模擬設(shè)備，71演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！72電磁輻射環(huán)境電磁輻射環(huán)境73物體以輻射的方式傳遞交換的能量。輻射的基本知識(shí)一、輻射及其特性輻射物體以電磁波或粒子流形式向周圍傳遞或交換能量的方式。輻射能基本特性波粒二象性物體以輻射的方式傳遞交換的能量。輻射的基本知識(shí)一、輻射及其特74波動(dòng)性V＝λ·f波動(dòng)性的反映電磁波譜波動(dòng)性V＝λ·f波動(dòng)性的反映電磁波譜75名稱波長(zhǎng)范圍紫外線100?！?.4微米可見光0.4微米～0.76微米紅外線近紅外0.76微米～3.0微米中紅外3.0微米～6.0微米遠(yuǎn)紅外6.0微米～15微米超遠(yuǎn)紅外15微米～1000微米微波毫米波1～10毫米厘米波1～10厘米分米波10厘米～1米色彩名稱波長(zhǎng)范圍紫0.40～0.43微米藍(lán)0.43～0.47微米青0.47～0.50微米綠0.50～0.56微米黃0.56～0.59微米橙0.59～0.62微米紅0.62～0.76微米不同電磁波的具體波長(zhǎng)范圍可見光波長(zhǎng)范圍名稱波長(zhǎng)范圍紫外線100?！?.4微米可見光0.4微米～0.76粒子性其中h＝6.626×10-34J·s，稱為普朗克常數(shù)。輻射的度量和單位輻射通量、輻射通量密度輻射通量及單位：定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間通過(guò)任意面積上的輻射能量。單位：J·s-1或W粒子性其中h＝6.626×10-34J·s，稱為普朗77輻射通量密度（E）及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量。單位：J·s-1·m-2或W·m-2E=dF/(ds.dt)dFdsdFds輻射通量密度又被稱為輻射強(qiáng)度、輻射能力或放射能力。

輻射通量密度（E）及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上的輻射通量。單位：78光通量、光通量密度、照度光通量及單位定義：表征輻射通量而產(chǎn)生光感覺(jué)的量。單位：流明（lm）光通量密度及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上的光通量。單位：流明/米2（lm·m-2）照度及單位定義：?jiǎn)挝幻娣e上接受的光通量。單位：lx，音譯為勒克斯，1lx=1lm·m-2光通量、光通量密度、照度光通量及單位定義：表征輻射通量而產(chǎn)79

物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射概念吸收率(a)：a=Qa/Q

反射率(r)：r=Qr/Q

透射率(d)：d=Qd/Q

入射反射吸收透射物體對(duì)輻射的吸收、反射和透射概念吸收率(a)：80

a、r、d的變化黑體：對(duì)于投射到該物體上所有波長(zhǎng)的輻射都能全部吸收的物體稱為絕對(duì)黑體。故有：a＝１，r＝d＝０。灰體：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不隨波長(zhǎng)而變化的物體。

a、r、d的變化黑體：對(duì)于投射到該物體上所有波長(zhǎng)的輻射都能81二、輻射的基本定律基爾荷夫(kirchoff)定律(選擇吸收定律)

定律在一定溫度下，任何物體對(duì)于某一波長(zhǎng)的放射能力(eλ,T)與物體對(duì)該波長(zhǎng)的吸收率(aλ,T)的比值，只是溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，而與物體的其它性質(zhì)無(wú)關(guān)。即:…………(3-4)Eλ,T只是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)。二、輻射的基本定律基爾荷夫(kirchoff)定律(選擇吸82

推論

對(duì)不同性質(zhì)的物體，放射能力較強(qiáng)的物體，吸收能力也較強(qiáng)；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑體的吸收能力最強(qiáng)，所以它也是放射能力最強(qiáng)的物體。對(duì)同一物體，如果在溫度T時(shí)它放射某一波長(zhǎng)的輻射，那么，在同一溫度下它也吸收這一波長(zhǎng)的輻射。推論對(duì)不同性質(zhì)的物體，放射能力較強(qiáng)的物體，吸收能力對(duì)同83斯蒂芬—波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)定律

定律黑體的總放射能力（ET）與它本身絕對(duì)溫度（T）的四次方成正比。即：ET＝σT4式中σ＝5.67×10-8W.m-2.K-4為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)。

意義物體溫度愈高，其放射能力愈強(qiáng)。

斯蒂芬—波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)定律84λm＝C/T或λmT=C

如果波長(zhǎng)以nm為單位，則常數(shù)C＝2,897×103nm·K,于是(3-6)式為：維恩(Wien)位移定律

定律絕對(duì)黑體的放射能力最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(λm)

與其本身的絕對(duì)溫度(T)成反比。即：λmT＝2897×103nm·Kλm＝C/T或λmT=C如果波長(zhǎng)以nm85不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系

意義物體的溫度愈高，放射能量最大值的波長(zhǎng)愈短，隨著物體溫度不斷增高，最大輻射波長(zhǎng)由長(zhǎng)向短位移。太陽(yáng)輻射是短波輻射，人、地面和大氣輻射是長(zhǎng)波輻射。不同溫度下黑體輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系意義物體的溫度愈高，86一、太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)是一個(gè)及其炙熱的氣態(tài)球體，中心溫度為20×106K，表面溫度高達(dá)6000K，因此太陽(yáng)時(shí)刻不停的向四周放射巨大的能量，稱為太陽(yáng)輻射一、太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)是一個(gè)及其炙熱的氣態(tài)球體，中心溫度為20×871、太陽(yáng)電磁輻射太陽(yáng)輻射能量隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)輻射光譜。太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)范圍很廣，但其能量的絕大部份集中在0.17～4微米之間，其中可見光區(qū)占50％，紅外區(qū)占43％，紫外區(qū)僅占7％。太陽(yáng)最大輻射能力所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為0．475微米（相當(dāng)于青光部份）。因此，一般稱太陽(yáng)輻射為短波輻射。觀測(cè)表明，太陽(yáng)輻射光譜不是嚴(yán)格連續(xù)光譜，其中有兩萬(wàn)多條吸收暗線。當(dāng)太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)地球大氣時(shí)，由于地球大氣的吸收作用，使太陽(yáng)光譜發(fā)生很大的變化。1、太陽(yáng)電磁輻射太陽(yáng)輻射能量隨波長(zhǎng)的分布稱為太陽(yáng)輻射光譜。太88第八章電磁輻射環(huán)境改版課件89

可見光區(qū)(0.4-0.76μm）能量占總能量的50%，具有光效應(yīng)，是人類肉眼可見光譜區(qū)，也是植物光合作用的有效光譜區(qū)?？梢姽饪砂床ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)至短分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色光。太陽(yáng)輻射的最大波長(zhǎng)。

紫外光區(qū)（λ<0.4μm）能量占總能量的7%，具有化學(xué)效應(yīng)，全部到達(dá)地面有毀滅生物的作用，幸大氣中O3層吸收而到達(dá)地面的極少，它具有殺菌消毒，促進(jìn)種子萌發(fā)的作用。

紅外線區(qū)（λ>0.76μm）能量占總能量的43%，具有熱效應(yīng)，起著加熱地面、大氣、動(dòng)、植物等物體的作用?？梢姽鈪^(qū)紫外光區(qū)（λ<0.4μm）紅外線區(qū)（λ>090太陽(yáng)與地球間的距離不是一個(gè)常數(shù)，因此，地球大氣層上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨日地間距離的不同而不同。實(shí)際上，由于日地間距離很大（15000萬(wàn)公里），其相對(duì)變化量很小，由此引起的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的相對(duì)變化不超過(guò)3.4%，這就意味著地球大氣層外的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度幾乎是一個(gè)常數(shù)。我們使用“太陽(yáng)常數(shù)”來(lái)描述大氣層上界的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。太陽(yáng)與地球間的距離不是一個(gè)常數(shù)，因此，地球大氣層上界的太陽(yáng)輻91當(dāng)日地間處于平均距離時(shí)，大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的平面上單位面積單位時(shí)間內(nèi)接受的太陽(yáng)輻射能量作為標(biāo)準(zhǔn)值，稱為太陽(yáng)常數(shù)S。太陽(yáng)常數(shù)：用Isc表示。參考值為Isc=（13677）W/m2任意時(shí)刻的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度當(dāng)日地間處于平均距離時(shí)，大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的平面上單位面92對(duì)于S。的測(cè)量和計(jì)算，因觀測(cè)方法，觀測(cè)地點(diǎn)的不同以及太陽(yáng)活動(dòng)的變化，世界各地區(qū)曾采用不同的數(shù)值。1981年世界氣象組織推薦了太陽(yáng)常數(shù)的最佳值是S。＝1367±7瓦／米2。常采用取S。＝1367瓦／米2。對(duì)于S。的測(cè)量和計(jì)算，因觀測(cè)方法，觀測(cè)地點(diǎn)的不同以及太陽(yáng)活動(dòng)93到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射能隨日地距離的變化日期太陽(yáng)輻射能（W/m2）日期太陽(yáng)輻射能（W/m2）1月3日(近日點(diǎn))13997月4日(遠(yuǎn)日點(diǎn))13092月1日13938月1日13133月20日(春分)13659月23日(秋分)13454月3日135510月1日13505月3日132211月1日13746月21日(夏至)131012月22日(冬至)1398(1399-1353)/1353×100%=3.40%(1353-1309)/1353×100%=3.25%到達(dá)地球的太陽(yáng)輻射能隨日地距離的變化日期太陽(yáng)輻射能（W/m294太陽(yáng)輻射強(qiáng)度太陽(yáng)輻射強(qiáng)度就是太陽(yáng)在垂直照射情況下在單位時(shí)間(一分鐘、一天、一個(gè)月或者一年)內(nèi)，單位面積面積上所得到的輻射能量。用符號(hào)S表示,其單位為J/(m2.s)。太陽(yáng)輻射強(qiáng)度太陽(yáng)輻射強(qiáng)度就是太陽(yáng)在垂直照射情況下在單位時(shí)間(952、太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱

太陽(yáng)輻射先通過(guò)大氣圈，然后到達(dá)地表，由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大氣上界的太陽(yáng)輻射不能完全到達(dá)地面，所以在地球表面所呈現(xiàn)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度比1367瓦／米2小。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響作用：折射、反射、吸收、散射、透射2、太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱

太陽(yáng)輻射先通過(guò)大氣圈，然后96大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱作用的表現(xiàn)

a、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收

太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層時(shí)，大氣中某些成分具有選擇吸收一定波長(zhǎng)輻射的特性。大氣中吸收太陽(yáng)輻射的成分主要有水汽、氧、臭氧、二氧化碳和固體雜質(zhì)等。太陽(yáng)輻射被大氣吸收后變成熱能，因而使太陽(yáng)輻射減弱，有24%的太陽(yáng)輻射被大氣吸收?？梢姶髿鈱?duì)太陽(yáng)輻射的減弱是強(qiáng)烈的。

大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱作用的表現(xiàn)a、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收

97b、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射

太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣遇到空氣、塵粒、云滴等質(zhì)點(diǎn)時(shí)，都要發(fā)生散射。散射改變輻射方向，使太陽(yáng)輻射以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方傳播開來(lái)，這樣，散射后，有一部分太陽(yáng)輻射就到不了地面。

b、大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射

太陽(yáng)輻射通過(guò)大氣遇到空氣、塵粒、云98

c、大氣的云層和塵埃對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

大氣中云層和較大顆粒的塵埃能將太陽(yáng)輻射中的一部分能量反射到宇宙空間中去。其中云的反射作用最為顯著，太陽(yáng)輻射遇到云時(shí)能反射太陽(yáng)輻射的一部分或大部分。反射對(duì)各種波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，所以反射光呈白色。太陽(yáng)輻射約有31%因反射和散射會(huì)宇宙空間。上述三種方式中，以反射作用最為重要，散射作用次之，吸收作用最小。

c、大氣的云層和塵埃對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

大氣中云層和較大顆993、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣減弱后投射到地面的太陽(yáng)輻射由兩部分組成，即太陽(yáng)直接輻射和散射輻射。直接輻射是指以平行光線的形式直接投射到地面的太陽(yáng)輻射。直接輻射照度是指單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所接受的直接輻射，用Sˊ表示。散射輻射是指經(jīng)散射后，由天空投射到地面的太陽(yáng)輻射。散射輻射照度是指單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所接受的散射輻射，用D表示。直接輻射與散射輻射之和，稱為總輻射。直接輻射照度與散射輻射照度之和稱為總輻照度（Q）。即Q=S'+D返回3、到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射直接輻射是指以平行光線的形式直接投射到100a、直接輻射太陽(yáng)直接輻射的強(qiáng)弱和許多因子有關(guān)，其中最主要有兩個(gè)，即太陽(yáng)高度角和大氣透明度。太陽(yáng)高度角簡(jiǎn)稱太陽(yáng)高度，系指太陽(yáng)相對(duì)于地平面的角距離。a、直接輻射太陽(yáng)直接輻射的強(qiáng)弱和許多因子有關(guān)，其中最主要有101第八章電磁輻射環(huán)境改版課件102太陽(yáng)高度角太陽(yáng)高度角103主要是太陽(yáng)高度角和大氣透明系數(shù)

(1)太陽(yáng)高度角

當(dāng)太陽(yáng)高度角增大時(shí)，直接輻射和散射輻射都增大，因而總輻射也增大。又由于太陽(yáng)高度角有日、年變化和隨緯度的變化，因此總輻射也有日、年變化和空間水平變化。

（一）影響太陽(yáng)總輻照度的因素主要是太陽(yáng)高度角和大氣透明系數(shù)（一）影響太陽(yáng)總輻照度的因素104（2)大氣透明度當(dāng)大氣透明系數(shù)增大時(shí)，直接輻射增大，但散射輻射減小，這時(shí)，輻射總量的變化就無(wú)法判斷。一般來(lái)說(shuō)，直接輻射大于散射輻射，因此，當(dāng)大氣透明系數(shù)增大時(shí)，總輻射也增大。(3)海拔高度當(dāng)海拔升高時(shí)，大氣透明系數(shù)增大，總輻射也增大。（2)大氣透明度105(4)云量

云量增多，總輻射可能增大，也可能減小，分為以下三種情況：

①當(dāng)天空烏云密布時(shí)，直接輻射為零（Sˊ=0），到達(dá)地面的輻照度以散射輻射（D）為主，但其值也減小，則這時(shí)的總輻射（Q）必定減小。②當(dāng)部分天空有云，且云遮住陽(yáng)光，這時(shí)，對(duì)該區(qū)域來(lái)講，直接輻射為零（Sˊ=0），而散射輻射（D）的增大量補(bǔ)償不了直接輻射（Sˊ）的減小量，則總輻射（Q）也減小。

③當(dāng)部分天空有云，而且是沒(méi)有遮住陽(yáng)光的中云和高云，這時(shí)，對(duì)該區(qū)域來(lái)講，直接輻射（Sˊ）沒(méi)有明顯減小，或減小不多，而散射輻射（D）卻有明顯增大，因此使得總輻射（Q）增大。(4)云量106（二）太陽(yáng)總輻照度的變化規(guī)律1、總輻照度的日變化一天中，總輻照度夜間為零，日出后逐漸增大，正午達(dá)到最大，午后又逐漸減小。2、總輻照度的年變化一年中，中、高緯度地區(qū)總輻照度夏季最大，冬季最小。赤道附近，一年中有兩個(gè)最大值，分別出現(xiàn)在春分和秋分。3、光照度的變化晴天時(shí)，光照度由直射光和散射光兩部分組成；陰天時(shí)，只有散射光。（二）太陽(yáng)總輻照度的變化規(guī)律1074、太陽(yáng)輻射總量的變化一天內(nèi)，一般在中緯度地區(qū)，夏季太陽(yáng)輻射日總量大，冬季太陽(yáng)輻射日總量?。灰荒曛?，太陽(yáng)輻射年總量一般隨緯度的增高而減少。4、太陽(yáng)輻射總量的變化1084、地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

投射到地面的太陽(yáng)輻射，并非完全被地面所吸收，其中一部分被地面所反射。地表對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率，決定地表的性質(zhì)和狀態(tài)。陸地表面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射履約為10-30%，雪面的反射率很大，約為60%，水面的反射率隨水的平靜程度和太陽(yáng)高度角的大小而變，約為2-89.2%。4、地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射

投射到地面的太陽(yáng)輻射，并非完全被109地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射和吸收1、地面的反射輻射:

到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射中，有一部分被地面反射回到大氣中，稱為地面反射輻射。地面反射輻射占到達(dá)地面的總輻射的百分率，稱為地面反射率，以r表示。

反射率主要與下墊面性質(zhì)有關(guān)。下墊面：墊在空氣層下面的面。（p17)2、地面對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收由于太陽(yáng)輻射不能穿透地球，所以地面吸收率為1-r返回地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射和吸收1、地面的反射輻射:返回110二、地面、大氣輻射

二、地面、大氣輻射1111、地面輻射

地球表面在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又將其中的大部分能量以輻射的方式傳送給大氣。地表面這種以其本身的熱量日夜不停地向外放射輻射的方式，稱為地面輻射。1、地面輻射地球表面在吸收太陽(yáng)輻射的同時(shí)，又將其中的大部分112由于地表溫度比太陽(yáng)低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而，地面輻射的主要能量集中在1～30微米之間，其最大輻射的平均波長(zhǎng)為10微米，屬紅外區(qū)間，與太陽(yáng)短波輻射相比，稱為地面長(zhǎng)波輻射。

地面的輻射能力，主要決定于地面本身的溫度。由于輻射能力隨輻射體溫度的增高而增強(qiáng)，所以，白天，地面溫度較高，地面輻射較強(qiáng)；夜間，地面溫度較低，地面輻射較弱。

由于地表溫度比太陽(yáng)低得多(地表面平均溫度約為300K)，因而113地面的輻射是長(zhǎng)波輻射，除部分透過(guò)大氣奔向宇宙外，大部分被大氣中水汽和二氧化碳所吸收，其中水汽對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收更為顯著。因此，大氣，尤其是對(duì)流層中的大氣，主要靠吸收地面輻射而增熱。地面的輻射是長(zhǎng)波輻射，除部分透過(guò)大氣奔向宇宙外，大部分被大氣1142、大氣輻射大氣輻射：大氣向外放射的輻射。

大氣平均溫度比地面低，其輻射波長(zhǎng)范圍為7-120μm，最大放射能力的波長(zhǎng)為15μm，也屬于紅外長(zhǎng)波輻射。

大氣輻射有一部分向上進(jìn)入宇宙空間，有一部分向下到達(dá)地面，這一部分因與地面輻射的方向相反，稱為大氣逆輻射（Ea）。2、大氣輻射大氣輻射：大氣向外放射的輻射。1153、大氣逆輻射

大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向外放射能量。大氣這種向外放射能量的方式，稱為大氣輻射。由于大氣本身的溫度也低，放射的輻射能的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故也稱為大氣長(zhǎng)波輻射。

大氣輻射的方向既有向上的，也有向下的。大氣輻射中向下的那一部分，剛好和地面輻射的方向相反，所以稱為大氣逆輻射。大氣逆輻射是地面獲得熱量的重要來(lái)源。3、大氣逆輻射大氣吸收地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)，又以輻射的方式向116由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)波輻射放出的熱量少一些，大氣的這種保溫作用稱為大氣的溫室效應(yīng)。這種大氣的保溫作用使近地表的氣溫提高了約18℃。月球則因?yàn)闆](méi)有象地球這樣的大氣，因而，致使它表面的溫度晝夜變化劇烈，白天表面溫度可達(dá)127℃，夜間可降至-183℃。由于大氣逆輻射的存在，使地面實(shí)際損失的熱量比地面以長(zhǎng)波輻射放1174、地面有效輻射

地面放射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，稱為地面有效輻射。通常情況下，地面溫度高于大氣溫度，地面有效輻射為正值，這意味著通過(guò)長(zhǎng)波輻射的放射和吸收，地表面經(jīng)常是失去熱量的。只有在近地層有很強(qiáng)的逆溫和空氣濕度很大的情況下,有效輻射才可能為負(fù)值，這時(shí)地面才能通過(guò)長(zhǎng)波輻射的交換而獲得熱量。4、地面有效輻射地面放射的輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差1184、地面有效輻射用E表示：即E=Ee-Ea

通常地面溫度高于大氣溫度，相應(yīng)地Ee>Ea，E常為正值，這說(shuō)明地面由于放射長(zhǎng)波輻射大于吸收的長(zhǎng)波輻射而經(jīng)常失去熱量，E是地面凈損失的熱量。E愈大，地面熱量損失愈多，降溫愈劇烈。4、地面有效輻射用E表示：119影響地面有效輻射的因素

1．水汽

水汽是關(guān)鍵因素，空氣中水汽含量增加，大氣逆輻射增強(qiáng)，地面有效輻射減小，所以當(dāng)天空有云、霧存在時(shí)，地面有效輻射較小，云層越厚云底越低，地面有效輻射越小。2．風(fēng)

風(fēng)能促進(jìn)對(duì)流，使上層熱量往下傳遞給地面，所以夜間有風(fēng)時(shí)地面有效輻射較小。3．地氣溫差

當(dāng)?shù)販馗哂跉鉁貢r(shí)，地面有效輻射為正值，且隨地氣溫差的增大而增大（這種情況多發(fā)生在白天）；

當(dāng)?shù)販氐陀跉鉁貢r(shí)，地面有效輻射為負(fù)值，且地氣溫差越大，地面有效輻射越?。ㄟ@種情況多發(fā)生在夜間）影響地面有效輻射的因素1．水汽水汽是關(guān)鍵因素，空氣中120影響地面有效輻射的因素4.下墊面性質(zhì)

無(wú)植被覆蓋的地面有效輻射較有植被覆蓋的大；

起伏不平的粗糙地面較平坦地的有效輻射大；干燥的下墊面較潮濕的下墊面的有效輻射大。5．覆蓋

采用薄膜、草墊等材料在夜間覆蓋時(shí)地面有效輻射減小。6．海拔高度

隨海拔高度的增加，水汽量減少，大氣逆輻射減小，所以地面有效輻射增大。影響地面有效輻射的因素4.下墊面性質(zhì)121三、太陽(yáng)可變性它是指太陽(yáng)電磁輻射各波段輻射通量隨太陽(yáng)活動(dòng)的變化特性。太陽(yáng)活動(dòng)通常用太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)來(lái)表征。為描述太陽(yáng)遠(yuǎn)紫外輻射的變化特性，常用的太陽(yáng)活動(dòng)指數(shù)有F10.7,F81和HelEW等。三、太陽(yáng)可變性122F10.7——為太陽(yáng)10.7cm射電輻射的通量，單位為10-22W/m2·Hz。b.F81——太陽(yáng)射電指數(shù)F10.7的81天平均值。c.HelEW——太陽(yáng)1083nm氦發(fā)射線的等效寬度，單位為10-4nm。F10.7——為太陽(yáng)10.7cm射電輻射的通量，單位為10123四、地氣系統(tǒng)

在研究地球及其大氣作為一個(gè)整體的能量平衡時(shí)，通常它們作為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)考慮，稱之為地球-大氣系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱地氣系統(tǒng)。四、地氣系統(tǒng)

在研究地球及其大氣作為一個(gè)整體的能量平衡時(shí)，通124五、太陽(yáng)電磁輻射、地氣系統(tǒng)對(duì)航天器的影響太陽(yáng)電磁輻射、地氣系統(tǒng)輻射和地球反射率是衛(wèi)星溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)所必須考慮的主要外界輸入能量；太陽(yáng)可見光和近紅外波段的光譜輻照度是衛(wèi)星能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要資料；而對(duì)大型航天器而言，太陽(yáng)電磁輻射和地氣輻射對(duì)對(duì)姿控系統(tǒng)的影響也是需要考慮的因子。五、太陽(yáng)電磁輻射、地氣系統(tǒng)對(duì)航天器的影響太陽(yáng)電磁輻射、地氣系125太陽(yáng)輻射對(duì)近地軌道航天器的影響對(duì)航天器溫控系統(tǒng)的影響：主要外熱源。對(duì)航天器姿控系統(tǒng)的影響：A.太陽(yáng)輻射和地氣輻射壓是航天器姿態(tài)控制中所必須考慮的因素之一。B.太陽(yáng)輻射引起大氣密度的變化，使航天器所受阻力增加。對(duì)航天器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的影響：熱機(jī)械應(yīng)力對(duì)航天器電源系統(tǒng)的影響：太陽(yáng)可見光和近紅外波段的光譜輻照度決定航天器太陽(yáng)電池方陣功率的精確計(jì)算。對(duì)航天器通信系統(tǒng)的影響：短波和中波無(wú)線電信號(hào)衰落，甚至完全中斷；背景噪聲的增強(qiáng)。對(duì)航天遙感器、探測(cè)器的影響：光學(xué)背景、材料性能、光學(xué)遙感系統(tǒng)污染。對(duì)人體和生物體的影響：人體器官和眼睛有不同的損傷，誘發(fā)皮膚癌。太陽(yáng)輻射對(duì)近地軌道航天器的影響對(duì)航天器溫控系統(tǒng)的影響：主要外1261、對(duì)衛(wèi)星電離環(huán)境、通信系統(tǒng)的影響

太陽(yáng)Lymanα線是地球電