農(nóng)業(yè)氣象學輻射1

第二章輻射本章內(nèi)容輻射的基本知識太陽輻射地面輻射差額

太陽輻射、地面輻射和大氣輻射的基本性質(zhì)、變化規(guī)律物體以輻射的方式傳遞交換的能量。第一節(jié)輻射的基本知識一、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。輻射能基本特性波動性波粒二象性粒子性波動性C=fλC—波速，f—頻率，λ—波長，波動性的反映電磁波譜粒子性

其中h＝6.63×10-34J·s，稱為普朗克常數(shù)。

輻射通量：單位時間通過任意面積上的輻射能量。單位：J·s-1或W二、輻射的量度和單位

輻射通量密度(輻照度、輻出度、輻射能力):單位時間內(nèi)通過單位面積的輻射能量稱為輻射通量密度。

E=dF/(ds.dt)dFdsdFds輻射通量密度又被稱為輻射強度。但是有差別。

(cal/min·cm2=697.8w/m2)

輻射強度I：單位時間內(nèi)由單位立體角射到與射線相垂直的單位面積上的輻射能量。w/sr瓦特/球面度。I=E/COS.θ為輻射體表面的法線方向與選定方向間的夾角。

立體角定義圖光通量：輻射通量中，能對正常人眼產(chǎn)生光量感覺的輻射通量。單位：流明。光通亮密度：(光照度、照度、光照強度)定義：單位面積上的光通量。單位：流明/米2

（lm·mˉ2）勒克司(lux;lx)應(yīng)用情況：三、

物體對輻射的吸收、反射和透射吸收率(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a+r+d=1

a、r、d的變化反射又分鏡反射和漫反射兩種圖鏡反射圖漫反射黑體：對于投射到該物體上所有波長的輻射都能全部吸收的物體稱為絕對黑體。故有：a＝１，r＝d＝０。

灰體：透射率d＝０，吸收率a＝（１－r），且a不隨波長而變化的物體。

四、黑體輻射的基本定律及相關(guān)性質(zhì)黑體模型入射輻射

式中，λ—波長，m；T—黑體溫度，K；c1

—第一輻射常數(shù)，3.742×10-16Wm2；

c2—第二輻射常數(shù)，1.4388×10-2WK；

根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長和溫度的依變關(guān)系?？梢娔骋粶囟认碌腅bλ有一個最大值，對應(yīng)波長為λmax，λmax與T的關(guān)系由Wien位移定律給出，1.Planck定律

它揭示了黑體輻射能的光譜特性，即黑體的光譜輻射力EbλPlanck定律的圖示不同溫度下黑體輻射強度與溫度的關(guān)系2.維恩(Wien)位移定律

絕對黑體的放射能力最大值對應(yīng)的波長(λm)

與其本身的絕對溫度(T)成反比。即：太陽輻射：短波地面、大氣：長波3.基爾荷夫(kirchoff)定律(選擇吸收定律)

基爾霍夫定律的基本形式：在一定溫度、波長下，一個物體的吸收率等于該物體度，同波長的發(fā)射率。意義：通過對黑體的研究來了解一般物體的輻射，極大地簡化了一般輻射的問題黑體的總放射能力（ET）與它本身絕對溫度（T）的四次方成正比。即：式中σ＝5.67×10-8W.m-2.K-4為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)。物體溫度愈高，其放射能力愈強。

4.斯蒂芬—波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)定律

推論對不同性質(zhì)的物體，放射能力較強的物體，吸收能也較強；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑體的吸收能力最強，所以它也是放射能力最強的物體。對同一物體，如果在溫度T時它放射某一波長的輻射，那么，在同一溫度下它也吸收這一波長的輻射。

一、太陽在天空中的位置日地關(guān)系和四季第二節(jié)太陽輻射

春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連。秋處露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。季節(jié)劃分：1、天文季節(jié)：以“兩分兩至”為四季之始。從春分到夏至為春季，從夏至到秋分為夏季，從秋分到冬至為秋季，從冬至到春分為冬季。在氣候統(tǒng)計中為了方便，按陽歷月份以3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12、1、2月為冬季。

2、氣候季節(jié)：我國現(xiàn)在常用的氣候四季是20世紀30年代張寶坤以候平均溫度為指標劃分的，故又稱溫度四季。候平均溫度低于10℃為冬季，高于22℃為夏季，介于10～22℃之間

為春季或秋季。2、太陽高度角、太陽方位角和晝長1.太陽高度角（h）天球坐標：（高度角、方位角）。地平坐標：（赤緯、時角）。子午圈與通過某天體的時圈所組成的角度稱為時角。式中：φ為觀測點緯度，δ為赤緯，ω是時角。

δ的含義：太陽直射點緯度(即太陽直射光線與赤道平面之間的夾角)。

計算公式：δ＝23.5sinN°

說明：式中N°以度為單位，是距春分日或秋分日最近的總天數(shù)。春分日至秋分日取正值，否則，取負值。

特殊日期δ的值：春分日(21/3)或秋分日(23/9)：δ＝0°夏至日(22/6)：δ＝23.5°冬至日(22/12)：δ＝-23.5°（23.5°S）

ω的確定ω是用角度表示的時間，每15°為一小時E:ω＝-90°正午ω＝0；s：ω＝0上午：ω＜0W:ω＝90°下午：ω＞0，N:ω＝±180°時角與地方時的關(guān)系：ω=15°（T-12）正午時刻h的計算公式正午：ω=0

(1)地球接收的太陽輻射隨太陽高度角的變化有很大的變化。(2)地球所接收的太陽輻射隨季節(jié)有很大變化。(3)地球上所接收的太陽輻射隨緯度而變化。由太陽直接輻射日總量的分布可知年較差的變化

太陽高度角定義:太陽光線與地表水平面之間的夾角。(0°≤h≤90°)

2.太陽方位角（A）太陽光線在水平面上的投影和當?shù)刈游缇€的夾角。式中A值：正東：A=-90正南：A=0正西：A=＋90正北：A=±180

日出日沒時（h=0）

特殊時刻A的計算公式

北半球A的季節(jié)變化：除北極外，一年中只有春分日和秋分日，日出正東日沒正西。夏半年內(nèi)，日出東偏北方向，日沒西偏北方向；且愈近夏至日，日出日沒方位愈偏北。

冬半年內(nèi)，日出東偏南方向，日沒西偏南方向；且愈近冬至日，日出日沒方位愈偏南。

3.可照時數(shù)、實照時數(shù)和日照百分率

可照時數(shù)（白晝長度）

定義：不受任何遮蔽時每天從日出到日落的總時數(shù)?？烧諘r間隨季節(jié)和緯度的變化規(guī)律（北半球）：1、春分日、秋分日：晝長不隨緯度而變化。均是12小時.2、夏半年（δ﹥0）：緯度愈高，白晝愈長，夏至日有極晝現(xiàn)象。3、冬半年（δ﹤0）：反之。4、赤道上，終年晝夜平分。晝長（可照時數(shù)）

實照時數(shù)：地面上用日照計實際測量的日照時數(shù)。日照百分率日照百分率＝—————×100%實照時數(shù)可照時數(shù)光照時間光照時間＝可照時數(shù)＋曙暮光時間一、大氣上界的太陽輻射

太陽輻射強度（太陽輻射通量密度）（一）太陽輻射光譜和太陽常數(shù)太陽輻射能隨波長的分布曲線稱為太陽輻射光譜。

變化范圍：1325W·m-2

～1457W·m-2

我國采用的太陽常數(shù)值為1367±

W·m-2

。太陽光量常數(shù)及范圍定義：大氣上界，太陽輻射產(chǎn)生的平均光照強度。范圍：1.35×105～1.4×105lx（二）太陽常數(shù)太陽常數(shù)（RSc）：在日地距離處，在地球大氣上界，投射到垂直于太陽光線平面上的太陽輻射強度。

兩個輻射量是相等的，Rsb·Sm′=RscSm單位面積上所獲得的太陽能為：

朗伯定律：在太陽高度角為h時，單位面積上所獲得的太陽能為Rscsinh以上討論的是天文輻射天文氣候帶二、太陽輻射在大氣中的減弱

大氣直接吸收的太陽輻射并不多，特別是對于對流層大氣來說，太陽輻射不是主要的直接熱源。1.大氣對太陽輻射的吸收

氧、臭氧、水汽和CO2氣體成分強吸收波段弱吸收波段氧<200nm的紫外光690~760nm的可見光臭氧200~320nm的紫外光600nm的可見光水汽930~1500nm的紅外光（三個強吸收帶）600~700nm的可見光（三個弱吸收帶）（一）減弱方式主要的吸收成分

吸收減弱方式散射反射

臭氧層O31、在臭氧層紫外線被臭氧吸收2、在對流層紅外線被CO2和H2O吸收CO2、H2O地面大氣對太陽輻射的吸收具有選擇性，吸收帶都位于太陽輻射光譜兩端能量較小的區(qū)域，對可見光幾乎不吸收，是透明的。也就是說，大氣直接吸收對太陽輻射的減弱作用不大。對于對流層大氣來說，太陽輻射不是大氣增溫主要的直接熱源。2.大氣對太陽輻射的散射散射

當太陽輻射通過大氣時，遇到大氣中的各種質(zhì)點，太陽輻射能的一部分散向四面八方，稱為散射。

由入射輻射波長與散射質(zhì)點的相對大小r，將散射分為分子散射（雷萊散射）和米（Mie）散射（粗粒散射）。

r《

時，分子散射。

r~

時，米散射。雷萊（分子）散射

當大氣干潔，質(zhì)點半徑小于200nm時，散射值與入射光波長的四次方成反比。即：

入射光波長愈短，散射能力愈強。（粗粒散射）漫射當大氣混濁，水汽、雜質(zhì)較多，入射光的各種波長具有同等散射能力，散射系數(shù)不再隨波長改變，稱之為漫射。天空呈蔚藍色也是這個道理。3.大氣云層反射作用

參與反射作用的物質(zhì)大氣中較大的塵粒和云滴、云層。云的反射作用

其反射能力隨云狀、云量和云厚而不同。云量愈多，云層愈厚，反射愈強。云層平均反射率為50%～55%。

反射臭氧、二氧化碳等吸收散射１００％４７％地面太陽輻射大氣對太陽輻射的削弱方式：吸收、散射、反射紫外線、紅外線（二）減弱因素1.大氣質(zhì)量(m)

定義：太陽光通過大氣路徑的長度與大氣鉛直厚度之比。

大氣質(zhì)量m隨太陽高度的增高而減小，當太陽高度低時，m值的增大特別迅速。

不同太陽高度角下的大氣質(zhì)量

L1

大氣上界地球太陽高度大—經(jīng)過的大氣路程短—大氣削弱少太陽高度小—經(jīng)過的大氣路程長—大氣削弱多2.大氣透明系數(shù)(a)

a：透過一個大氣質(zhì)量(m＝1)后的太陽輻射強度與透過前的太陽輻射強度之比，即：

布格爾—蘭勃特(Bouguer-Lambert)定律表明：地表垂直于太陽光線平面上的太陽輻射強度隨大氣透明系數(shù)增大而增大，隨大氣光學質(zhì)量增加而減小。

水平面：太陽輻射在大氣中的減弱

天空散射輻射

陽光被大氣散射后，單位時間內(nèi)以散射光形式到達地表單位水平面積上的太陽輻射能。ds

影響因子h、a、m，緯度、海拔、云量有直接和間接的影響。

三、到達地面的太陽輻射

太陽直接輻射

單位時間內(nèi)以平行光形式投射到地表單位水平面積上的太陽輻射能。影響因子a、m、h，緯度、海拔、坡度、坡向和云量有間接或直接的影響。

太陽總輻射及其影響因素太陽總輻射強度

到達地面的太陽總輻射強度是太陽直接輻射強度和天空輻射強度的總和。影響因子緯度，海拔等

地面反射的太陽輻射

地面反射率

地面反射的太陽總輻射R與投射到地面的太陽總輻射RS的.百分比。不同性質(zhì)下墊面的反射率即使總輻射的強度一樣，不同性質(zhì)的地表真正得到的太陽輻射，仍有很大差異，這也是導致地表溫度分布不均勻的重要原因之一。ⅡⅡⅠⅠⅠⅠ資源豐富帶Ⅱ較豐富帶Ⅲ較貧帶Ⅳ貧乏帶ⅡⅡⅢⅢⅢⅢⅢⅣⅠQ/D（7/12）ZⅠ中國太陽能資源區(qū)劃第三節(jié)地球輻射與輻射平衡一、地球輻射地面輻射+大氣輻射=地球輻射地面輻射RLu：長波輻射。大氣輻射RLd：長波輻射。大氣的保溫作用；大氣的溫室效應(yīng)。3.地面有效輻射影響地面有效輻射的因素。生產(chǎn)中的應(yīng)用。地面晝夜不停的向外放射輻射能，稱為地面輻射(Eg)。二、大氣輻射（RLd

）大氣逆輻射(δRLd

)：大氣輻射指向地面的部分稱為大氣逆輻射。

一、地面輻射(Rlu)3um～80um，最大放射能力波長約為10um。大氣輻射：大氣向外的輻射。:相對輻射率，0.90如果沒有大氣，近地面的平均溫度應(yīng)為23℃，但實際上近地面的均溫是15℃7～120um，最大放射能力波長約為15um。

三、地面有效輻射(RLn)定義地面發(fā)射的輻射與被地面吸收的大氣逆輻射之差。亦稱凈紅外輻射。計算公式RLn

＝RLu

-δRLd其中：δ為吸收率，δRLd為被地面吸收的大氣逆輻射。

RLn

＞0;RLn

＜0;總結(jié)：影響地面有效輻射的因素四、大氣保溫效應(yīng)、溫室效應(yīng)和陽傘效應(yīng)溫室效應(yīng)

大氣中微塵和二氧化碳的增加，猶如在陽光下?lián)瘟艘话褌?，減弱了到達地面的太陽輻射，對地面有降溫作用.稱之為大氣陽傘效應(yīng)。

陽傘效應(yīng)保溫效應(yīng)地面輻射大氣逆輻射大氣的保溫作用：大氣逆輻射地面溫室效應(yīng)、