大气的热能与温度1.ppt

2019/7/19,气象气候学,地理科学与旅游学院,2019/7/19,第二章 大气的热能与温度 第一节 太阳辐射 第二节 地面和大气辐射 第三节 大气的增温与冷却 第四节 大气温度随时间的变化 第五节 大气温度的空间分布,2019/7/19,第一节 太阳辐射 一、辐射的基本知识 （一）基本概念 1、辐射：自然界中的一切物体以电磁波的形成时刻不停地向外传递能量，这种传递能量的方式叫辐射。 2、辐射能：通过辐射传播的能量叫辐射能，单位为焦耳（J）。 3、辐射强度：单位时间内，通过垂直选定方向上的单位面积的辐射能，单位为W/m2或w/sr,2019/7/19,4、太阳辐射 -太阳以电磁波的形成向外传递能量，这种传递能量的方式叫太阳辐射。 5、太阳常数 -在日地平均距离的条件下，大气上界垂直于太阳光线的一平方厘米的面积，一分钟内获得的太阳辐射（1370W/m2 ） 。 （1.95卡/cm2.min或8.16J /cm2.min ）,2019/7/19,6、太阳辐射光谱：太阳辐射能按波长的分布。,辐射波长范围：10-10微米（宇宙射线）几km(无线电波）,2019/7/19,气象气候学主要研究太阳、地球和大气的热辐射.三者的波长范围：0.15120m 太阳辐射的波长范围： 0.154m, 其中0.40.76 m为可见光（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫） 7、短波辐射：太阳辐射称为短波辐射. 地面和大气辐射的波长范围为：3120 m 8、长波辐射：地面和大气辐射称为长波辐射.,2019/7/19,（二） 物体对辐射的吸收、反射和透射 a（吸收率）+r（反射率）+d（透射率）= 1,入射辐射,反射,吸收,透射,（三）有关辐射的基本定律,a = 1 黑体,2019/7/19,（1）太阳高度,（2）日地距离,I =,1,b2,I0 *sinh,h,I0,I,I = I0 * sinh,C,A,B,二、太阳辐射 影响大气上界的太阳辐射能量大小的因素有哪些？,2019/7/19,（3） 可照时数 2、太阳辐射在大气中的减弱过程 （1）大气的吸收 -具有选择性 大气对太阳辐射的吸收量约占大气上界太阳辐射总量的20%左右； 太阳辐射不是对流层大气的直接热源。,2019/7/19,思考： 雨后天晴，天空常常呈蔚蓝色，为什么？ 有时候，天空呈灰白色，为什么？ 黄昏或日出时，天空常出现黄红色的“霞光”，为什么？ 室内无直射阳光也觉明亮。 为什么红灯停,绿灯行？,2019/7/19,（2）大气的散射-选择性和无选择性 -太阳辐射通过大气时，遇到大气中的质点，这些质点内部的电子在电磁波的作用下，发生振动，因而向四面八方发射同样波长的电磁波。,分子散射,粗粒散射,2019/7/19,G:大气对太阳辐射的散射.swf,2019/7/19,2019/7/19,（3）大气的反射-无选择性 思考：以上三种方式中，哪种方式对太阳辐 射的减弱作用最为重要？ 反射-散射-吸收，到达地面的太阳辐射只有大气上界太阳辐射的50%左右。 3、到达地面的太阳辐射 （1）太阳直接辐射（S） -太阳以平行光的形式直接投射到地面上的太阳辐射。,2019/7/19,思考： -影响到达地面的太阳直接辐射强弱的因素有哪些？,2019/7/19, 太阳高度角,I = I * sinh,h,大气质量,2019/7/19, 大气透明度 -大气对太阳辐射的透明程度。大气透明度的特征用大气透明系数（P）表示，它是指透过一个大气质量的辐射强度与进入该大气的辐射强度之比。 P = （大气上界） / 0（地面） P值表示太阳辐射通过大气后的削弱程度. 讨论： P一定，太阳辐射通过一个大气质量时， 则 = I0* P P一定，太阳辐射通过m个大气质量时， 则 S = I0 * Pm,2019/7/19,（2）散射辐射（D） -经过散射后从天空投射到地面上的太阳辐射。 思考：影响的因素有哪些？ -太阳高度、P、海拔高度等。 （3）总辐射（S+D） 思考:影响到达地面的太阳总辐射的因素有哪些？ 日变化： 年变化： 纬度变化：,2019/7/19,（4）地面对太阳辐射的反射 地面反射辐射（S+D ） r （反射率） -到达地面的总辐射只有一部分被地面吸收，另一部分被地面反射，地面反射的这部分太阳总辐射，称地面反射辐射。,2019/7/19,不同性质地面的反射率,Back,2019/7/19,第二节 地面辐射和大气辐射,1、地面辐射 -地面以电磁波的方式向上发射指向大气的辐射。 大气中的水汽、二氧化碳等成分能强烈吸收地面辐射，具有选择性。因此，地面辐射是大气增温的主要热源。 波长在812 m范围处, 为“大气窗”。,2019/7/19,2、大气辐射 -大气以电磁波的方式向四面八方发射长波辐射。 3、大气的保温效应（花房效应、温室效应） （1）大气逆辐射 -大气辐射向下指向地面的部分，方向与地面辐射相反，称大气逆辐射。,2019/7/19,大气逆辐射,2019/7/19,（2）大气保温效应 -大气强烈吸收地面长波辐射而增温，并又以长波辐射的形式返回给地面一部分，使地面不致于因辐射失热过多，大气的这种对地面的保温作用，称大气保温效应。 作用：地面温度提高了38。,2019/7/19,G:大气对地面的保温作用002293郝同贵.swf,2019/7/19,4、地面有效辐射和辐射平衡 思考： 农业生产上常常用人工熏烟方法预防霜冻，这是为什么？ 有云的夜晚比晴天的夜晚要暖和，为什么？ （1）地面有效辐射 -地面辐射与地面所吸收的大气逆辐射之差。 F0 = Eg - EA,2019/7/19,思考：影响地面有效辐射的因素有哪些？ -地面温度、空气湿度、空气温度、云天状况等。,2019/7/19,（2）地面辐射差额（地面净辐射、地面辐射平衡） -在一定时期内，地面吸收太阳总辐射与地面有效辐射之差额。 Rg = （ S + D ）*（1 - r ） - F0 思考：影响Rg的因素 -纬度、云量、反射率、大气透明度等。,2019/7/19,地面辐射差额分布 日变化： 白天- ； 夜晚- 年变化： 纬度愈低- ； 纬度愈高- .,2019/7/19,5、地气系统净辐射（RS） （1）地气系统（地面和大气视为一个统一体） 收入部分：地面和大气所吸收的太阳辐射. 支出部分：辐射到宇宙空间去的地面和大气 长波辐射. （2） RS 概念 -收入部分与支出部分之差值。 RS = （S + D ）（1 - r ） + qa - F 分布：-350S350N为正值，其余为负值。,2019/7/19,（3）研究地气系统净辐射的意义 -高、低纬的气温差气压梯度力大气环流和洋流高、低纬热量和水分的水平输送各地的气温和降水。,2019/7/19,6、地面热量平衡,（1） 概念 -地面净辐射与其转换成其他形式的热量收入与支出的守恒。 （2） 表达式 Rg+ LE + P + A = 0 （3） 研究的意义 地面热量平衡活动层和贴地气层的增温和冷却水相变化过程影响气候的形成。,2019/7/19,地球能量平衡模式,Back,2019/7/19,吸收带范围： N2、O2： 0.2 m co2： 4.3 m 水汽： 0