2.2 大气的热力状况.doc

2.2 大气的热力状况教学目标：识记：热量收支平衡理解：大气的温室效应，CO2的温室效应运用：大气对太阳辐射的削弱作用：吸收、反射、散射教学重点、难点： 大气对太阳辐射的削弱作用：吸收、反射、散射教学时数：1课时教学过程：一、 大气的热力作用：削弱作用和保温效应(一)太阳辐射(图2.2太阳辐射光谱示意图和图2.3各种辐射的波长范围)： 1波长范围及辐射能力： 紫外线区：波长小于0.4微米，占太阳辐射总量的7% 可见光：波长在0.40.76微米，占太阳辐射总量的50%红外线区：波长大于0.76微米，占太阳辐射总量的43% 2辐射定律：物体的温度越高，它的辐射中最强部分的波长越短；物体的温度越低，它的辐射中最强部分的波长越长。 3太阳辐射是短波辐射：太阳辐射主要集中在波长较短的可见光部分。(二)大气对太阳辐射的削弱作用：1吸收作用：具有选择性的特点对流层中的水汽和二氧化碳吸收红外线平流层中的臭氧吸收紫外线 吸收作用直接吸收太阳辐射是很少的(约占19%)2反射作用：云层及较大颗粒的尘埃实例：夏季天空多云时，气温不会太高特点：没有选择性，在削弱作用中最强 云的反射作用最为显著，反射作用的强弱与云量和云层厚度成正比。3散射作用：空气分子和微尘(图2.4大气对太阳辐射的散射)特点：具有选择性的特点实例：晴朗的天空呈现蔚蓝色；日出前的黎明、日落后的黄昏天空仍然是明亮的。4到达地面的太阳辐射(太阳高度与太阳辐射经过大气路程长短关系)：太阳高度角越大，等量的太阳辐射在地表散布的面积越小，经过的大气路径越短，被大气削弱的越少，到达地面的太阳辐射越多。反之，相反。(三)大气的温室效应（边画图边讲解）：1 地面辐射是长波辐射：主要集中在波长较长的红外线部分。2 地面辐射是大气主要的直接热源：大气吸收了地面辐射的7595%。3 大气的温室效应：近地面大气强烈吸收地面的长波辐射大气逆辐射把热量归还给地面4 意义：削弱作用：降低了白天的最高气温 地球上具有适宜的温度保温作用：提高了夜间的最低气温二、 全球的热量平衡：地面和大气之间，除上述辐射能转换外，还有潜热输送和湍流输送，从整个地球多年平均状况来看，热量收支是平衡的。人类活动导致二氧化碳增多，全球变暖，已经引起世界各国的关注。参考资料图2.2 太阳辐射光谱阅读本图，首先应明确辐射及辐射能的概念，然后了解太阳辐射光谱。自然界中的一切物体都以电磁波的形式不停地向外传递能量，这种传递能量的形式称之为辐射。以辐射的形式向四周输送的能量称为辐射能。辐射能的不同，在于电磁波的波长不同。太阳辐射光谱就是太阳辐射能随波长的分布，其规律是从宇宙射线到无线电波，波长逐渐增长。如图所示，从左至右，波长由短到长。图2.3 各种辐射的波长范围该图把太阳辐射分为可见光区、紫外线区和红外线区。肉眼看得见的是从0.4微米0.76微米的波长，这部分就是可见光。可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色组成的光带，其中红光波长最长，紫光波长最短。其它各色光的波长则依次介于其间。波长长于红色光的是红外线区，红外线区的波长大于0.76微米。波长短于紫色光波的是紫外线区，紫外线区的波长小于0.4微米。各种波长辐射能力不同，其中可见光区最强，占太阳辐射总能量的50%，红外区次之，占太阳辐射总量的43%，紫外区最弱，只占太阳辐射总能量的7%。图2.4 大气对太阳辐射的散射 太阳辐射经过大气遇空气分子、尘粒、云滴等质点时，都要发生散射。散射的特点有：散射不像吸收那样把辐射转变为热能，而只是改变辐射的方向，使太阳辐射以质点为中心向四面八方传播开来。因而经过散射之后，有一部分太阳辐射就到不了地面。散射具有选择性。在太阳辐射的可见光中，波长较短的兰色光和紫色光最容易被空气分子散射，所以晴朗的天空呈蔚蓝色。早晨日出前、黄昏日落后及阴天，天空仍然是明亮的，主要是散射作用的缘故。图2.5 太阳高度与太阳辐射经过大气路程长短的关系由图2.6可知，经大气削弱后到达地面的太阳辐射仅相当于大气上界的47%，但地球上不同纬度又有明显的差别。其中最主要的因素是太阳高度角。太阳高度角不同时，地表单位面积上所获得的太阳辐射也就不同。这又有两方面的原因：太阳高度角愈小，等量的太阳辐射散布的面积愈大，因而地表单位面积上所获得的太阳辐射就愈小。太阳高度角愈小，太阳辐射穿过的大气层愈厚，被大气的反射、散射和吸收作用削弱的就愈多，因而到达地面的太阳辐射就愈小。总之，太阳高度与太阳辐射面积成反比，与太阳辐射经过的大气路径成反比，与到达地面的太阳辐射成正比。这是太阳辐射有显著的年变化、日变化和随纬度变化的原因之一。图2.6 大气的保温效应长波辐射是地面和大气之间交换热量的重要方式。大气直接吸收太阳短波辐射很少，它主要靠吸收地面长波辐射而增热，所以地面是大气主要的和直接的热量来源。大气中的水汽、二氧化碳均能强烈地吸收长波辐射。据统计约有75%95%的地面长波辐射被大气所吸收，而且这些长波辐射几乎在贴近地面4050米厚的大气层中就全部被吸收掉。低层空气吸收了地面辐射以后，又以长比辐射的方式，层层向上传递。地面辐射的方向是向上的，大气辐射的方向既有向上的，也有向下的。大气辐射中向下的部分，因为和地面辐射的方向相反，故称大气逆辐射。大气逆辐射使地面辐射损失的热量得到一定程度的补偿，对地面起到了保温作用。如果没有大气，近地面的平均气温为23。但实际近地面的平均气温为15，也就是说大气的存在使近地面的气温提高了38。图2.7 全球热量平衡该图应主要分析说明：A. 地面和大气之间的热能转换形式为辐射转换以及潜热输送、湍流输送。其中辐射转换最重要。B. 从全球多年平均状况看，地面的大气的热量收支是平衡的