2第二讲辐射(一).ppt

1 第二讲辐射 一 太阳给地球供给能量的方式 辐射 一辐射的基础知识1辐射的特性 波粒二象性1 1辐射的波动性辐射的波动性是大气中各种光学现象 虹 霓 晕和海市蜃楼 等形成的根本原因 通常用波长 与频率 描述辐射的波动性 且存在 光速 各种不同波长的辐射构成辐射波谱 通常所谓的电磁波谱 第12页图1 1 可见 紫外光 可见光和红外光构成光辐射 可见光波长在400nm 760nm之间 太阳辐射集中在0 15 m 4 m区间 地面辐射和大气辐射主要在3 m 120 m范围 因此 我们常称太阳辐射为短波辐射 地面辐射和大气辐射为长波辐射 1 2辐射的粒子性粒子性是说辐射是由具有一定质量 能量和动量的被称为量子的微粒组成 2辐射的度量2 1辐射通量 F 指单位时间内通过任一表面的辐射能 单位J s 1或W2 2辐射通量密度 E 单位时间内通过单位面积的辐射能 单位W m 2 对某一物体表面而言有辐照度和辐出度的分别 2 3光通量密度指单位面积上通过的光通量 单位面积上接受到的光通量称为光照度 3物体对辐射的减弱作用包括物体对辐射的吸收 反射和透射三种作用方式 吸收率 反射率 透射率 对同一个物体而言应该有 1对不透明物体 0 则有 1 说明吸收率大的物体其反射率一定小 反之亦然 绝对黑体 1的物体 灰体 1且 不随入射辐射的波长而改变的物体 地球近似可看作一灰体 4辐射的几个定律4 1基尔霍夫定律一定温度下 任何物体对于某种波长的辐射能力和吸收率之比为一常数 4 2斯忒藩 玻耳兹曼定律黑体的辐射能力与其表面的温度的四次方成正比 4 3维恩位移定律黑体辐射能力最大值所对应的波长是随温度的升高而逐渐向波长教短的方向移动 二 大气上界的太阳辐射地球表面能量的主要来源 太阳辐射 1 太阳辐射光谱和太阳常数1 1太阳辐射光谱能量集中在0 15 m 4 m区间 占总量的99 具有最大能量的波长在0 475 m处 紫外线 0 4 m 所占的能量为7 可见光 0 4 0 76 m 所占的能量为46 红外线 0 76 m 所占的能量为47 能量由最大能量波长处向短波方向迅速减小 而向长波方向则逐渐减小 1 2太阳常数指大气上界 当日地处于平均距离时 与太阳光线垂直的平面上的辐照度 常采用1367W m 2 2 太阳高度角和方位角2 1太阳高度角 h 指太阳光线与水平面的交角 简称太阳高度 Sinh sin sin cos cos cos 其中 为地理纬度 太阳赤纬 即太阳光线在地球上的直射点的地理纬度 其变化在南北回归线 23 50 之间 它一年移动94个纬距 相当于每个季节移动4个纬距 如雨水这个节气在春分前两个节气 太阳赤纬约为 80 如果要进行较精确的计算 可用下式 23 5sin N 式中N为用角度表示的距离最近分日的日数 每日为0 98650 如立冬日 一般在11月8日 距秋分 9月23日 为46天 N 45 40 23 5sin 45 40 0 71 23 5 16 70 时角 用角度表示时间 正午的时角为0 上午取负值 下午取正值 由 15 t 12 求取 正午时的太阳高度h0 90 0 h0 90 计算时若h0 90 则取补角 太阳高度角的变化 1 随季节的变化 当纬度一定时 在南北回归线之间的地区 在 时 太阳高度角最大 为90度 夏至和冬至为两个极小值 在北回归线以北的地区 一年中夏至最大 冬至最小 2 随纬度的变化 当季节一定时 在 处太阳高度角最大 为90度 由此纬度往南或往北太阳高度角逐渐减小 2 2太阳方位角 A 指太阳光线在水平面上的投影与当地子午线的交角 cosA sinh sin sin cos 则可得日出 日没时 h 0 的太阳方位角A0cosA0 sin cos 太阳方位角的变化 北半球的夏季半年 0 0 因而A0 900 日出在正东偏北 日落在正西偏北 纬度越高 越偏北 北半球的冬季半年 0 0 因而A0 900 日出 日落相反 3昼夜形成和日照长短的变化3 1可照时间的变化指日出到日没的时间间隔 亦称昼长 由以上公式Sinh sin sin cos cos cos 日出 日落时Sinh 0 此时sin sin cos cos cos 0 0 可得cos 0 tg tg 由此可计算出任何地点 如何季节日出和日落的时角 再由可照时数 2 0 150求得 可照时数的变化规律 1 北半球的夏季半年 可照时数大于12小时 纬度越高 可照时数越长 北极圈内可出现极昼 南半球相反 北半球的冬半年与夏半年相反 2 由冬至经春分到夏至 可照时数渐长 夏至最长 由夏至经秋分到冬至 则渐短 冬至至短 3 2曙暮光