反射和透射物体对辐射的吸收.ppt

第2章放射能量，2.1放射的基本知识2.2天和季节，太阳放射2.4地上放射和大气放射2.5放射的差2.6放射和森林，2.1放射的基本知识，1，放射的概念2，放射光谱3，放射的基本特征量4，物体对放射的吸收，反射和透射5，放射的基本规律，2.1放射的基本知识， 1、辐射的概念辐射(radiation )是绝对零度以上的物质以电磁波的形式传播能量的方式。 一般把这种电磁波能本身称为辐射能。 任何物体，只要温度在绝对零度以上，以电磁波的形式向周围放射能量的同时，也接收来自周围的电磁波。 这是由物质本身的电子、原子、分子运动产生的。 放射性物质的粒子放射(射线、射线)有时也会成为放射，但该粒子放射不在本章的范围内，本章探讨的只有电磁放射。 2020/6/11、2.1辐射的基本知识、二、辐射光谱电磁波以频率f、波长、波长n和波长c来表述，关系为f=c，n=1/=f/c在大气科学中，波长的单位为m(10-6m )，紫外和可见光频带也为nm(10-9m )。 红外波段的习惯用频率表示，单位经常用在cm-1中，这意味着在1cm的空间距离内存在若干变化。 频率单位为赫兹(Hz )等，表示每秒振动的次数。 由于不同波长和频率的电磁波具有不同的物理特性，因此通过波长和频率来区别电磁波，附加不同的名称而称为电磁波光谱。 太阳辐射的主要能量集中在2020/6/11、2.1辐射的基本知识、可见光波段，不仅对地球大气辐射平衡有重要影响，而且不同波长的辐射为人眼提供不同的色彩感知。 2020/6/11，2.1辐射基本知识，三，辐射基本特征量辐射通量是在时间上通过给定平面(或虚拟平面)的辐射能量，也称为辐射功率，其单位是w或J/s。 设q表示辐射能量，dt时间内通过空间的任意表面的能量为dQ，则表示一个表面向外辐射或接收的辐射或通过该表面的辐射功率。 2020/6/11、2.1放射基本知识、三、放射基本特征量2放射通量密度(radiantfluxdensity )物体以单位时间、单位面积放射或吸收的放射能量。 每单位面积的辐射通量。 我们主要考虑垂直方向的辐射成分，即通过某高度的水平面的辐射通量密度。 当在给定空间的平面元件dA上的辐射通量是d时，没有吸收2020/6/11，2.1辐射的基本知识，四是对物体的辐射的吸收，反射和透射过物体的所有辐射，但是一部分被反射，有可能透射过物体。2020/6/11、总辐射e、反射辐射Er、透射辐射Et、吸收辐射Ea、2.1辐射的基本知识、四、物体对辐射的吸收、反射和透射、吸收率(a )、反射率(r )、透射率(t )、a、r、t都是在01之间变化的无量纲量，分布是物体对辐射的吸收、反射2.1辐射基本知识，四是物体对辐射的吸收，反射和透射物体对辐射的吸收，反射和透射具有选择性。 例如，红外线几乎完全透过清洁的空气，被水蒸气强烈吸收的雪对短波辐射的反射率大，但对长波辐射几乎吸收的普通玻璃对可见光完全透过，但对紫外线和红外线几乎不透过。 如果物体能够吸收所有波长的辐射能量，则、2.1辐射的基本知识4、物体对辐射的吸收、反射和透射黑体和灰体吸收a=1的某个波长的辐射能量，即，如果a=1，则该物体对于该波长是黑体。 物体的吸收率不足1，吸收率不随波长变化的称为灰体。、2.1辐射基本知识、五、辐射基本规律基尔霍夫定律1859年基尔霍夫从热力学规律得出： aT和T是某物体在波长和温度t的吸收率和发射率。 物体的辐射吸收率等于辐射率。 根据基尔霍夫定律，(1)在一定波长、一定温度下，一个物体的吸收率等于该物体的同温度、同波长的发射率。 (2)下标表示一定温度(t )下波长不同，数值不同。 当同一物体发射波长为温度t的放射线时，即使在同一温度下也会吸收该波长的放射线。 意思：把物体的吸收能力和放射能力联系起来，只要知道某物体的吸收率，就能知道其放射率，特别是把各种物体的吸收、放射能力和黑体的放射能力联系起来。 2.1辐射的基本知识，5，辐射的基本规律普朗克(Planck )规律1900年普朗克求出黑体辐射能力与黑体温度和波长的关系： ET为绝对黑体辐射的辐射通量密度，单位为W/m2，C=3108m/s，光速； h=6.6310-34Js，普朗克常数k=1.3810-23J/K，玻尔兹曼常数，t是热力学温度，单位k； e是自然对数。ET=、2，5，2.1辐射基本知识、5，辐射基本法则普朗克(Planck )法则可以形成不同温度下绝对黑体辐射能力波长的分布曲线。 对、2.1辐射的基本知识、5、辐射的基本法则普朗克法则、2020/6/11、2.1辐射的基本知识、5、辐射的基本法则史蒂夫波尔兹曼法则黑体的总辐射能力与其自身的绝对温度的4次方成比例。 对于灰体，在一定温度下的辐射通量密度为：是灰体的辐射率。 2020/6/11，=T4，是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，=5.6710-8w/m2k4，et=t 4，2.1辐射的基本知识，5，辐射的基本法则与叶栅(Wein )位移法则黑体辐射极大值对应的波长(max )随着温度上升而向波长短的方向移动。 因为c是常数，约为2897mK，所以m=2897/T (单位m )，2020/6/11，2.2天的地域关系和季节形成，另一方面，太阳的高度角为2，日照时间为2.2天的地域关系和季节形成，在南北半球，根据地球的公转轨道上的位置，得到的太阳辐射能量发生显着变化在地球上的某个地方获得太阳能与太阳的高度角和日照时间有关。2020/6/11、2.2天的土地关系和季节形成，另一方面，太阳的高度角度(sunaltitude)定义：也称为太阳的高度，是太阳的光与观测点的地平线之间的角度。 2020/6/11，0h90，2.2天的区域关系和季节形成，变化规律1 )日变化规律：各纬度太阳高度日变化规律比较一致，均为正午最大，日出和日落为零。太阳高度的角度、时间、0、4、5、6、7、8、12、19、20、10、20、30、70、2.2天的土地关系与季节形成，变化规则2 )从太阳高度与纬度与季节关系(北半球)北回归线以南到赤道，1年中2天正午太阳直射，赤道上为春分日与秋分日。 在北回归线上，只有夏至日的正午，太阳才会直接照在地面上。 在北回归线以北地区，虽然没有直射日光，但是全年夏至日最高，冬至日最低。 随着纬度的增高太阳的高度减少。 2.2天的关系和季节形成，2 .日照时间分为日照时间和日照时间。 日照时间是指整天地面没有被障碍物、云、雾、烟复盖时，太阳从日出到日落的时间间隔，以时间为单位。 日照时间实际上受云雾等气象现象和地物障碍的影响，太阳光实际照射地面的时间减少。 每天实际照亮地面的时间叫做 (时间单位)。 日照百分比实际日照时数和可照射时数的百分比。日照百分比=(日照时间/可照射时间) 100%、2020/6/11、2.3日照、一、大气上界的日照二、太阳辐射在大气中的减弱三、到达地面的日照、二. 3日照、一、大气上界的日照日照光谱。 太阳辐射能的波长分布。 图为地球气圈外太阳辐射的光谱分布。 2020/6/11、2.3太阳辐射，一、大气上界的太阳辐射太阳常数为日地平均距离，地球大气上界在与太阳光线垂直的面受到的太阳辐射通量密度。 用S0表示，单位为W/m2。 太阳常数有变动，1981年世界气象组织确定了S0=1367W/m2，文献中也有1370W/m2是有用的。 太阳常数随着太阳黑子数的增加而增大。 2020/6/11、2.3太阳辐射、二、太阳辐射在大气中衰减大气吸收太阳辐射的大气云和尘埃反射太阳辐射、2020/6/11、2.3太阳辐射、二、太阳辐射在大气中衰减的吸收、2020/6/11，在此加入公司的信息，2.3太阳辐射、二、 太阳辐射在大气中衰减；(2)散射散射，吸收不是将辐射能转化为热能，而是改变辐射方向，经过散射，有些太阳辐射不能到达的分子散射(瑞利散射)、粗粒散射、米散射等。 2020/6/11，2.3太阳辐射，二、太阳辐射在大气中的衰减反射大气中的云和大粒子的尘埃将太阳辐射的一部分反射到宇宙空间。 其中云的反射最为明显，由于反射无选择性，反射光呈白色。 云的反射能力因云的形状和厚度而异，高云的反射率中云薄云，通常云的反射率为50%55%。 2020/6/11，2.3太阳辐射，三，到达地面的太阳辐射包括两部分：一个太阳以平行光的形式直接透过地面，太阳直接辐射，另一个经过大气散射到达地面，称为散射辐射。 两者之和是太阳的总辐射。 2020/6/11、2.3太阳辐射、三、到达地面的太阳辐射太阳的直接辐射太阳用平行光投影到与光线垂直的面上的辐射用s表示。 太阳用平行光投影到水平面上的太阳的直接辐射通量密度用Sb表示。 设Sb，2020/6/11，S=Sb，h，a，b，c，垂直于太阳光线的平面面积为a，辐射通量密度为s。 水平床面积为Ab，太阳的高度角为h，水平面上太阳的直接放射密度为Sb。 d、a、s、Ab、Sb辐射通量相等： AbSb=AS，即sb/s=a/ab=acad/(abad )=AC/ab=sinh、Sb=Ssinh、2.3太阳辐射，太阳直接辐射Sb=Ssinh=PmS0sinh式，S0为太阳常数1367W/m2，h为太阳高度角度太阳辐射通过深大气层后，因大气的吸收、散射、反射而减弱。 减弱的程度依赖于太阳辐射通过大气的距离的长度(用大气质量m表示)和大气中的气溶胶粒子的量(用大气透明系数p说明)。 2020/6/11、2.3太阳辐射、