气象学(第一章4-5节)

1、第四节第四节 到达地面的太阳辐射到达地面的太阳辐射一、直接辐射（一、直接辐射（Direct Direct radiationradiation ）( (一一) )太阳直接辐射的变化太阳直接辐射的变化1、太阳直接辐射太阳直接辐射 :以平行光线以平行光线的形式直接投射到地面的太的形式直接投射到地面的太阳辐射。阳辐射。 2 2、直接辐射辐照度直接辐射辐照度（S）：指单位时间、单位面积内所指单位时间、单位面积内所接受的太阳直接辐射能。接受的太阳直接辐射能。 S S S S0 0 P Pm m sinhsinh 讨论太阳直接辐射变化特点？讨论太阳直接辐射变化特点？ D 3 3、太阳直接辐射强度变化的特点

2、、太阳直接辐射强度变化的特点nS S与与m m、P P、h h有关；有关；n有明显的日、年变化；有明显的日、年变化；n随纬度而改变；随纬度而改变；n随海拔高度增加而增大。随海拔高度增加而增大。 ( (二二) )太阳直接辐射光谱的变化太阳直接辐射光谱的变化n海拔高的地方，紫外线海拔高的地方，紫外线和可见光中蓝紫光含量和可见光中蓝紫光含量增多；增多；nh h较高时，各光谱组成较高时，各光谱组成的比例变化不大的比例变化不大 ；n当海拔或当海拔或h h低时红外线低时红外线能量占主导地位。能量占主导地位。 二、二、散射辐射散射辐射（Diffuse radiationDiffuse radiation ）

3、( (一一) )、散射辐射的变化、散射辐射的变化1 1、散射辐射：、散射辐射：经质点散射后，由天空各个方向投射到地经质点散射后，由天空各个方向投射到地面的太阳辐射。面的太阳辐射。2 2、散射辐照度：、散射辐照度：指单位面积，单位时间内所接受的散射指单位面积，单位时间内所接受的散射辐射能量。辐射能量。D D S S0 0/2 (1/2 (1P Pm m ) sinh ) sinh3、散射辐射强度的变化散射辐射强度的变化n与与m m、P P、h h有关；有关；n具有明显的日变化和年变化；具有明显的日变化和年变化；n云层能增大散射辐射强度；云层能增大散射辐射强度； n随海拔高度增加减少；随海拔高度增

4、加减少；n下垫面反射率越大散射辐射越强。下垫面反射率越大散射辐射越强。 三、太阳总辐射与太阳辐射总量三、太阳总辐射与太阳辐射总量太阳总辐射太阳总辐射（Global Solar Global Solar ）：Q Q SS D D太阳辐射总量太阳辐射总量（Total amount of solar radiationTotal amount of solar radiation ）：单位面单位面积地平面，在某一时段内所接受到的太阳总辐射能。有日积地平面，在某一时段内所接受到的太阳总辐射能。有日总量、月总量、年总量。总量、月总量、年总量。（一）影响太阳总辐射照度的因素（一）影响太阳总辐射照度的因素：

5、太阳高度角太阳高度角：晴空时，：晴空时，h h增大时，增大时，Q Q增大；增大；大气透明系数大气透明系数(P)(P)：Q Q的变化取决的变化取决SS和和D D贡献大小。一般，贡献大小。一般， SS变化也快变化也快，因此，当，因此，当P P增大时，增大时，Q Q也增大。也增大。海拔海拔 : :当海拔升高时，当海拔升高时，P P增大，增大，Q Q也增大。也增大。云云 ： Q Q一般一般会减少。会减少。 （二）、总辐照度的变化规律（二）、总辐照度的变化规律n日变化：日变化：在夜间为零，日出后逐渐增大，正午最大，午后在夜间为零，日出后逐渐增大，正午最大，午后又减小。又减小。n年变化：年变化：中、高纬度

6、最大值在夏季，最小值在冬季。中、高纬度最大值在夏季，最小值在冬季。n随纬度增高减小。随纬度增高减小。n随海拔高度增加而增大。随海拔高度增加而增大。 思考题：思考题：1 1、理论上，一年中，总辐射日总量的最大值应该出现在什、理论上，一年中，总辐射日总量的最大值应该出现在什么季节？么季节？2 2、总辐射年总量的最大值是赤道吗？出现在什么地方？、总辐射年总量的最大值是赤道吗？出现在什么地方？ 四、地面对太阳辐射的反射四、地面对太阳辐射的反射（一）反射率（一）反射率（ReflectivityReflectivity ）：地面反射辐射占到达地面反射辐射占到达地面的总辐射的百分率，称为地面反射率。以地面的

7、总辐射的百分率，称为地面反射率。以r r表示。表示。表面特征表面特征反 射 率反 射 率（%）表面特征表面特征反射率（反射率（%）新雪面新雪面旧雪面旧雪面沙土沙土黏土黏土干土干土湿土湿土黑钙土黑钙土:新翻、潮湿、黑色新翻、潮湿、黑色849542702935202045145绿草地绿草地干草地干草地松树林地松树林地冬小麦冬小麦水稻田水稻田棉花棉花黄熟作物黄熟作物2519101816231220222528n颜色越深颜色越深 r r 越小。越小。n土壤湿度增加土壤湿度增加 r r减小。减小。n土壤粗糙度增加反射率土壤粗糙度增加反射率减小。减小。nh h增大，增大， r r 减小。减小。土壤湿度土壤

8、湿度（二）几种下垫面的反射率（二）几种下垫面的反射率n植物颜色愈深植物颜色愈深 r r 愈小：苗期与裸地相似愈小：苗期与裸地相似(5%(5%12%)12%)，旺盛，旺盛期期(20%(20%左右），成熟期加大（左右），成熟期加大（2 2% %28%28%）。）。n水面水面 r r 比陆地小，但在比陆地小，但在h h小于小于1010。时大于陆地。时大于陆地。 思考题：思考题： 1 1、 垄作与平作？新耕地与未耕地？垄作与平作？新耕地与未耕地？ 2 2、 灌溉后土壤？灌溉后土壤？ 第五节、地面、大气的辐射第五节、地面、大气的辐射 和地面净辐射和地面净辐射一、地面、大气的长波辐射一、地面、大气的长波辐

9、射（一）地面辐射（一）地面辐射1 1、影响地面辐射的因素、影响地面辐射的因素 ：l地面辐射与地面温度有关：地面辐射与地面温度有关： Eg Eg g gTgTg4 4 （g g 地面对太阳辐射的吸收率）地面对太阳辐射的吸收率）l地面辐射与地面性质有关地面辐射与地面性质有关 ：2 2、地面辐射是低层大气的主要热源：、地面辐射是低层大气的主要热源：l地面辐射是长波辐射：地面辐射是长波辐射：地面温度约地面温度约300K300K，辐射波长，辐射波长3 380um80um地面辐射是低层大气的主要热源地面辐射是低层大气的主要热源; ;l大气对大气对 8 812 um 12 um 地面辐射透射率最大，可直射宇

10、宙地面辐射透射率最大，可直射宇宙 “ “大气之窗大气之窗”。（二）大气辐射（二）大气辐射（Atmospheric radiation Atmospheric radiation ）与大气逆辐射：与大气逆辐射： 1 1、 大气辐射是长波辐射：大气辐射是长波辐射：大气温度约为大气温度约为250K250K，辐射波长为，辐射波长为7 7120um120um。 2 2、大气逆辐射、大气逆辐射（Atmospheric inverse radiationAtmospheric inverse radiation ）：大气辐射既有向大气辐射既有向上也有向下，其中投向地面部分因与地面辐射方向相反上也有向下，其中

11、投向地面部分因与地面辐射方向相反, ,称为大气逆辐射。称为大气逆辐射。l大气温度越高，大气逆辐射能力越强：大气温度越高，大气逆辐射能力越强： E ET T4 4 （大气对地面辐射的吸收率）大气对地面辐射的吸收率）l云量、云厚、水汽、云量、云厚、水汽、 CO CO2 2含量增加，大气逆辐射增含量增加，大气逆辐射增强。强。l通常通常 T Tg g T T, ,大气逆辐射值小于地面辐射。大气逆辐射值小于地面辐射。 3 3、温室效应、温室效应(Greenhouse Effect)(Greenhouse Effect) ：大气能让太阳短波大气能让太阳短波辐射透过，而强烈吸收地面长波辐射，同时，还以逆辐射

12、辐射透过，而强烈吸收地面长波辐射，同时，还以逆辐射形式把部分能量返给地面，补偿了地面辐射损失，大气对形式把部分能量返给地面，补偿了地面辐射损失，大气对地面起到的这种保温作用称为地面起到的这种保温作用称为温室效应温室效应全球变暖。全球变暖。 二、地面有效辐射二、地面有效辐射（Surface effective radiationSurface effective radiation） （一）地面有效辐射：（一）地面有效辐射： F F0 0 E Eg g g gE E （g g 地面对大气辐射的吸收率）地面对大气辐射的吸收率）l通常通常 T Tg g T T, F, F0 0 0 , 0 , 地面

13、失热。地面失热。l逆温强、湿度大时逆温强、湿度大时 ，TgTg T T, F, F0 0 0 ,0 ,地面得热。地面得热。lF F0 0 0 , 0 ,地面热量得失平衡；地面热量得失平衡； 夜间夜间F F0 0大小可决定地温的高低和地温降低快慢：大小可决定地温的高低和地温降低快慢：F F0 0大，地大，地温降低快，易形成露、霜、雾，早春和晚秋易导致霜冻。温降低快，易形成露、霜、雾，早春和晚秋易导致霜冻。（二）影响地面有效辐射的因素：（二）影响地面有效辐射的因素：（1 1）地、气温差：）地、气温差： Tg Tg T T, F, F0 0 0 0，地面失热，地面失热 TgTg T T , F, F

14、0 0 0 0，地面得热，地面得热（2 2）水汽、）水汽、COCO2 2含量越多，含量越多，地面有效辐射越小。地面有效辐射越小。（3）云量多、云层厚，云量多、云层厚，地面有效辐射越小。地面有效辐射越小。（4）微风促进对流，使上层热量下传给地面，微风促进对流，使上层热量下传给地面，地面有效辐射地面有效辐射减小。减小。（5 5）下垫面性质：潮湿土壤）下垫面性质：潮湿土壤F F0 0 干燥土壤干燥土壤F F0 0 （6 6）海拔增高，地面）海拔增高，地面地面有效辐射增大。地面有效辐射增大。 思考题：思考题：1 1、云、雾存在时地面降温快慢？、云、雾存在时地面降温快慢？2 2、夜间有微风时冷不冷？、夜

15、间有微风时冷不冷？3 3、有植被覆盖的地面较裸地、有植被覆盖的地面较裸地F F0 0 ？；粗糙地面较平坦？；粗糙地面较平坦F F0 0 ？；？；潮湿的下垫面比干燥的下垫面潮湿的下垫面比干燥的下垫面F F0 0 ？4 4、白天地面有效辐射能力远大于夜晚，为什么地面白天升温，、白天地面有效辐射能力远大于夜晚，为什么地面白天升温，夜晚降温？夜晚降温？ 5 5、为什么阴天时，白天、夜晚温度变化不明显？、为什么阴天时，白天、夜晚温度变化不明显？ 三、地面净辐射三、地面净辐射（ Surface net radiation Surface net radiation ）（一）地面净辐射地面净辐射（R）：单位地面积，一定时间内，辐射单位地面积，一定时间内，辐射能收入和支出之差。能收入和支出之差。 R R（S SD D）（）（1 1一）一一）一 F F0 0（二）、地面净辐射的变化（二）、地面净辐射的变化l日变化：日变化：白天，白天，R R0 0，地面得热，中午前后最大；夜间，地面得热，中午前后最大；夜间，R R F F0 0，地面失热。，地面失热。