大气物理辐射课后习题

1、WORD格式习题1、由太阳常数S0 ,=1367 W/m2，请计算：太阳外表的辐射出射度；全太阳外表的辐射通量；整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。2任意距离处太阳的总辐射通量不变：22s4 r s F s4 d 0 S 02F sd 0 S02r s1 1221.4 9 6 1 0 m1 3 6 7W m826.9 6m1 06.3 161 072W ms42F sr s43.1 4159266.9 682721 0 m6.3 16 10W m3.8 42 61 0 W62223.1 4159266.3 7 1 0 m1 3 6 7W mr e S 03.8 44 52 6W

2、s1 04.5 31 01 0答案： 6.3 107W/m 2； 3.7 1026W ； 4.5 10 10, 约占 20 亿分之一。2、设大气上界太阳直接辐射通量密度在近日点时d1=1.47 108km 为 S1，在远日点时 d2=1.528S 1S 2是多大。答案： 6.5%10 km 为 S2，求其相对变化值S 1同 11：专业资料整理WORD格式1专业资料整理WORD格式422S2d 1 S14 d 2S1S 2S21S1S 142d1124d 2专业资料整理WORD格式1.4 711.5 222专业资料整理WORD格式10.9 3 530.0 6473、有一圆形云体， 直径为 2km

3、 ，云体中心正在某地上空1km 处。如果能把云底外表视为7的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地外表上的辐照度。174W/m 2云体：余弦弦辐射体 +立体角根据：2F TL c o s d02/ 4L c o s sin d d00L24又由绝对黑体有FTTL所以此云在该地外表上的辐照度为4TE211 0845.6 6 9672 7 3221 7 4W m4、设太阳外表为温度5800K 的黑体，地球大气上界外表为300K 的黑体，在日地平均距离 d0=1.50×108km时，求大气上界处波长=10 m 的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。答案： 0.286 Wm 2 m 1

4、，31.2 Wm 2 m 1专业资料整理WORD格式2专业资料整理WORD格式Planck law(5.2.6)+习题 112r sF 01 0m , 5 8 0 0 K2F s1 0m , 5 8 0 0 Kd 02C 1r s25C/T1 )d 0( e2828426.9 6 1 0 m3.7 4 2 7 1 0 W m m1 121 4 3 8 8 m K1.4 9 6 1 0 m511 0 me xp1 0m 5 8 0 0 K826.9 61 0m211 12 1 3 2 9 3.2 7 8 6 W mm1.4 961 0m0.2 8 7 7 W m21m2)F0 1 0 m , 3

5、 00 KC 15C/ T1 )( e23.7 42 78421 0 W mm1 0m5e x p14388m K11 0 m300K3 1.1 8 W m21mS05、如果太阳常数增加4% ，太阳外表有效温度升高多少度， 地球外表有效温度升高S 0多少度行星反射率为0.3。答案： 58K ， 2.6K6、求夏至日在赤道与极点= 90 °N大气上界水平面上太阳辐射日总量的比值。答案： 0.73专业资料整理WORD格式7、假设不考虑日地距离变化，假定 d = d0，求出纬度分、冬至时大气上界水平面上太阳辐射日总量的值不同特点。答案： Qd J m 2d 1的数值如下：纬度春分夏至=0

6、°、40°、 90°处，在春分、夏至、秋Qd。说明这三个纬度上 Qd年变化的秋分冬至专业资料整理WORD格式3专业资料整理WORD格式= 0 °3.761073.451073.761073.45107=40 °2.881074.331072.881071.3107=90 °04.7110700T2S 0sinsinc o sco sco sQ dd m00864000 sin sinc o s 01367c o sc o sco s 0ta nta n ,0inr a d春分=0；夏至=23O27；秋分 =0；冬至=-23O278、设

7、有一气层，可只考虑其吸收作用，有一平行辐射，波长为，射入气层前的辐射通量密度为 10Wm -2m-1，经气层中吸收物质的含量u = lg/cm 2的吸收后，辐射通量密度为5Wm-1。求该气层的吸收率及质量吸收系数k 。答案： 0.7 cm2/g2E a5W /mm5 0 %A2E 01 0W/mmE , lEek '0 , u, 0k ' 0 ,uE,leE,01 E ,lk '0 ,lnu E ,012ln 0.51 gc m210.6 9 3 cmg或专业资料整理WORD格式4专业资料整理WORD格式A 1k '0 ,u1 e0.51k ' 0 ,l

8、n 0.5u12ln 0.51 g cm210.6 9 3 cmg9、波长 = 0.6m 的平行光束，垂直入射10m 厚的人工云层，射入前及透过云层后的辐照-2-2)。设云中水滴数密度 N个3及云度分别为： F 0=100(mW cm ) 及 F=28.642(mWcm/cm滴半径 r = 10m 各处均一。 只考虑 Mie 的一次散射。 求云层的容积散射系数="；云中水滴数密度N； 假设光束与云层法线成60°角入射，那么射出云层后的辐照度F =？。答案： 1.2510-3 cm-1； 200 个 / cm 3； 8.2(mW cm -2 )1lk 0 ,d lE, lE

9、,0e0lE ,lk0 ,dllnE ,00k '0 ,1lnE,l1 0 mE,01ln28.6 421 0 m1 0 010.1 2 5 m22r21 0m10 4.720.6mQ s cs c22rk s cNs ck sc0.1 253N221 9 8.9 c m2r21 01 06m专业资料整理WORD格式5专业资料整理WORD格式3专业资料整理WORD格式E ,lE , 0 e1 00 ezk 0 ,se c d z00.1 251 02专业资料整理WORD格式28.2 1m W c m10、对于= 0.32 m 的太阳辐射， 假设只考虑大气的气体分子散射与O3的吸收， 当

10、地面气压为 1 个大气压， O3总含量 uO = 2mm ，太阳天顶角= 40 °时，求整层大气对此波长的透射率。答案： 0.254, O, R, Oeku m0.0 08 84.0 5 m, OOOeex p134.0 58 0 m2 1 0 m 0.0 0 8 8 0.3 21.3 03 7ex p0.1 6 0.8 8 841.3 0 370.2 5411、地面气压为 760mm 时，测量在 1.5 1.6m 波段内的太阳直接辐射S ，得到以下数据：天顶角40°50°60°70°S (Wm -2 )13.9512.5510.467.67求

11、大气的透明系数 P，光学厚度及大气上界处 S ,0=？答案： 0.68465， 0.373， 22.31 Wm -2即为长法求大气顶太阳辐射通量密度。lnS , mlnS ,0m0(5.4.39)yAB x(5.4.40)假定不同太阳天顶角时大气性质不变，那么透过率为常数。当测得几组观测值后，可用线性回归求出斜率和截距：40506070m=sec：1.30371.55251.99272.8999S：13.9512.5510.467.67lnS：-3.91202-4.01738-4.19971-4.50986专业资料整理WORD格式6专业资料整理WORD格式A=3.109320-2)S = 22

12、.4058 (WmB=-0.3726 ( 光学厚度)透明系数：透过率：exp(B)=0.6889412、由飞机探测得到各高度的水平面上向上、下的辐射通量密度如下表P 为各高度气压值：P(hPa)1010786701F(Wm2672.9725.2751.7)F(Wm256.982.394.1)求各高度间气层的辐射变温率/24h 。答案： 1.46 /24h各高度 E* 为：P(hPa)1010786701E* Wm -2616642.9657.6F(Wm256.982.394.1)1010-786hPa:TgE *36002 4t2 4 hc pp9.86 42.96 1 636002 4100

13、47 8 610101 0 01.0 13C/ 2 4 h786-701hPaTgE *3 6002 4t2 4 hc pp9.8657.664 2.936002 410047 0 17 8 61 0 01.4 58C / 2 4 h13、设有一温度 T=300K 的等温气层，对于波长 =14 m 的定向平行辐射当只有吸收削弱时，垂直入射气层的透射率 Tr=0.6587。试求：气层对该辐射的吸收率，假设气层的光学质量u=0.4175(g/cm 2 )求质量吸收系数k ；气层的漫射辐射透射率f ，气层本身的辐射出射度。专业资料整理WORD格式7专业资料整理WORD格式答案： 0.3416， 1c

14、m/g ， 0.5， 229.6 Wcm -214、假设将某行星外表视为黑体，其外由一层等温大气覆盖，该大气层对短、长波的吸收率分别为 A 及 A1，大气上界与太阳光垂直的水平面上太阳辐射的辐照度为F0，忽略行星 -大气系统的反射效率。1当行星 -大气系统到达辐射平衡时，计算行星外表的温度T p；(2) 该大气层一定具有保温作用吗？试分析说明之。利用 P109 图 5-24 和 6-36-4 式写出行星外表和大气顶的辐射平衡方程F 044A L4Ta A LT p1F 0A s441T a A LT p4求解可得F 0A s )( 244T p2A L无大气时，行星外表温度为4F0T e4见书

15、后答案15、如在夜间地面上空布满云层，设地面为黑体， T0=300K ，气压为 P0=1000hPa，云底为黑体，温度 Tb=280K ，气压为 Pb=800hpa，中间大气为等温 T=285K 的灰体，其长波漫射透射率 Tf =0.4。试求：1地面的有效辐射， 2中间气层的温度是要增加还是降低，求出变温率TTb改为 260K，那么气层温度的变化将如何？" ( /3h), 3如果云底温度t答案： 95.4 Wcm-2， 0.19 /3h， 0.094专业资料整理WORD格式8专业资料整理WORD格式14A T4(1-A) T04TbTA专业资料整理WORD格式T04专业资料整理WORD格式(1-A) Tb4A T4不考虑大气对长波辐射的散射削弱，中间大气对长波的吸收率为A10.6f1地面有效辐射为：E 041 A4A T4T 0T b3 0 0440.640.42 8 02 8 595.4 12W m2)中间气层的辐射差额为E *A44