读书报告大气与辐射传输

大气与辐射传输读书报告李姗迟10212978自然地理大气层构造地球外转围的大气圈并没有一个精准的界限，只是离地面越高，空气渐渐变得越淡薄，50%30km以下的范围内。依据不同的特性，可以有不同的分层方法。比较常见的几种分层法是：①依据热状态的特征，大气分为对流层、平流层、中间层、热层和逃逸层；②依据大气成分随高度分布的特征，分为均匀层和非均匀层；③依据大气的电离特征，分为电离层和非电离层。电离层又可细分为D层、E层和F层。对流层对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道四周为16-18km；在中纬l0-12km8-9km。夏季较厚，冬季较薄。这一层的显著特点：—是气温随高度上升而递减，大约每上升100m，温度降低0.6℃。形成猛烈的对流，对流层也正是因此而得名；二是密度大，大气总质量的3／4以上集中在此层。在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在l-2km以下，受地表的机械、热力作用猛烈，通称摩擦层，或边界层，亦称低层大气，排人大气的污染物绝大局部活动在1-2公里以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均消灭在此层。对流层和人类的关系最亲热，对电磁辐射传输有显著影响。平流层50km30—35km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温层。在30—35km以上，温度随高度上升而快速上升，平流层顶的温度约与地面四周相等。平流层的特点：一是空气没有对流运动，平流运动占显着优势；二是空气比下层淡薄得15—35km20km的—层臭氧层，因臭氧具有吸取太阳光短波紫外线的力量，故使平流层的温度上升；四是由于臭氧的全球分布不均且随着季节而变，故平流层内会产生季节性的强风环流。中间层从平流层顶到80km高度称为中间层。这一层空气更为淡薄，温度随高度增加而降低。热层80km500km称为热层。这一层温度随高度增加而快速增加，层内温度很高，昼夜变化很大，热层下部尚有少量的水分存在，因此间或会消灭银白并微带青色的夜光云。逃逸层发生电离；使质子的含量大大超过中性氢原子的含量。逃逸层空气极为淡薄，其密度几乎与太空密度一样，故又常称为外大气层。由于空气受地心引力微小，气体及微粒可以从这层飞。实际上地球大气与星际空间并没有截然的界限。逃逸层的温度随高度增加而略有增加。均匀层90公里的空间，由于大气温度、气压、数密度的不均匀分布所产生的对流、湍流等混合作用，使得大气各成分所占的体积百分比保持不变，称为均匀层。均匀层大气的28.966克／摩尔，为常数。非均匀层90公里以上，由于氧分子的光化分解以及集中作用，使大气成分的体积百分比随高100公里或稍高处，大气的分子重力集中与湍流混合强度到达同样量级，该高度被称为湍流层顶。湍流层顶以上，大气听从重力集中平衡分布。电离层从60公里开头，始终到大气层的上界，都存在有电子、正离子和少量的负离子。在数DE层和F〔F层白天分为F1F2层。电离层有较大的昼夜、季节和纬度的变化。D50～90公里。白天，峰值密度NmDhmD10厘米和85公里左右。无线电波中的短波在该层受到较大的吸取。太阳活动最高年的吸取几乎是最低年的两倍。一年之中，NmD的夏季值大于冬季值，但在中纬地区，冬季有时会消灭特别吸取。夜间，电离根本消逝。E90～130公里。白天，峰值密度NmEhmE的典型值分别为10115NmE分别于中午、夏季和活动高年到达最大值。夜间，NmE下降，hmE上升。F130F1F2层。①F1层〔离地面约130～210公里：白天，峰值密度N 及其相应高度h 的典型mF1 mF12×10180公里。F1层峰形夜间消逝，中纬度F1层只消灭于夏季，在太阳活动高年和电离层暴时，F1层变得明显。N 和h 的变化与E层类似。mF1 mF1②F2层〔离地面约210公里以上：反射无线电信号或影响无线电波传播条件的主要区域，其上边界与磁层相接。白天，峰值密度N 的典型值分别为10厘米；夜间，NmF2 mF2厘米。在任何季节，N 的正午值都与太阳活动性正相关。h 与太阳活动mF2 mF2性一般也有正相关关系，除赤道地区外，夜间值高于白天值。在F2层，地球磁场大气各风F2EF1F2层电子密度的最大值不是消灭在正午(通常是在本地时间13时至15时)，同时N 还具有半日变化重量其最mF210～1122～23时。季节特别是指F2层正午的电子密度在冬季要比夏季高。赤道特别是指F2层电子密度并不在赤道上空最大，它明显地受地磁场掌握，其地理变化呈“双峰”现象，在磁纬±20度四周到达最大值。在高纬度地区，可观测到很多与带电粒子沉降有关的特别现象。其中，最为重要的是F5～10度的低电子密度的带区。气溶胶气溶胶(aerosol)是在气体和重力场中具有肯定稳定性，沉降速度小的固态或液态质粒的混合系统。大气中悬浮的大量固态和液态微粒，包括灰尘、烟尘、盐晶、水晶和水滴等，统称为气溶胶。分散性气溶胶：是固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，分散在大气中形成的气溶胶。分散性气溶胶：是由气体或蒸汽(其中包括固态物升华而成的蒸汽)遇冷分散成液态或固态微粒，而形成的气溶胶。气溶胶的尺度范围粒度：10-3um〔分子团〕——101um〔尘粒、云滴，跨515个数量级；14个数量级。尺度范围并无严限制，下限限于仪器感应最小尺度；上限限于颗粒稳定性，半径大于50um的云滴或固体颗粒在空气中沉降速度大，稳定性差，故不作为气溶胶处理。表：气溶胶形态及其主要形成特征气溶胶的三种模构造爱根核模：r<0.05um积聚模：0.05um<r<2um粗粒子模：r>2um图：气溶胶的粒径分布及源和汇大气散射大气散射〔atmosphericscattering，电磁波同大气分子或气溶胶等发生相互作用，使入波的作用下，所带电荷作受迫振动，并以此为中心向四周辐射出与入射波频率一样的子波，即散射波。散射波能量的分布同入射波的波长、强度以及粒子的大小、外形和折射率有关。尺度参数与散射类型r与电磁波长x：x=2r/。式中：r—微粒半径；—电磁波长。x的值大小打算了散射的性质：瑞利散射—x≤0.1。主要由大气分子引起，散射强度与λ-4成正比。前向散射与后向散射对称，大小相等。。主要由大气中的气溶胶〔烟、尘，水溶性粒子和小水滴等〕引起。散射强度与λ

0－λ

-3成正比。散射的方向主要是前向散射。无选择散射—x>3。主要由大气中的云、雾、雨滴及较粗粒沙尘等引起。散射强度与波长无关。这种非选择性的散射使云雾呈白色，也即漫反射。主要是向前散射，散射能量集中于前向，后向散射能量远小于前向。同一粒子对不同波长而言，往往承受不同的散射处理方法,如直径1微米的云滴对可见光的散射是米散射；但对微波，却可作瑞利散射处理。大气吸取，这一现象称为大气吸取。辐射传输路径上吸取气体的数量称为光学质量。大气主要气体及相应吸取带在紫外——微波之间，具明显吸取作用的主要是O、O、COHO；此外NO、CH3 2 2 2 2 4对电磁辐射也有吸取，多种成份吸取特定波和的电磁波，形成相应的吸取带。O20—30km(O)3 2相互作用生成的。O3

除了在紫外(0.22—0.32μm)0.6mm四周有一9.6mmO在大气中含量很低，只占30.01—0.1O对地球能量平衡起重要作用，O的吸取阻碍了低层大气的辐射传输。3 3CO：主要分布于低层大气。其在大气中的含量仅占0.03％左右，人类的活动使之含量2有所增加。CO2

在中—远红外区段(2.7、4.3、14.5mm四周)均有强吸取带。其中最强的吸取13-17.5mm的远红外段〔长波辐射的主要波段。HO：这里不包括固态水中的水滴。水汽一般消灭在低空，它的含量随时间、地点的变2化很大(约从0.1—3%)，而且水汽的吸取辐射是全部其它大气组分的吸取辐射的几倍。最重2.5—3.0μm，5.5—7.0μm和＞27.0μm(80%)。0.94m