大气科学概论课件第十二辐射

大气科学概论课件第十二辐射第一页，共十九页，2022年，8月28日

地面能吸收太阳短波辐射，同时按其本身的温度不断向外放射长波辐射。

大气对太阳辐射吸收很少，但对地面的长波辐射却能强烈吸收。大气也按其本身的温度向外放射长波辐射，地面和大气之间以及气层与气层之间相互交换热量，并将热量向宇宙空间散发。第二页，共十九页，2022年，8月28日

地面的平均温度为300K，对流层大气的平均温度为250K，在这样的温度下，

95%以上的能量集中在3-120μm的波长范围内，是肉眼看不见的红外、远红外辐射，其最大辐射能所对应的波长在10-15μm。第三页，共十九页，2022年，8月28日

6.5.1地面辐射第四页，共十九页，2022年，8月28日

地面辐射可以看成是灰体辐射，于是：

其中，FE为同温度T下的地面辐射通量密度，

FEb为同温度下的黑体辐射通量密度，

TE为地表温度，

δ为比辐射率，即物体的辐射能力和黑体辐射能力之比(各种自然表面的比辐射率见p33表2.2)

第五页，共十九页，2022年，8月28日

在地面的通常温度条件下（-40℃～40℃），

FE的值在154～525W/㎡之间，比太阳辐射小，与太阳直接辐射通量密度相近。第六页，共十九页，2022年，8月28日

6.5.2云的辐射第七页，共十九页，2022年，8月28日

云对太阳辐射的作用主要是散射和反射。

因为液态水和冰粒对太阳辐射的吸收很小，不予考虑。云对红外辐射的情况与对太阳辐射恰恰相反：

浓密的低云仅需50米得路程就会吸收90%的红外辐射。（一定厚的云可当黑体处理）

比较薄的高云只能当灰体处理，通常透过率大于50%。如图p46的2.20和2.21第八页，共十九页，2022年，8月28日

6.5.2大气辐射第九页，共十九页，2022年，8月28日

大气对太阳辐射吸收很小，它主要是通过吸收地面的红外辐射来维持其温度的。据估计，大气能吸收地面辐射的

75%～95%，而吸收这些辐射的又几乎全是贴近地面40～50m厚的气层。主要的吸收成分是水汽和液态水，还有CO2

、

CH4、

O3等。

大气辐射的强度既取决于大气温度，又取决于大气湿度和云况。第十页，共十九页，2022年，8月28日

一、大气逆辐射

大气辐射一部分向上进入太空，一部分向下到达地面。把大气到达地面的大气辐射称大气逆辐射FR。

计算适用于晴天大气逆辐射的经验公式

埃斯屈朗公式布伦特公式

斯威斑恩克公式各物理量的含义见书。第十一页，共十九页，2022年，8月28日

计算适用于云天大气逆辐射的经验公式

斯威斑恩克公式

第十二页，共十九页，2022年，8月28日

为了定量地表示这种地面和大气之间的红外辐射热交换，引入地面有效辐射的概念：

地面有效辐射是指地面辐射和地面所吸收的大气逆辐射之差。

FR为大气逆辐射，δ为地面红外辐射吸收率,也称比辐射率（物体的吸收率）第十三页，共十九页，2022年，8月28日

大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗的能量得到一定的补偿，由此可看出大气对地面有保暖作用。

据计算，如果没有大气，近地面的平均温度应为

-23oC,但实际上近地面的平均温度为15oC，即大气逆辐射使温度提高了38oC。这种效应称为大气花房效应。第十四页，共十九页，2022年，8月28日

二、地面有效辐射

一般辐射雾、露、霜多出现在晴朗的夜晚而不是多云的夜晚；冬天无云的夜晚比较冷，而多云的夜晚却比较暖和。这些现象跟地面与大气之间的辐射热交换有关：

无云的夜里，地面因辐射热交换失去的热量较多，降温多，所以就冷。

有云的夜里，地面因辐射热交换失去的热量较少，降温少，所以就暖。第十五页，共十九页，2022年，8月28日

为了定量地表示这种地面和大气之间的红外辐射热交换，引入地面有效辐射的概念：

地面有效辐射是指地面辐射和地面所吸收的大气逆辐射之差。

R为大气逆辐射，δ为地面红外辐射吸收率,也称比辐射率（物体的吸收率）

第十六页，共十九页，2022年，8月28日

F0为正时，地面通过红外辐射热交换损失热量，温度降低。

F0为负时，地面通过红外辐射热交换获得热量，温度升高。

在通常情况下，F0为正值，地面经常失去热量。第十七页，共十九页，2022年，8月28日

地面有效辐射的大小主要决定于

下垫面温度、空气温度、湿度和云况。

在其他条件不变的情况下，

地面温度越高，地面辐射也越强，

F0为也越大。

空气温度越高，绝对湿度越大，云越多越密，大气辐射越强，故F0越小。（红外辐射传输、长波变温率内容为自学内容）第十八页，共十九页，2022年，8