農(nóng)業(yè)氣象學(xué)輻射1

1、C = f C波速，波速， f 頻率，頻率， 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，hVhfEL二、輻射的量度和單位二、輻射的量度和單位輻射通量密度輻射通量密度 ( (輻照度、輻出度、輻射能力輻照度、輻出度、輻射能力):):單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的輻射能量稱為輻射通量密度。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的輻射能量稱為輻射通量密度。 dFdsdFds;21mSJ2mW(cal/mincm=697.8 w/m) 輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度I I：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)由單位立體角射到與射線相單位時(shí)間內(nèi)由單位立體角射到與射線相垂直的單位面積上的輻射能量。垂直的單位面積上的輻射能量。 w/srw/sr 瓦特瓦特/ /球面度。球面度。 I=E/I=E/COS

2、. 為輻射體表面的法線方向與選定方向間的夾角。為輻射體表面的法線方向與選定方向間的夾角。 立體角定義圖立體角定義圖光通量：輻射通量中，能對(duì)正常人眼產(chǎn)生光量感覺(jué)的輻射通量。光通量：輻射通量中，能對(duì)正常人眼產(chǎn)生光量感覺(jué)的輻射通量。單位：流明。單位：流明。光通亮密度：光通亮密度：( (光照度、照度、光照強(qiáng)度光照度、照度、光照強(qiáng)度) ) 勒克司勒克司(lux;lx(lux;lx) )應(yīng)用情況：應(yīng)用情況：a+r+da+r+d=1=1反射又分鏡反射和漫反射兩種反射又分鏡反射和漫反射兩種圖圖 鏡反射鏡反射圖圖 漫反射漫反射黑體模型黑體模型入射輻射 式中，式中， 波長(zhǎng)，波長(zhǎng)，m m； T T 黑體溫度，黑體溫

3、度，K K； c c1 1 第一輻射常數(shù)，第一輻射常數(shù)，3.7423.7421010-16-16 W W m m2 2； c c2 2 第二輻射常數(shù)，第二輻射常數(shù)，1.43881.43881010-2-2 W W K K； 根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的依變關(guān)根據(jù)上式描繪的黑體光譜輻射力隨波長(zhǎng)和溫度的依變關(guān)系?？梢?jiàn)某一溫度下的系。可見(jiàn)某一溫度下的E Ebb有一個(gè)最大值，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為有一個(gè)最大值，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為maxmax， maxmax與與T T 的關(guān)系由的關(guān)系由WienWien位移定律給出，位移定律給出，1)(512TcbecE1.Planck1.Planck定律定律它揭示了黑體輻射能

4、的光譜特性，即黑體的光譜輻射力它揭示了黑體輻射能的光譜特性，即黑體的光譜輻射力E Ebb Planck Planck 定律的圖示定律的圖示KmTaxm3108976. 2TTek意義：通過(guò)對(duì)黑體的研究來(lái)了解一般物體的輻射，極大地簡(jiǎn)意義：通過(guò)對(duì)黑體的研究來(lái)了解一般物體的輻射，極大地簡(jiǎn)化了一般輻射的問(wèn)題化了一般輻射的問(wèn)題 40)(51012TdecdEETcbb4TEb 一、太陽(yáng)在天空中的位置一、太陽(yáng)在天空中的位置 日地關(guān)系和四季日地關(guān)系和四季第二節(jié)第二節(jié) 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射 春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連。春雨驚春清谷天，夏滿芒夏暑相連。 秋處露秋寒霜降，秋處露秋寒霜降， 冬雪雪冬小大寒。冬雪雪冬

5、小大寒。季節(jié)劃分：季節(jié)劃分： 1、天文季節(jié)：以、天文季節(jié)：以“兩分兩至兩分兩至”為四季之始。從春分到夏至為四季之始。從春分到夏至為為春季，從夏至到秋分為夏季，從秋分到冬至為秋季，從冬至春季，從夏至到秋分為夏季，從秋分到冬至為秋季，從冬至到春分為冬季。到春分為冬季。在氣候統(tǒng)計(jì)中為了方便，按陽(yáng)歷月份以在氣候統(tǒng)計(jì)中為了方便，按陽(yáng)歷月份以3、4、5月為春季，月為春季，6、7、8月為夏季，月為夏季，9、10、11月為秋季，月為秋季，12、1、2月為冬月為冬季。季。 2 2、氣候季節(jié)：我國(guó)現(xiàn)在常用的氣候四季是、氣候季節(jié)：我國(guó)現(xiàn)在常用的氣候四季是2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代張寶年代張寶坤以候平均溫度為指標(biāo)劃

6、分的，故又稱溫度四季。候平均溫坤以候平均溫度為指標(biāo)劃分的，故又稱溫度四季。候平均溫度低于度低于1010為冬季，高于為冬季，高于2222為夏季，介于為夏季，介于10102222之間之間為春季或秋季。為春季或秋季。 coscoscossinsinsinh含義：含義： 值：值：coscoscossinsinsinh)90sin()cos(sinh0正午：正午：=0=0090正午h (1) (1) 地球接收的太陽(yáng)輻射隨太陽(yáng)高度角的變化有很大的變化。地球接收的太陽(yáng)輻射隨太陽(yáng)高度角的變化有很大的變化。(2)(2)地球所接收的太陽(yáng)輻射隨季節(jié)有很大變化。地球所接收的太陽(yáng)輻射隨季節(jié)有很大變化。(3)(3)地球上

7、所接收的太陽(yáng)輻射隨緯度而變化。地球上所接收的太陽(yáng)輻射隨緯度而變化。 coscoshsinsinsinhcosAcossincosA 0coscoscossinsinsinh0tgtg0cos 1520t可照時(shí)間隨季節(jié)和緯度的變化規(guī)律（北半球）：可照時(shí)間隨季節(jié)和緯度的變化規(guī)律（北半球）：1 1、春分日、秋分日：晝長(zhǎng)不隨緯度而變化。、春分日、秋分日：晝長(zhǎng)不隨緯度而變化。 均是均是1212小時(shí)小時(shí). .2 2、夏半年（、夏半年（0 0）：緯度愈高，白晝愈長(zhǎng)，夏至日有極晝）：緯度愈高，白晝愈長(zhǎng)，夏至日有極晝現(xiàn)象。現(xiàn)象。3 3、冬半年（、冬半年（0 0）：反之。）：反之。4 4、赤道上，終年晝夜平分。、

8、赤道上，終年晝夜平分。大氣上界的太陽(yáng)輻射大氣上界的太陽(yáng)輻射（一）太陽(yáng)輻射光譜和太陽(yáng)常數(shù)（一）太陽(yáng)輻射光譜和太陽(yáng)常數(shù)太陽(yáng)輻射光譜。太陽(yáng)輻射光譜。 太陽(yáng)常數(shù)（太陽(yáng)常數(shù)（R RS Sc c）：在日地距離處，在地球大氣上界，投射到垂直）：在日地距離處，在地球大氣上界，投射到垂直于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。于太陽(yáng)光線平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。 兩個(gè)輻射量是相等的，兩個(gè)輻射量是相等的， RsbRsbSm= RscSmSm= RscSmsinhABADSSmm單位面積上所獲得的太陽(yáng)能為：?jiǎn)挝幻娣e上所獲得的太陽(yáng)能為：sinhscsbRR 朗伯定律：在太陽(yáng)高度角為朗伯定律：在太陽(yáng)高度角為h h時(shí)，單位面積上所獲

9、得的太陽(yáng)時(shí)，單位面積上所獲得的太陽(yáng)能為能為R Rscscsinhsinh以上討論的是天文輻射以上討論的是天文輻射天文氣候帶天文氣候帶二、太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱二、太陽(yáng)輻射在大氣中的減弱 大氣直接吸收的太陽(yáng)輻射并不多，特別是對(duì)于對(duì)流層大氣來(lái)說(shuō)，大氣直接吸收的太陽(yáng)輻射并不多，特別是對(duì)于對(duì)流層大氣來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)輻射不是主要的直接熱源。太陽(yáng)輻射不是主要的直接熱源。 吸收吸收減弱方式減弱方式 散射散射 反射反射 臭氧層臭氧層O31、在臭氧層紫外線被臭氧吸收、在臭氧層紫外線被臭氧吸收2、在對(duì)流層紅外線被、在對(duì)流層紅外線被CO2和和H2O吸收吸收CO2、H2O地地 面面大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收具有選擇性，吸收帶都位

10、于太陽(yáng)輻射光大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收具有選擇性，吸收帶都位于太陽(yáng)輻射光譜兩端能量較小的區(qū)域，對(duì)可見(jiàn)光幾乎不吸收，是透明的。也譜兩端能量較小的區(qū)域，對(duì)可見(jiàn)光幾乎不吸收，是透明的。也就是說(shuō)，大氣直接吸收對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱作用不大。對(duì)于對(duì)流就是說(shuō)，大氣直接吸收對(duì)太陽(yáng)輻射的減弱作用不大。對(duì)于對(duì)流層大氣來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)輻射不是大氣增溫主要的直接熱源。層大氣來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)輻射不是大氣增溫主要的直接熱源。 4ci 天空呈蔚藍(lán)色也是這個(gè)道理。天空呈蔚藍(lán)色也是這個(gè)道理。 反射反射臭氧、二氧化碳等吸收臭氧、二氧化碳等吸收散射散射地地 面面太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱方大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱方式：吸收、散射、反射式：吸收、散

11、射、反射紫外線、紅外線紫外線、紅外線 sinh1cschmL1 大氣上界大氣上界地 球太陽(yáng)高度大太陽(yáng)高度大經(jīng)過(guò)的大氣路經(jīng)過(guò)的大氣路程短程短大氣削大氣削弱少弱少太陽(yáng)高度小太陽(yáng)高度小經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)的大氣路程長(zhǎng)的大氣路程長(zhǎng)大大氣削弱多氣削弱多 SCSmmRRRRa1mSCmaRR水平面：水平面：sinhmSCmaRRds影響因子影響因子sinh)1 (21mSCsdaRR影響因子影響因子sinhSCmsbRaR太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度 影響因子影響因子sdsbSRRR 地面反射率地面反射率即使總輻射的強(qiáng)度一樣，不同性質(zhì)的地表真正得到的太陽(yáng)輻即使總輻射的強(qiáng)度一樣，不同性質(zhì)的地表真正得到的太陽(yáng)輻射，仍有很

12、大差異，這也是導(dǎo)致地表溫度分布不均勻的重要射，仍有很大差異，這也是導(dǎo)致地表溫度分布不均勻的重要原因之一。原因之一。資源豐富帶資源豐富帶 較豐富帶較豐富帶 較貧帶較貧帶 貧乏帶貧乏帶Q/D（7/12）Z中國(guó)太陽(yáng)能資源區(qū)劃中國(guó)太陽(yáng)能資源區(qū)劃第三節(jié)第三節(jié) 地球輻射與輻射平衡地球輻射與輻射平衡一、地球輻射一、地球輻射地面輻射地面輻射+大氣輻射大氣輻射=地球輻射地球輻射地面輻射地面輻射RLu ：長(zhǎng)波輻射。：長(zhǎng)波輻射。大氣輻射大氣輻射RLd：長(zhǎng)波輻射。：長(zhǎng)波輻射。大氣的保溫作用；大氣的溫室效應(yīng)。大氣的保溫作用；大氣的溫室效應(yīng)。3.地面有效輻射地面有效輻射影響地面有效輻射的因素。生產(chǎn)中的應(yīng)用。影響地面有效輻

13、射的因素。生產(chǎn)中的應(yīng)用。 大氣輻射指向地面的部分稱為大氣逆輻大氣輻射指向地面的部分稱為大氣逆輻射。射。4TRLU4TRLd : :相對(duì)輻射率，相對(duì)輻射率，0.900.90 如果沒(méi)有大氣，近地面的平均溫度應(yīng)為如果沒(méi)有大氣，近地面的平均溫度應(yīng)為2323，但實(shí)際上近，但實(shí)際上近地面的均溫是地面的均溫是15 15 RLnRLn RLu RLdRLdRLn RLn 總結(jié)：影響地面有效輻射的因素總結(jié)：影響地面有效輻射的因素地面輻射地面輻射大氣逆輻射大氣逆輻射大氣的保溫作用：大氣逆輻射大氣的保溫作用：大氣逆輻射地面地面 溫室效應(yīng)、花房效應(yīng)。溫室效應(yīng)、花房效應(yīng)。大氣上界大氣上界地面地面地面增溫地面增溫地地面面

14、輻輻射射射向宇宙空射向宇宙空 間間大大氣氣吸吸收收“太陽(yáng)暖大地太陽(yáng)暖大地”“大氣還大地大氣還大地”“大地暖大氣大地暖大氣”大大氣氣輻輻射射射向地面射向地面太太陽(yáng)陽(yáng)輻輻射射大氣吸收大氣吸收地地面面吸吸收收 在在 LuLdsdsbnRRRRR1公式中各項(xiàng)表示的意義公式中各項(xiàng)表示的意義 整個(gè)地球表面平均來(lái)說(shuō)是收入大于支出的，也就是說(shuō)地球整個(gè)地球表面平均來(lái)說(shuō)是收入大于支出的，也就是說(shuō)地球表面通過(guò)輻射方式獲得能量。表面通過(guò)輻射方式獲得能量。01FRRRsdsbn（二）大氣的輻射差額二）大氣的輻射差額整層大氣的輻射差額：整層大氣的輻射差額：Ra=qa+F0-F qa ：整個(gè)大氣層所吸收的太陽(yáng)輻射。整個(gè)大氣層所吸收的太陽(yáng)輻射。F0、F：地面和大氣上界的有效輻射。地面和大氣上界的有效輻射。整個(gè)大氣層的輻射差額是負(fù)值，大氣要維持熱平衡，還要靠整個(gè)大氣層的輻射差額是負(fù)值，大氣要維持熱平衡，還要靠地面以其他方式來(lái)輸送熱量給大氣。地面以其他方式來(lái)輸送熱量給大氣。 （三三）地地- -氣系統(tǒng)的輻射差額氣系統(tǒng)的輻射差額 R RS S= = Q+qQ+q1-1-+q+qa a-F-F RnHLEGHRnLEGGLEHRn熱量平衡：地球上熱量收支的代數(shù)和就是熱量平衡。熱量平衡：地球上熱量收支的代數(shù)和就是熱量平衡。地面能量