城市輻射環(huán)境03

1、LOGO城市輻射環(huán)境城市輻射環(huán)境目錄目錄1.輻射的基本知識2.太陽輻射3.地面和大氣輻射4.城市輻射和熱量收支5.城郊輻射對比6.太陽輻射和溫室效應 自然界中一切物理過程和現(xiàn)象，乃至生命活動和現(xiàn)象，都直接或間接地以輻射能為能源基礎，輻射能包括太陽輻射、地面輻射和大氣輻射、核輻射。Visible light1 輻射的基礎知識X-raysl 10nmUltraviolet (UV)10 l 400nmVisible0.4 l 0.7mNear-Infrared (Near-IR)0.7 l 3.5mMiddle-IR3.5 l 30mFar-IR30 l 100mMicrowave1mml1m 2

2、. 太陽輻射太陽輻射大氣只吸收特定波段的太陽輻射太陽輻射遇到大氣分子或雜質(zhì)粒子等時轉向各個方向傳播太陽光線遇到大氣中云層或較大尺度的顆粒時而改變傳播太陽輻射太陽輻射大氣吸收大氣吸收 大氣散射大氣散射 大氣反射大氣反射（1）大氣吸收 選擇性：大氣只吸收特定波段的太陽輻射。O2強烈吸收200nm、O3強吸收帶200nm320nm及弱吸收帶600nm、CO2主要吸收紅外線（2.5/4.3/14.7m）、H2O吸收紅光和紅外線，0.722m間有多個吸收帶,另外吸收帶包括23m、47m。 特點：大氣直接吸收太陽輻射比例很小，約占19%，因此太陽輻射并非對流層大氣的直接熱源。大氣能強烈吸收地面紅外輻射。2

3、. 太陽輻射（2）大氣散射 定義：太陽輻射遇到大氣分子或雜質(zhì)粒子等時轉向各個方向傳播； 特點： 分子散射（Rayleigh散射）：有選擇性。波長越短，散射越強，故晴天為蔚藍色； 粒子散射（或米散射）：無選擇性。散射系數(shù)不隨波長而變，又稱漫散，雨或霧天天空為乳白色正是米散射結果。2.太陽輻射（3）大氣反射定義：太陽光線遇到大氣中云層或較大尺度的顆粒時而改變傳播 方向；特點：無選擇性，平均反射率為5055。地-氣系統(tǒng)平均反射率 約30%，稱為行星反射率(Albedo) 云高越低，反射越強； 云量越多，反射越強； 云層越厚，反射越強。aba=b2. 太陽輻射太陽輻射經(jīng)過大氣的吸收、反射和散射后，約有

4、51%到達地面，這部分輻射包括兩部分：l 太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的，稱為太陽直接輻射/Direct solar radiation (Q) ；l 經(jīng)過大氣散射后投射到地面的，稱為散射輻射/Diffuse radiation (D)，兩者之和稱為總輻射/Total incoming solar radiation or Insolation (Q總)，即Q總總 = Q + D 2. 太陽輻射太陽直接輻射：以平行光線直接投射到地面上的太陽輻射。直接輻射通量Q主要影響因素是太陽高度角h和大氣透明度P。h地面太陽直接輻射強度S大氣mI0hS地面 直接輻射有顯著的年變化、日變化和隨緯度的變

5、化。2. 太陽輻射太陽散射輻射：散射輻射的強弱也與太陽高度角及大氣透明度有關。太陽高度角增大時，到達近地面層的直接輻射增強，散射輻射也就相應地增強；相反，太陽高度角減小時，散射輻射也弱；大氣透明度差時，參與散射作用的質(zhì)點增多，散射輻射增強；反之，減弱。云也能強烈地增大散射輻射。太陽散射輻射也具有日和年變化，一日內(nèi)正午前后最強，一年內(nèi)夏季最強。2. 太陽輻射太陽總輻射： 日變化：日出前，總輻射中只有散射輻射；日出后，直接輻射和散 射輻射逐漸增加，但前者增加得較快。年變化：總輻射強度（月平均值）夏季最大、冬季最小。地理分布：緯度愈低，總輻射愈大。反之就愈小。2. 太陽輻射 太陽輻射的分布規(guī)律：全年

6、赤道獲得的太陽輻射最多，從赤道向極地隨緯度增高而減小，極小值出現(xiàn)在極點，年變幅最小。夏半年在2025的緯度帶，獲得太陽輻射最多，由此向赤道和極地遞減，最小值在極點，出現(xiàn)極晝，高低緯度之間的差值較小。冬半年赤道獲得太陽輻射最多，隨緯度增高迅速遞減，高低緯度之間的差值大。同一緯度，冬、夏太陽輻射的差值，隨緯度增高而增大，即太陽輻射的年振幅隨緯度增高而增大。 太陽輻射的時空分布規(guī)律 全球年均地面太陽輻射分布Annual global distribution of insolation (kcal/cm2)定義：地面吸收了凈太陽短波輻射后，按其本身溫度不斷地向外放射的輻射能。波長：地面輻射波長范圍為

7、380m，最大單色輻射強度的波長為10m，因此，地面輻射又稱長波輻射/Terrestrial Longwave Radiation (Fs) 。特點：地面輻射絕大部分被大氣（水汽和二氧化碳等溫室氣體）所吸收，只有小部分（813m）透過大氣層進入太空，形成所謂的“紅外窗口”；白天，地面吸收的太陽總輻射大于地面輻射，故地面升溫；夜晚，沒有太陽輻射，地面輻射使地面降溫。3 地面和大氣的輻射3.1地面輻射定義：大氣按其本身溫度不斷地向外放射的輻射能，其向下部分稱為大氣逆輻射/Longwave atmospheric counter-radiation (Fa) 。波長：95以上的能量集中在3120m

8、的波長范圍內(nèi)（紅外輻 射），其輻射能最大段波長在1015m 范圍內(nèi)，因此大氣輻射和地面輻射一樣也為長波輻射。特點： 大氣逆輻射極大部分被地面所吸收(aFa)，使地面輻射降溫程度大大減小，形成所謂的“溫室效應/Greenhouse effect ”； 大氣輻射向上的部分是地球大氣系統(tǒng)向外支出熱量，以保持地球熱量平衡的主要途徑。3 地面和大氣的輻射3.2 大氣輻射定義：地面輻射（ Fs ）與其吸收的大氣逆輻射（a Fa ）之差(a為吸收率)，稱為地面有效輻射/Net Longwave Radiation，若用F表示，則F = Fs - aFa大氣 LL地面 地面有效輻射的影響因子：地面溫度、氣溫、

9、濕度和云況。 有效輻射通常為正，即下墊面通過有效輻射向大氣供熱。3 地面和大氣的輻射3.3 地面有效輻射4 城市輻射和熱量收支城市中，空氣污染，煙塵云霧多，透明度比郊區(qū)小，太陽短波直接輻射比郊區(qū)小，天空短波散射輻射雖然由于氣溶膠和煙塵較多而有所增強，但增加值并不足以補償損失值，故城市總輻射仍比郊區(qū)小。5 城郊輻射對比城市下墊面反射率比郊區(qū)小的主要原因：城區(qū)綠地面積比郊區(qū)小；城市建筑物密度大，形成一個立體下墊面。5 城郊輻射對比地地-氣間的長波輻射交換，即空氣逆輻射和地面輻射的氣間的長波輻射交換，即空氣逆輻射和地面輻射的交換。決定這種輻射能力大小的主要因子是輻射體的交換。決定這種輻射能力大小的主

10、要因子是輻射體的表面溫度。城市中下墊面表面溫度遠比郊區(qū)高，城市表面溫度。城市中下墊面表面溫度遠比郊區(qū)高，城市地面向上的長波輻必然比郊區(qū)大地面向上的長波輻必然比郊區(qū)大Contents由于城市空氣中二氧化碳含量比郊區(qū)高，二氧化碳對由于城市空氣中二氧化碳含量比郊區(qū)高，二氧化碳對地面長波輻射中地面長波輻射中1317um的波普去有強烈的吸收作的波普去有強烈的吸收作用，大氣溫度比郊區(qū)高，空氣逆輻射大于郊區(qū)。用，大氣溫度比郊區(qū)高，空氣逆輻射大于郊區(qū)。 長波輻射總的來說，短波輻射上城市與郊區(qū)差別不打，在長波輻射中，城總的來說，短波輻射上城市與郊區(qū)差別不打，在長波輻射中，城鄉(xiāng)間差別也不大。鄉(xiāng)間差別也不大。5 城

11、郊輻射對比結論：城市中由水泥、瀝青、磚石等所構成的下墊面能吸收較多的太陽輻射，導熱率高，白天貯熱多，日落后能夠通過長波輻射提供較多的熱量給地面的空氣，加之空氣中污染物多，特別是CO2能吸收較多的熱量，同時，城市中又有較多的人為熱進入空氣；另一方面，城市中密集且參差不齊的建筑物大大減少了地面長波輻射的損失，通風不良也不利于熱量向外擴散，這就使得城市溫度高于郊區(qū)。因此在城市人口密度高、建筑物密度大、布局緊湊的地方，溫度也是最高的。5 城郊輻射對比 為什么我們現(xiàn)在越來越重視溫室效應？ 為什么全球升溫對全球危害很大？6大氣輻射和溫室效應6大氣輻射和溫室效應6大氣輻射和溫室效應溫室效應兩級冰川融化破壞地球能量流生物缺氧海洋生物滅絕地球生物滅絕 溫室效應導致的生物滅絕在地球歷史上真實發(fā)生過。 2億5100萬年前的