天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件

現(xiàn)代氣候?qū)W原理現(xiàn)代氣候?qū)W原理第二章天文氣候與物理氣候(4)

2.1天文輻射與日地關(guān)系；2.2太陽(yáng)輻射在大氣中的傳輸；2.3輻射物理氣候特征。第二章天文氣候與物理氣候(4)2.1天文輻射與日影響太陽(yáng)輻射的天文因子大氣上界的天文輻射2.1天文輻射與日地關(guān)系

太陽(yáng)和太陽(yáng)活動(dòng)太陽(yáng)常數(shù)和太陽(yáng)輻射譜地球軌道的變化和太陽(yáng)輻射

影響太陽(yáng)輻射的天文因子2.1天文輻射與日地關(guān)系

影響太陽(yáng)輻射的天文因子

太陽(yáng)和太陽(yáng)活動(dòng)太陽(yáng)大氣---太陽(yáng)表面及向外延伸幾個(gè)太陽(yáng)半徑范圍的大氣層.光球?qū)?、色球?qū)印⑷彰帷?/p>

影響太陽(yáng)輻射的天文因子太陽(yáng)和太陽(yáng)活動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)

太陽(yáng)大氣層里一切活動(dòng)現(xiàn)象的總稱。主要有太陽(yáng)黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥和日冕瞬變事件等。

由太陽(yáng)大氣中的電磁過(guò)程引起。時(shí)烈時(shí)弱。處于活動(dòng)劇烈期的太陽(yáng)(稱為“擾動(dòng)太陽(yáng)”)輻射出大量紫外線、x射線、粒子流和強(qiáng)射電波，因而往往引起地球上極光、磁暴和電離層擾動(dòng)等現(xiàn)象。太陽(yáng)活動(dòng)的現(xiàn)象包括：太陽(yáng)黑子、光斑、譜斑、耀斑、太陽(yáng)風(fēng)等的變化。對(duì)地球大氣產(chǎn)生影響。太陽(yáng)活動(dòng)太陽(yáng)黑子循環(huán)和氣候效應(yīng)之間存在關(guān)聯(lián)：

太陽(yáng)耀斑能增強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)，伴隨著每一次太陽(yáng)耀斑的過(guò)程，與地球磁場(chǎng)相互作用，增強(qiáng)了65km處電離層的最低層的電離作用（對(duì)人類的影響很大。造成短波通訊中斷）。增強(qiáng)的太陽(yáng)風(fēng)擾亂地球磁場(chǎng)。這期間增強(qiáng)的磁流和離子流能夠加熱和擴(kuò)大上層大氣。能夠在幾天內(nèi)破壞地球上20%臭氧。太陽(yáng)黑子太陽(yáng)黑子循環(huán)和氣候效應(yīng)之間存在關(guān)聯(lián)：太陽(yáng)黑子

在太陽(yáng)黑子活動(dòng)高峰期，全球范圍的雷雨和閃電活動(dòng)頻繁。在太陽(yáng)黑子較多是以及耀斑期間，紫外線的輻射量增加。最近研究表明：在上層大氣中，紫外輻射與溫度可能有一個(gè)不成比例的效應(yīng)。在過(guò)去5000年間，太陽(yáng)黑子活動(dòng)較弱或沒(méi)有的時(shí)期與歷史記錄中的冷期相對(duì)應(yīng)：奧特極小期（1010-1050），沃爾夫極小期（1280-1340），斯伯瑞爾極小期（1420-1530）和蒙德極小期（1645-1715）。在太陽(yáng)黑子活動(dòng)高峰期，全球范圍的雷雨和閃電活動(dòng)頻太陽(yáng)黑子和太陽(yáng)耀斑：“黑爾循環(huán)”太陽(yáng)黑子和太陽(yáng)耀斑：“黑爾循環(huán)”周期性11年22年80-100年周期性太陽(yáng)黑子數(shù)在19世紀(jì)之前隨時(shí)間的變化

13世紀(jì)開(kāi)始三個(gè)低值期恰好發(fā)生在小冰河期

太陽(yáng)黑子數(shù)在19世紀(jì)之前隨時(shí)間的變化

13世紀(jì)開(kāi)始三個(gè)低值期從理論上，科學(xué)家無(wú)法理解太陽(yáng)黑子如何影響氣候？太陽(yáng)黑子活躍期，太陽(yáng)輻射增強(qiáng)的部分都屬于極短的波段(如紫外線、X及α射線)，因此所增加的能量不多。這些輻射已進(jìn)入大氣時(shí)，立即為高層大氣的氣體吸收，因此對(duì)地表氣候影響甚小。目前也無(wú)任何理論可以解釋高層大氣溫度的變化會(huì)影響到到地表附近的氣候。從理論上，科學(xué)家無(wú)法理解太陽(yáng)黑子如何影響氣候？影響太陽(yáng)輻射的天文因子太陽(yáng)常數(shù)和太陽(yáng)輻射譜天文太陽(yáng)輻射量:到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)輻射能量。太陽(yáng)常數(shù):在地球位于日地平均距離處時(shí)，地球大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的單位面積在單位時(shí)間內(nèi)所受到的太陽(yáng)輻射的全譜總能量。1375.1-1369.0wm-2

影響太陽(yáng)輻射的天文因子太陽(yáng)常數(shù)和太陽(yáng)輻射譜太陽(yáng)輻射譜:

地球大氣上界的太陽(yáng)輻射光譜的99％以上在波長(zhǎng)0.15～4.0微米之間。大約50％的太陽(yáng)輻射能量在可見(jiàn)光譜（波長(zhǎng)0.4～0.76微米），7％在紫外光譜區(qū)（波長(zhǎng)<0.4微米），43％在紅外光譜區(qū)（波長(zhǎng)>0.76微米），最大能量在波長(zhǎng)0.475微米處。太陽(yáng)輻射譜:地球軌道的變化和太陽(yáng)輻射

三種主要的長(zhǎng)期變化：歲差precession

、偏心率eccentricity

、黃赤交角obliquity，其變化調(diào)節(jié)地面上任意一點(diǎn)的季節(jié)對(duì)比性。米蘭科維奇理論：影響太陽(yáng)輻射的天文因子地球軌道的變化和太陽(yáng)輻射

三種主要的長(zhǎng)期變化：歲差p地球軌道參數(shù)：地球的傾角，軌道偏心率，一直在變化；這些參數(shù)的變化對(duì)百年尺度的氣候變化不重要，但卻能控制冰期出現(xiàn)的時(shí)間。地球軌道參數(shù)：地球的傾角，軌道偏心率，一直在變化；偏心率(Eccentricity)目前為

0.018過(guò)去五百萬(wàn)年之中變化的范圍

0.000483-0.060791周期約為100,000年--偏心率影響近日和遠(yuǎn)日時(shí)，太陽(yáng)入射地球輻射量差異的變化。--偏心率越大，輻射量差異越大--反之亦然--但是，變化相當(dāng)小比如，上述偏心率的變化，造成的變化為0.014%到-0.12%。偏心率(Eccentricity)黃赤交角（obliquity）黃赤交角(Obliquity)-地球自轉(zhuǎn)軸與黃道面法線之間夾角。目前23.5度,介于22度與24.5度之間，變動(dòng)周期

40,000年。黃赤交角的變動(dòng)，不會(huì)影響地球攔截太陽(yáng)輻射的總量。如果角度較大，則一年中太陽(yáng)直射可達(dá)的緯度較高?！?/p>

夏季太陽(yáng)輻射量較大，冬季較小?！竟?jié)變化因此變大，四季更明顯。相反，如果角度較小，則季節(jié)變化較小，四季較不明顯。

傾角增加，極區(qū)的輻射在夏季增加，冬季減少黃赤交角（obliquity）傾角增加，極區(qū)的輻射在夏季增夏季高緯度地區(qū)接受的太陽(yáng)輻射量較大，夏季低緯度地區(qū)接受的太陽(yáng)輻射較?。欢靖呔暥鹊貐^(qū)接受的太陽(yáng)輻射量較小，冬季低緯度地區(qū)接受的太陽(yáng)輻射較大；天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件歲差（precession）地球自轉(zhuǎn)軸路經(jīng)宛若一圓錐體，繞完一圈約22,000年目前地球經(jīng)過(guò)近日點(diǎn)為一月，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)為七月約11,000年之后，地球經(jīng)過(guò)近日點(diǎn)為七月，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)日點(diǎn)為一月那時(shí)的七月，太陽(yáng)直射北半球歲差（precession）地球自轉(zhuǎn)軸路經(jīng)宛若一圓錐體，繞天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件米蘭科維奇理論

核心問(wèn)題氣候變化軌道驅(qū)動(dòng)的若干重要證據(jù)主要問(wèn)題與討論(作業(yè):查文獻(xiàn))米蘭科維奇理論

核心問(wèn)題米蘭科維奇(Milankovitch)

米蘭科維奇(Milankovitch)

天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件米蘭科維奇(Milankovitch)

核心問(wèn)題

日-地關(guān)系的變化…→造成冰期與間冰期交替出現(xiàn)主因冰期形成主要原因…→夏季（不是冬季）的太陽(yáng)輻射量變?nèi)酰蛔阋匀芑厣弦欢玖粝碌谋└苍搮^(qū)域逐年往低緯度區(qū)擴(kuò)展米蘭科維奇(Milankovitch)

核心問(wèn)題

日-…→較廣的冰雪覆蓋區(qū)反射較多的太陽(yáng)輻射，地表吸收的太陽(yáng)輻射變少…→因此冰雪溶化量更形成減少『冰-反照率機(jī)制產(chǎn)生的正反饋，使得冰雪覆蓋區(qū)逐年擴(kuò)大理論的核心是單一敏感區(qū)的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)機(jī)制,即北半球高緯氣候變化信號(hào)被放大、傳輸進(jìn)而影響全球）…→較廣的冰雪覆蓋區(qū)反射較多的太陽(yáng)輻射，地表吸收的太陽(yáng)輻射變天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件---米蘭科維奇的回答是,當(dāng)?shù)剌S傾斜度減小,北半球夏季地球處在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)有利于冰期氣候的出現(xiàn);---這樣的軌道要素配置將導(dǎo)致北半球高緯區(qū)夏季太陽(yáng)輻射量的減小。因此,米氏理論可以概括為:65°N附近夏季太陽(yáng)輻射變化是驅(qū)動(dòng)第四紀(jì)冰期旋回的主因。適合冰期發(fā)展

較小的黃赤交角及

位于遠(yuǎn)日點(diǎn)的夏季適合間冰期發(fā)展較大的黃赤交角及位于近日點(diǎn)的夏季地球軌道怎樣的配置才有利冰期氣候的出現(xiàn)?---米蘭科維奇的回答是,當(dāng)?shù)剌S傾斜度減小,北半球夏季地球處氣候變化軌道驅(qū)動(dòng)的若干重要證據(jù)研究古氣候變化的地質(zhì)資料的獲得深海巖芯、珊瑚礁、花粉、樹木年輪、冰芯等氧同位素記錄提供一個(gè)2.3萬(wàn)年和10萬(wàn)年周期,與歲差周期和軌道偏心率周期接近；跨度為45萬(wàn)年的深海巖芯記錄,發(fā)現(xiàn)了2.3萬(wàn)年、4.2萬(wàn)年和10萬(wàn)年周期的氣候變化；并認(rèn)為在過(guò)去的35萬(wàn)年里，這些周期一般來(lái)說(shuō)都與適當(dāng)?shù)能壍乐芷诓秸{(diào)一致。至此，越來(lái)越多的證據(jù)支持米氏理論，地球軌道變化影響氣候的觀點(diǎn)開(kāi)始被接受。氣候變化軌道驅(qū)動(dòng)的若干重要證據(jù)研究古氣候變化的地質(zhì)資料的獲得地球軌道參數(shù)變化的振幅：?jiǎn)我粎?shù)變化振幅、綜合變化的振幅地球軌道參數(shù)變化的振幅：地球軌道參數(shù)變化和氧同位素含量變化的相位的一致性地球軌道參數(shù)變化和氧同位素含量變化的相位的一致性當(dāng)時(shí)基于的觀察事實(shí)

1)冰期旋回過(guò)中,北半球高緯度大陸冰蓋的變動(dòng)幅度遠(yuǎn)大于南極冰蓋；2)大陸冰蓋是沿中心向四周擴(kuò)張的；3)南北兩半球冰蓋變化有同時(shí)性；4)全新世開(kāi)始時(shí)間不超過(guò)15000aB1P。(盡管當(dāng)時(shí)還沒(méi)有絕對(duì)定年技術(shù))當(dāng)時(shí)基于的觀察事實(shí)到目前為止，大部分學(xué)者承認(rèn)第四紀(jì)冰期旋回由天文因素引起的地球軌道變化所驅(qū)動(dòng)。爭(zhēng)議之處在：于太陽(yáng)輻射總量基本不變的情況下，太陽(yáng)輻射的緯度配置和季節(jié)配置變化通過(guò)什么機(jī)制驅(qū)動(dòng)如此大幅度的全球氣候變化。長(zhǎng)期以來(lái),古氣候?qū)W家在解釋古氣候記錄時(shí),往往從第四紀(jì)冰期旋回動(dòng)力機(jī)制的米氏理論：觸發(fā)機(jī)制、放大機(jī)制、傳輸機(jī)制和全球耦合機(jī)制這4個(gè)部分這個(gè)框架出發(fā)。因此,米氏理論事實(shí)上為古氣候?qū)W家提供了一種研究范式。到目前為止，大部分學(xué)者承認(rèn)第四紀(jì)冰期旋回由天文因素引起的地球天文氣候與物理氣候簡(jiǎn)介課件作業(yè):查文獻(xiàn)

主要問(wèn)題與討論北半球高緯夏季太陽(yáng)輻射變化到底在冰期旋回過(guò)程中起到了多大的作用?

米氏理論的單一觸發(fā)機(jī)制,已難以全面解釋全球晚第四紀(jì)氣候變化（低緯度、南半球的一些地質(zhì)證據(jù)）。氣候信號(hào)的放大機(jī)制冰蓋擴(kuò)張(包括海冰)和大氣溫室氣體濃度下降肯定是冰期氣候形成的最為重要的放大機(jī)制,此外,海平面下降引起的陸地暴露以及植被覆蓋面積和植被類型的變化等陸面過(guò)程亦應(yīng)扮演了重要角色。即傳輸機(jī)制北大西洋深層流變化，被視為將北半球高緯信號(hào)傳輸?shù)侥习肭蚋呔晠^(qū)最為重要的機(jī)制；新的理論假說(shuō)正在被提出。一派為“熱帶驅(qū)動(dòng)說(shuō)”。另一派假說(shuō)主要為冰消期設(shè)計(jì),它從冰消期時(shí)南極增溫和大氣CO2濃度增高超前于北極冰蓋融化這個(gè)觀察事實(shí)出發(fā)。作業(yè):查文獻(xiàn)

主要問(wèn)題與討論天文輻射：到達(dá)大氣上界的太陽(yáng)輻射隨時(shí)間和空間的分布，完全由太陽(yáng)和地球間的天文位置決定的，不考慮大氣影響的太陽(yáng)輻射。

.日地距離.太陽(yáng)赤緯

.時(shí)角

.太陽(yáng)高度和太陽(yáng)方位

.日出、日末時(shí)間和晝長(zhǎng)

.天頂角和大氣光學(xué)質(zhì)量大氣上界的天文輻射

天文輻射：到達(dá)大氣上界的太陽(yáng)輻射隨時(shí)間和空間的分布，完全由太太陽(yáng)輻射在大氣上界的分布是由地球的天文位置決定的，稱此為天文輻射太陽(yáng)輻射強(qiáng)度：在大氣上界，任一單位水平面積上，在單位時(shí)間內(nèi)獲得的太陽(yáng)輻射能通量。太陽(yáng)輻射總量對(duì)時(shí)間求積分可推算：小時(shí)…日

月

季節(jié)

年的太陽(yáng)輻射總量。

大氣上界的天文輻射

太陽(yáng)輻射在大氣上界的分布是由地球的天文位置決定的，稱此為天文北半球季、年輻射總量隨緯度的分布緯度同一緯度地帶，日、季、年輻射量分布到處都相同，這表明天文輻射具有緯向帶狀分布的特點(diǎn)。

這就是氣溫呈緯向分布的基本原因。北半球各緯度日輻射總量的年分布天文輻射的緯向分布特點(diǎn)，使地球上出現(xiàn)相應(yīng)的緯向氣候帶，如赤道帶、熱帶、副熱帶、溫帶、寒帶等，都稱為天文氣候帶。這是理想的氣候帶，而實(shí)際氣候遠(yuǎn)為復(fù)雜，但這已形成全球氣候的基本輪廓。北半球季、年輻射總量隨緯度的分布緯度同一緯度地帶，日、季2.2太陽(yáng)輻射在大氣中的傳輸

太陽(yáng)輻射光譜變化：

到達(dá)大氣上界的太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣時(shí)，由于大氣分子、水汽和灰塵等吸收、散射和反射作用，地表接受的太陽(yáng)輻射數(shù)量和光譜成份發(fā)生的變化。

天文輻射穿過(guò)大氣到達(dá)地面后強(qiáng)度減弱和顏色變化。

2.2太陽(yáng)輻射在大氣中的傳輸太陽(yáng)輻射光譜變化：圖表明太陽(yáng)輻射光譜穿過(guò)大氣時(shí)受到減弱的情況：曲線1是大氣上界太陽(yáng)輻射光譜；曲線2是臭氧層下的太陽(yáng)輻射光譜；曲線3是同時(shí)考慮到分子散射作用的光譜；曲線4是進(jìn)一步考慮到粗粒散射作用后的光譜；曲線5是將水汽吸收作用也考慮在內(nèi)的光譜，它也可近似地看成是地面所觀測(cè)到的太陽(yáng)輻射光譜。對(duì)比曲線1和5可以看出太陽(yáng)輻射光譜穿過(guò)大氣后的主要變化有：①總輻射能有明顯地減弱；②輻射能隨波長(zhǎng)的分布變得極不規(guī)則；③波長(zhǎng)短的輻射能減弱得更為顯著。圖表明太陽(yáng)輻射光譜穿過(guò)大氣時(shí)受到減弱的情況：曲線1是大氣上大氣對(duì)太陽(yáng)輻射吸收

.太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)整層大氣時(shí)，0.29μm以下的紫外線幾乎全部被吸收，在可見(jiàn)光區(qū)大氣吸收很少。在紅外區(qū)有很強(qiáng)的吸收帶。

.大氣中吸收太陽(yáng)輻射的物質(zhì)主要有氧、臭氧、水汽和液態(tài)水，其次有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和塵埃等。

.云層能強(qiáng)烈吸收和散射太陽(yáng)輻射，同時(shí)還強(qiáng)烈吸收地面反射的太陽(yáng)輻射（云的平均反射率為0.50～0.55）。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射吸收.太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)整層大二氧化碳:對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收總的說(shuō)來(lái)是比較弱的，僅對(duì)紅外區(qū)4.3μm附近的輻射吸收較強(qiáng)，但這一區(qū)域的太陽(yáng)輻射很微弱，被吸收后對(duì)整個(gè)太陽(yáng)輻射的影響不大。大氣對(duì)長(zhǎng)波吸收：主要發(fā)生紅外光譜區(qū)。大氣對(duì)長(zhǎng)波吸收：8-12um吸收率最?。ù髿獯埃┒趸?對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收總的說(shuō)來(lái)是比較弱的，僅對(duì)紅外區(qū)大氣對(duì)太陽(yáng)輻射收散射過(guò)程：散射通過(guò)氣體分子和粒子在大氣中影響短波輻射，散射的程度取決于分子大小和輻射的波長(zhǎng)；如果太陽(yáng)輻射遇到空氣分子直徑比波長(zhǎng)小，輻射的波長(zhǎng)越短，散射的越強(qiáng)。對(duì)于一定大小的分子來(lái)說(shuō)，散射能力與波長(zhǎng)的4次方成反比，但具有選擇性，稱為分子散射。散射只改變輻射的方向，而不能把輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；大氣?duì)太陽(yáng)輻射收散射過(guò)程：如果太陽(yáng)輻射遇到空氣分子直徑

大氣對(duì)太陽(yáng)輻射反射過(guò)程未被地球-大氣系統(tǒng)吸收或散射的短波輻射，在遇到分子，顆粒和物體后，無(wú)阻擋地直接返回太空。反射在大氣和地表面均能發(fā)生。

反射對(duì)波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，云的反射作用最為顯著，反射能力和云狀和云厚度有關(guān)。大氣對(duì)太陽(yáng)輻射反射過(guò)程反射對(duì)波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，云的影響地球大氣中輻射傳輸?shù)娜齻€(gè)過(guò)程中，其中反射是最重要的，尤其是云層對(duì)太陽(yáng)輻射的反射最為明顯，散射次之，吸收作用相對(duì)最小。全球平均而言，太陽(yáng)輻射約有30%被反射、散射回宇宙（行星反照率），20%被大氣和云層直接吸收，50%到達(dá)地面。影響地球大氣中輻射傳輸?shù)娜齻€(gè)過(guò)程中，其中反射是最重要的兩個(gè)原因：一是大氣中各種分子和原子吸收輻射，使輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?；二是大氣中的氣體分子、塵埃和水滴等質(zhì)點(diǎn)將來(lái)自某方向的輻射散射到四面八方，從而減弱了天體輻射的強(qiáng)度。大氣消光與大氣的成分、輻射的波長(zhǎng)和輻射穿過(guò)大氣的厚度有關(guān)。通常藍(lán)光所受的消光作用比紅光嚴(yán)重，輻射穿過(guò)大氣層的厚度增加，消光作用也加劇。因此，天體的天頂距越大，大氣消光影響越大。。大氣的消光作用兩個(gè)原因：大氣的消光作用大氣光學(xué)質(zhì)量：1個(gè)大氣質(zhì)量：當(dāng)太陽(yáng)位于天頂時(shí)，該地單位面積光束所穿過(guò)厚度為單位面積柱體的大氣質(zhì)量。

earthhZm=1ABB’ATupperbound大氣光學(xué)質(zhì)量m：入射光路經(jīng)通過(guò)的大氣質(zhì)量相對(duì)于1個(gè)大氣質(zhì)量的倍數(shù)。大氣光學(xué)質(zhì)量：earthhZm=1ABB’ATupper大氣透明系數(shù)P垂直入射時(shí)到達(dá)地表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度與(I1)大氣上界太陽(yáng)輻照度(I)之比。若太陽(yáng)入射方向大氣質(zhì)量為m時(shí)，到達(dá)地表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Im，若太陽(yáng)入射方向大氣質(zhì)量為m時(shí)，到達(dá)地表面的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度Im，2.3輻射物理氣候的某些特征直接太陽(yáng)輻射大氣消光后水平地面上直接太陽(yáng)輻射日總量：水平地表面太陽(yáng)輻射：對(duì)于某一地點(diǎn)而言：求算一般方法：2.3輻射物理氣候的某些特征直接太陽(yáng)輻射大氣消光后水平地

散射輻射假定大氣散射各向同性，一半到達(dá)宇宙空間，一般到達(dá)地面，即天空散射，地面觀測(cè)到的散射輻射：無(wú)云天空：⊙S0S0’BB’A大氣上界：地表面：大氣上界和地表面太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的差值主要決定于太陽(yáng)輻射在大氣中的散射過(guò)程。大氣上界垂直于光線表面和水平面上那個(gè)的太陽(yáng)輻射散射輻射假定大氣散射各向同性，一半到達(dá)宇宙空間，一般到

散射輻射地表的散射輻射和太陽(yáng)高度及大氣透明系數(shù)的關(guān)系(表2.19)：

無(wú)云時(shí)到達(dá)地表的散射輻射隨太陽(yáng)高度增加而加大，在到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射總能量中所占的比例越小。隨大氣透明度的減小而增加。有云時(shí)散射輻射變化與太陽(yáng)高度和下墊面的反射率有關(guān)：散射輻射地表的散射輻射和太陽(yáng)高度及大氣透明系數(shù)的關(guān)系(

2散射輻射由于多次反射產(chǎn)生相對(duì)增量為：到達(dá)地面的散射輻射總量為：到達(dá)地面的散射輻射增量為：有云天空：DDa1Da1a2地面反射率a1和云底反射率a22散射輻射由于多次反射產(chǎn)生相對(duì)增量為：到達(dá)地面的散射輻

散射輻射是一種短波輻射，其能量分布比直接輻射更集中于波長(zhǎng)較短的光區(qū)。

從上式可以看出，散射輻射的大小也與太陽(yáng)高度角、大氣透明度、大氣質(zhì)量數(shù)等因素有關(guān)：當(dāng)太陽(yáng)高度角增大時(shí)，直接輻射增加，散射輻射也增大；在太陽(yáng)高度角一定時(shí)，如果大氣透明度不好，散射質(zhì)點(diǎn)多，散射輻射增強(qiáng)；而大氣透明度好，散射質(zhì)點(diǎn)少，散射輻射減弱。

散射輻射的日、年變化也主要取決于太陽(yáng)高度角的變化。一天中散射輻射的最大值出現(xiàn)在正午前后，一年中散射輻射的最大值出現(xiàn)在夏季。

散射輻射是一種短波輻射，其能量分布比直接輻射更集中于總輻射實(shí)際總輻射/可能總輻射計(jì)算旬和月的平均總量計(jì)算：地表總輻射緯度不大于60的各個(gè)氣候帶內(nèi)水平地面上的太陽(yáng)輻射（直接太陽(yáng)輻射）+散射實(shí)際日照時(shí)數(shù)/可能日照時(shí)數(shù)總輻射實(shí)際總輻射/可能總輻射計(jì)算旬和月的平均總量計(jì)算：地表總

太陽(yáng)總輻射的年總量的地理分布特征

緯向帶狀分布，云量的不均勻分布使其緯向分布特征破壞。

總輻射隨緯度的分布一般是：緯度愈低總輻射愈大。反之就愈小。但由于赤道附近云很多，對(duì)太陽(yáng)輻射削弱得也很多，所以，總輻射年總量最大值不是出現(xiàn)在赤道，而是出現(xiàn)在緯度20°附近。

中高緯度地區(qū)，總輻射強(qiáng)度（指月平均值）夏季最大，冬季最??；赤道附近（緯度0～20°左右），一年中有兩個(gè)最大值分別出現(xiàn)在春分和秋分。

一般西部多于東部，山區(qū)多于平原。四川盆地為低值區(qū)，最低值僅為310×１０７J/(m2·a)。青藏高原為高值區(qū)，年平均總量達(dá)790×１０７J/(m2·a)，比同緯度東部地區(qū)幾乎高出一倍。

緯向帶狀分布，云量的不均勻分布使其緯向分布特征破壞?？傁陌肽贻椛淇偭孔兓和暥榷肽旰拖掳肽贻椛淇偭康牟钪惦S緯度的增大而增大；輻射總量最大值出現(xiàn)在緯度25oN附近，向赤道和極地方向減?。?0oN與赤道，40oN與10oN，赤道輻射總量大致相當(dāng)。冬半年輻射總量變化輻射總量隨緯度增加而減少，減少的梯度明顯大于夏半年；輻射總量的緯度梯度愈向高緯愈大，一直到極點(diǎn)附近，整個(gè)冬半年的輻射總量為零。夏半年輻射總量變化：冬半年輻射總量變化輻射總量隨緯度增加全年輻射總量變化太陽(yáng)輻射年總量的緯度梯度，在中緯度地區(qū)比在赤道和極地附近大得多；緯度0oN-10oN，輻射年總量的相對(duì)變率為1.4%，緯度50oN-60oN，輻射年總量的相對(duì)變率為16.8%，緯度80oN-90oN，輻射年總量的相對(duì)變率為3%.在中高緯度地區(qū)，熱力梯度增大，對(duì)流層平均溫度場(chǎng)南北溫度梯度最大，氣候鋒帶的形成，氣旋活動(dòng)頻繁。全年輻射總量變化太陽(yáng)輻射年總量的緯度梯度，在中緯度地區(qū)比在赤

反射率A0（ALBEDO）A0=S反射/Q總輻射Fresnel反射特征：地表反射率的估算和太陽(yáng)高度角有關(guān)，其反照率在太陽(yáng)高度角從90o變到40o時(shí)基本為一常數(shù)，當(dāng)太陽(yáng)高度小于40o反射率迅速增加.地表反照率估算：反射率A0（ALBEDO）A0=S反射/Q總輻射Fr(1）

顏色對(duì)反射率的影響:

顏色不同的各種下墊面，對(duì)太陽(yáng)輻射可見(jiàn)光部分有選擇反射的作用。各種顏色表面的最強(qiáng)反射光譜，就是它本身顏色的波長(zhǎng)。白色表面具有最強(qiáng)的反射能力，黑色表面的反射能力較小，綠色植物對(duì)黃綠光的反射率大。顏色不同，反射率有很大差別，例如新白雪的反射率可高達(dá)80%～95%，而黑鈣土的反射率只有5%～12%。

到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射不能完全被地面吸收，有一部分將被地面反射。地面反射輻射的大小與地面對(duì)太陽(yáng)輻射或稱短波輻射的反射率α(Albedo)有關(guān)。短波輻射反射率主要與下墊面的顏色、濕度、粗糙度、不同植被、土壤性質(zhì)及太陽(yáng)高度角等因素有關(guān):(1）顏色對(duì)反射率的影響:顏色不同的各種下墊面，對(duì)

(2)土壤濕度對(duì)反射率的影響反射率將隨土壤濕度的增大而減小。例如白沙土，隨著濕度的增加其反射率從40%降到18%，減少了22%。這是因?yàn)樗姆瓷渎时汝懨嫘〉木壒?。有試?yàn)指出，地面反射率與土壤濕度呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。

3.粗糙度對(duì)反射率的影響隨著下墊面粗糙度的增加，反射率明顯減小。這是由于太陽(yáng)輻射在起伏不平的粗糙地表面，有多次反射，另外太陽(yáng)輻射向上反射的面積相對(duì)變小，所以導(dǎo)致反射率變小。

(2)土壤濕度對(duì)反射率的影響(4).太陽(yáng)高度角對(duì)反射率的影響

當(dāng)太陽(yáng)高度角比較低時(shí)，無(wú)論何種表面，反射率都較大。隨著太陽(yáng)高度角的增大，反射率減小。一日中太陽(yáng)高度有規(guī)律的日變化，使地面反射率也有明顯的日變化，中午前后較小，早、晚較大。(5）.幾種下墊面的反射率

植被反射率的大小與植被種類、生長(zhǎng)發(fā)育狀況、顏色和郁閉程度有關(guān)。植物顏色愈深，反射率愈小，綠色植物在20%左右。植物苗期與裸地相差不多，反射率較大；生長(zhǎng)盛期反射率變小，多在20%左右；成熟期，莖葉枯黃，反射率又增大。(4).太陽(yáng)高度角對(duì)反射率的影響5幾種下墊面的反射率

水面的反射率一般比陸面小，波浪和太陽(yáng)高度角對(duì)水面的反射率有很大的影響。一般太陽(yáng)高度角愈大，水面愈平靜，反射率愈小，例如當(dāng)太陽(yáng)高度角大于60°時(shí)，平靜水面的反射率小于2%，高度角為30°時(shí)，反射率增至6%，高度角為2°時(shí)，反射率可達(dá)80%。新雪面的反射率可高達(dá)90%以上，臟濕雪面的反射率只有20%～30%，冰面的反射率大致為30%～40%。由于反射率隨各地自然條件而變化，所以它在季節(jié)上的變化也是很大的。由此可見(jiàn)，即使總輻射的強(qiáng)度一樣，不同性質(zhì)的地表真正獲得的太陽(yáng)輻射仍有很大差別，這也是導(dǎo)致地表溫度分布不均勻的重要原因之一。5幾種下墊面的反射率

太陽(yáng)系九大行星中以金星的反射率為最大：７６％，水星的最?。海保埃?。地球的反射率各研究者所得的數(shù)值各不相。大體在３５％－４３％之間．目前行星反照率在30%左右。行星反照率的地理分布:1）由赤道向兩極增高，2）在南半球，其等值線呈明顯的帶狀分布；在北半球，反射率季節(jié)變化比較大，北極圈內(nèi)，等值線的分布較為復(fù)雜。3）在低緯熱帶地區(qū)，其行星反照率分布于所在緯度的年平均值存在明顯偏離。太陽(yáng)系九大行星中以金星的反射率為最大：７６％，水星的最小4）海洋上的行星反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陸地；5）在赤道附近，由熱帶高值區(qū)向赤道減小，但在赤道輻合帶內(nèi)形成數(shù)值較小的峰值區(qū)。氣旋活動(dòng)頻繁地區(qū)以及氣旋移行路徑上，行星反射率的季節(jié)變化明顯，在沙漠、冰雪覆蓋區(qū)、永久性反氣旋地區(qū)以及云區(qū)，其地理分布的變化相對(duì)較小。4）海洋上的行星反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于陸地；氣旋活動(dòng)頻繁

長(zhǎng)波有效輻射地球輻射平衡溫度：255K太陽(yáng)輻射地球熱輻射5780K255K0.10.5351050100

m4長(zhǎng)波有效輻射地球輻射平衡溫度：255K太陽(yáng)輻射地球熱輻射5（1）地球的輻射平衡溫度

長(zhǎng)波有效輻射

地球吸收剩余的部分太陽(yáng)輻射而增溫，同時(shí)地球也將以長(zhǎng)波長(zhǎng)的電磁波向空間輻射，當(dāng)兩者平衡后，地球溫度保持不變的狀態(tài)時(shí)的溫度。（2）地球的輻射特性

太陽(yáng)輻射在波長(zhǎng)0.4

m附近最大，地球輻射在10m附近最大，3-80m波譜內(nèi)（90%）；此兩種輻射在4m處交界，地球輻射屬于紅外輻射，太陽(yáng)輻射大部分在可見(jiàn)光部分。（1）地球的輻射平衡溫度長(zhǎng)波有效輻射地比輻射率，0.85

0.99

長(zhǎng)波有效輻射有效輻射F數(shù)學(xué)表達(dá)式/長(zhǎng)波輻射平衡/長(zhǎng)波輻射凈通量地面向上輻射U，大氣逆輻射G，地面對(duì)長(zhǎng)波輻射吸收率a，比輻射率=0.85

0.99。比輻射率，0.850.99長(zhǎng)波有效輻射有效輻射F數(shù)學(xué)表地面有效輻射計(jì)算方法地面有效輻射主要決定與地面溫度、空氣濕度、大氣中隨其含量和云狀云量等氣象因子。晴天有效輻射可表示為：考慮云的影響：是大氣逆輻射加強(qiáng)，有效輻射減??；影響大氣逆輻射的主要因子---云量n和云底溫度Tc影響系數(shù)0.75地面有效輻射：大氣逆輻射：地面有效輻射：大氣逆輻射：地面有效輻射：大氣逆輻射：地面有效輻射計(jì)算方法地面有效輻射主要決定與地面溫度、空氣濕度大氣逆輻射和有效輻射的日變化特點(diǎn)：

晴夜大氣逆輻射的降低首先是有溫度的降低引起的；在氣溫相近的條件下，空氣中水汽含量對(duì)大氣逆輻射有較大影響。