《氣象學(xué)太陽(yáng)輻射》課件

氣象學(xué)太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射是地球大氣和地表能量的主要來(lái)源。太陽(yáng)輻射對(duì)地球氣候系統(tǒng)至關(guān)重要，影響著溫度、降水、風(fēng)和云等氣象要素。課程導(dǎo)言11.引言介紹太陽(yáng)輻射在氣象學(xué)中的重要性，以及它與我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系。22.學(xué)習(xí)目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生掌握太陽(yáng)輻射的基本概念，了解太陽(yáng)輻射的種類、特點(diǎn)、傳播和測(cè)量。33.課程內(nèi)容詳細(xì)介紹太陽(yáng)輻射的定義、特點(diǎn)、種類、傳播過程，以及對(duì)地球氣候和生物圈的影響。44.課程安排介紹課程的教學(xué)安排，包括課時(shí)安排、學(xué)習(xí)內(nèi)容、作業(yè)要求等。太陽(yáng)輻射的定義太陽(yáng)輻射概述太陽(yáng)輻射是指太陽(yáng)以電磁波形式向外釋放的能量。能量來(lái)源太陽(yáng)輻射的能量來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，將氫原子核轉(zhuǎn)化為氦原子核，并釋放出巨大的能量。輻射形式太陽(yáng)輻射包含多種波長(zhǎng)的電磁波，包括可見光、紅外線、紫外線等。重要性太陽(yáng)輻射是地球能量的主要來(lái)源，對(duì)地球的氣候、生態(tài)、生命活動(dòng)等方面都起著至關(guān)重要的作用。太陽(yáng)輻射的特點(diǎn)能量豐富太陽(yáng)輻射包含大量能量，是地球能量的主要來(lái)源，為地球上的生命提供能量。波長(zhǎng)范圍廣太陽(yáng)輻射包含從短波紫外線到長(zhǎng)波紅外線的多種波長(zhǎng)，其中可見光占絕大部分。強(qiáng)度變化大太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度受季節(jié)、緯度、時(shí)間、天氣等因素影響，變化很大。方向性明顯太陽(yáng)輻射來(lái)自太陽(yáng)，方向性強(qiáng)，影響地球上各地的能量分配和氣候變化。太陽(yáng)輻射的種類直射輻射太陽(yáng)光線直接照射到地球表面。散射輻射太陽(yáng)光線被大氣中的氣體和塵埃散射到各個(gè)方向。反射輻射太陽(yáng)光線被地球表面反射回大氣層。直射輻射太陽(yáng)光線到達(dá)地表時(shí)，太陽(yáng)光線沒有發(fā)生改變直接照射直射輻射指太陽(yáng)光線直接照射到地表上的輻射能量入射角直射輻射的強(qiáng)度取決于太陽(yáng)高度角和大氣透明度散射輻射大氣分子散射大氣中的氣體分子如氮?dú)夂脱鯕獾?，?huì)將太陽(yáng)輻射散射到各個(gè)方向。氣溶膠散射大氣中懸浮的微小顆粒，如塵埃、水滴和冰晶等，會(huì)將太陽(yáng)輻射散射到各個(gè)方向。瑞利散射當(dāng)太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)比散射顆粒尺寸小時(shí)，就會(huì)發(fā)生瑞利散射，導(dǎo)致天空呈現(xiàn)藍(lán)色。米氏散射當(dāng)太陽(yáng)輻射波長(zhǎng)與散射顆粒尺寸相近時(shí)，就會(huì)發(fā)生米氏散射，導(dǎo)致云層呈現(xiàn)白色。反射輻射11.地表反射地表反射是指太陽(yáng)輻射照射到地表后，被地表反射回大氣層中的輻射。22.反射率不同地表反射率不同，例如，雪地反射率較高，而森林反射率較低。33.反射輻射的影響反射輻射會(huì)影響大氣溫度、云量、降水等氣象要素。太陽(yáng)輻射的傳播1直射輻射傳播太陽(yáng)光以直線形式到達(dá)地球表面，被稱為直射輻射。2散射輻射傳播太陽(yáng)光在穿過大氣層時(shí)，與大氣中的分子發(fā)生碰撞，改變傳播方向，形成散射輻射。3反射輻射傳播太陽(yáng)光到達(dá)地面后，被地面反射，形成反射輻射，部分返回大氣層。直射輻射的傳播1太陽(yáng)輻射來(lái)自太陽(yáng)2大氣層穿過大氣層3地球表面到達(dá)地球表面4能量直接照射太陽(yáng)輻射以直線形式傳播，穿過大氣層到達(dá)地球表面。大氣層會(huì)吸收部分輻射，但大部分能量會(huì)直接到達(dá)地面，稱為直射輻射。直射輻射是地球能量的主要來(lái)源，對(duì)地球氣候和生命活動(dòng)至關(guān)重要。散射輻射的傳播1瑞利散射波長(zhǎng)小于氣體分子尺度的散射2米氏散射波長(zhǎng)與氣體分子尺度相近的散射3非選擇性散射所有波長(zhǎng)的光都發(fā)生散射散射輻射是指太陽(yáng)輻射在傳播過程中，遇到大氣中的氣體分子、氣溶膠粒子等物質(zhì)，發(fā)生散射而改變傳播方向。散射輻射的傳播方向與入射光的傳播方向不同，而且不同方向上的散射強(qiáng)度也不同。反射輻射的傳播地表反射太陽(yáng)輻射到達(dá)地球表面后，部分會(huì)被反射回大氣層。反射率取決于地表類型，例如雪地反射率高，森林反射率低。大氣散射被反射回大氣層的輻射會(huì)被大氣中的氣體和塵埃粒子散射。散射輻射可以再次到達(dá)地表，也可以被大氣吸收。云層反射云層也會(huì)反射太陽(yáng)輻射，云層覆蓋率和云層類型會(huì)影響反射輻射的強(qiáng)度。影響太陽(yáng)輻射傳播的因素云量和云層云層可以阻擋部分太陽(yáng)輻射，減少到達(dá)地面的輻射量。不同類型的云層對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射作用不同。大氣成分大氣中的氣體，例如臭氧、二氧化碳和水蒸氣，會(huì)吸收部分太陽(yáng)輻射，影響到達(dá)地面的輻射強(qiáng)度。地球表面性質(zhì)不同地表對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率不同。例如，雪地反射率高，而森林反射率低，導(dǎo)致地表吸收的太陽(yáng)輻射量不同。大氣成分氮?dú)獾獨(dú)馐谴髿庵凶钪饕某煞郑s占空氣體積的78%。氧氣氧氣是大氣中第二豐富的成分，約占空氣體積的21%。二氧化碳二氧化碳在大氣中含量較少，但對(duì)地球氣候變化具有重要影響。臭氧臭氧層吸收紫外線輻射，保護(hù)地球生物免受傷害。大氣溫度溫度的影響溫度越高，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收能力越強(qiáng)，導(dǎo)致大氣吸收更多的太陽(yáng)輻射能量，減少到達(dá)地面的輻射量。反之，溫度越低，大氣吸收的太陽(yáng)輻射能量越少，到達(dá)地面的輻射量增加。影響因素不同高度的大氣層溫度也不同，例如對(duì)流層溫度隨著高度升高而下降，平流層溫度隨著高度升高而上升，這與大氣層的成分、氣壓和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度有關(guān)。大氣濕度水汽含量大氣濕度是指空氣中水汽含量的多少，通常用相對(duì)濕度來(lái)表示。影響輻射水汽能夠吸收和散射太陽(yáng)輻射，影響地面接收到的輻射能量。云層形成空氣中水汽達(dá)到飽和狀態(tài)后，就會(huì)凝結(jié)成云，影響太陽(yáng)輻射的通過。云量和云層云量是指天空被云遮蔽的程度。云層是指不同高度的云層，例如高層云、中層云和低層云。影響輻射云層對(duì)太陽(yáng)輻射有重要的影響，可以反射或吸收太陽(yáng)輻射。地球表面性質(zhì)反照率不同表面反照率不同。例如，雪地反照率高，吸收輻射少，沙漠反照率低，吸收輻射多。顏色顏色影響吸收和反射。深色表面吸收輻射多，淺色表面反射輻射多。粗糙度粗糙表面散射輻射多，光滑表面反射輻射多。濕度潮濕表面吸收輻射多，干燥表面反射輻射多。太陽(yáng)輻射的測(cè)量日照計(jì)日照計(jì)用于記錄太陽(yáng)輻射照射到地面的時(shí)間長(zhǎng)度，測(cè)量日照時(shí)數(shù)，單位小時(shí)。太陽(yáng)能輻射計(jì)太陽(yáng)能輻射計(jì)測(cè)量太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度，單位瓦特每平方米，也稱為太陽(yáng)輻射通量密度。熱電偶輻射計(jì)熱電偶輻射計(jì)根據(jù)熱電效應(yīng)測(cè)量太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度，將太陽(yáng)輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。輻射計(jì)的類型1熱電堆輻射計(jì)熱電堆輻射計(jì)通過測(cè)量輻射能量導(dǎo)致的溫度變化來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。2光電池輻射計(jì)光電池輻射計(jì)利用光電效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)換為電能，然后測(cè)量電流強(qiáng)度來(lái)確定太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。3示波器輻射計(jì)示波器輻射計(jì)使用熱敏電阻或熱電偶來(lái)測(cè)量輻射能量導(dǎo)致的溫度變化，并將信號(hào)顯示在示波器上。熱電堆輻射計(jì)熱電堆輻射計(jì)熱電堆輻射計(jì)是一種將電磁輻射能量轉(zhuǎn)換為熱能，再轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它利用多個(gè)熱電偶串聯(lián)連接形成熱電堆，當(dāng)輻射能量照射到熱電堆上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生溫差，從而產(chǎn)生電流。熱電堆輻射計(jì)通常用于測(cè)量太陽(yáng)輻射、地表輻射和大氣輻射等。它具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是氣象學(xué)研究中常用的輻射測(cè)量?jī)x器。光電池輻射計(jì)光電效應(yīng)原理光電池輻射計(jì)利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能。光線照射到光電池上時(shí)，會(huì)激發(fā)電子，產(chǎn)生電流，電流強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比。應(yīng)用廣泛光電池輻射計(jì)應(yīng)用于太陽(yáng)輻射測(cè)量、氣象觀測(cè)、農(nóng)業(yè)研究、太陽(yáng)能利用等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單光電池輻射計(jì)通常由光電池、放大器、顯示器等組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。示波器輻射計(jì)11.工作原理示波器輻射計(jì)利用光電效應(yīng)將輻射能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后由示波器顯示出來(lái)。22.優(yōu)點(diǎn)示波器輻射計(jì)具有響應(yīng)速度快，靈敏度高，可實(shí)時(shí)顯示輻射信號(hào)的特點(diǎn)。33.應(yīng)用示波器輻射計(jì)廣泛應(yīng)用于氣象學(xué)、太陽(yáng)能研究、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。太陽(yáng)輻射的應(yīng)用太陽(yáng)能利用太陽(yáng)能是一種清潔能源，可用于發(fā)電、供暖和生活用水。光合作用太陽(yáng)輻射是植物光合作用的能量來(lái)源，推動(dòng)著地球生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行。氣候與天氣太陽(yáng)輻射是影響地球氣候和天氣的主要因素之一。生物圈中的作用太陽(yáng)輻射對(duì)地球生物圈的形成和演化起著至關(guān)重要的作用。太陽(yáng)能利用光伏發(fā)電利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，是目前最主要的太陽(yáng)能利用方式。太陽(yáng)能熱利用利用太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，用于生活熱水、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。太陽(yáng)能建筑通過建筑設(shè)計(jì)和材料選擇，最大限度地利用太陽(yáng)能，減少能源消耗。太陽(yáng)能農(nóng)業(yè)利用太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能灌溉等技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。光合作用能量轉(zhuǎn)換太陽(yáng)輻射是植物進(jìn)行光合作用的能量來(lái)源。碳循環(huán)光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，釋放氧氣，是碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。生態(tài)基礎(chǔ)光合作用是生物圈中能量流動(dòng)的基礎(chǔ)，為所有生物提供食物和能量。氣候與天氣天氣天氣是指某一時(shí)刻或一段時(shí)間內(nèi)，大氣中各種氣象要素的綜合狀況，例如溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓等。氣候氣候是指一個(gè)地區(qū)多年平均的天氣狀況，是多種氣象要素長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)和綜合的結(jié)果。關(guān)系天氣變化無(wú)常，而氣候相對(duì)穩(wěn)定。天氣是氣候的具體表現(xiàn)，氣候是天氣的長(zhǎng)期平均。太陽(yáng)輻射影響太陽(yáng)輻射是影響氣候和天氣變化的重要因素之一，它是地球大氣運(yùn)動(dòng)和能量循環(huán)的根本來(lái)源。生物圈中的作用光合作用太陽(yáng)輻射是植物光合作用的能量來(lái)源，為生