大學(xué)經(jīng)典衛(wèi)星氣象學(xué)-文庫吧
2025-04-18 08:19 本頁面
【正文】 感信息 、 太陽和地球 — 大氣系統(tǒng)輻射 ， 及其光譜特征 。 一 、 太陽輻射及其光譜特征 ?太陽： 6000K火球，直徑 ，是地球的 104倍；日地平均距離 d0= 108公里。 ?太陽輻射用太陽常數(shù)、太陽光譜 (在大氣頂處、在地面處）描述。 第二節(jié) 太陽和地球 大氣系統(tǒng)輻射 太陽常數(shù)： 指在不考慮大氣作用，在平均日 地距離處，垂直于太陽入射的表面上接收到太陽的輻照度 。根據(jù)高空氣球、飛機(jī)、衛(wèi)星測量到的太陽常數(shù)數(shù)值為 1353瓦 /平方米，其估計(jì)誤差為177。 21瓦 /平方米。太陽常數(shù)的變化與太陽黑子數(shù)有關(guān)。由太陽常數(shù)可以計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)太陽輻射的總能量為 式中 d0是日地平均距離， S0是太陽常數(shù)。 Q單位為瓦。 ? ?瓦1026202082 13 531144????? ??? SdQ能量平衡：到達(dá)地球大氣頂?shù)奶栞椛渫ㄟ^大氣時(shí)，大約 35% 被地球、大氣、云層反射 17% 被大氣吸收 47% 到達(dá)地面、被地表吸收 ▲ 太陽光譜： 太陽輻射能主要集中在 ， 輻射最大值位于 ,色溫度 Tc 。 1/4能量在波長 ?， 46%的能量在 — m的可見光波段。 假設(shè)太陽是理想的黑體，則可由 斯蒂芬 波爾茲曼定律和維恩位移公式計(jì)算出太陽的有效溫度 Te: 4/124/1 4( ）（） 日日???RQETe ??KT C 1 6 8 9 82 8 9 8m a x??? ? ▲ 二、太陽吸收光譜（如圖）：該光譜與 6000K的黑體輻射光譜有明顯差異，存在許多由大氣中的臭氧、氧、水汽、二氧化碳及塵埃等物質(zhì)選擇性吸收作用造成的吸收線和吸收帶。 ?O3吸收：主要位于紫外光 ??m ； ?m； 可見光 ?m。 ?O2吸收：紫外、可見光。 ?H2O吸收： ?m； ?m ?CO2吸收： ?m 成 分 體積混合比 （ %） 混合比特征 強(qiáng)吸收位置 （ ?m） 次強(qiáng)吸收位置 （ ?m） 氧和氮 99 常數(shù) 不吸收 不吸收 H2O — 可變 ， ， ， ， CO2 常數(shù) ， ， ， ， ， ， ， O3 106 可變 ， ， ， ， N2O — 10 5 可變 ， ， ， ， CH4 — 10 4 可變 ， ， CO — 10 5 可變 大氣氣體的吸收譜帶 地面及其覆蓋物對太陽輻射的反射 太陽光通過大氣被吸收和散射后，到達(dá)地面的輻射一部分被地面吸收，部分又被反射到空間。地表面反射的強(qiáng)弱與物體的反照率和太陽高度角有關(guān)，反照率隨波長、地面顏色、干濕度、粗糙度和太陽高度角而變。 1. 地面土壤粒子結(jié)構(gòu)、土壤水分對反照率的影響： 通常土壤顆粒越小，顆粒間的空隙越小，吸收越少反射越大。干燥的砂質(zhì)土具有較高的反照率，隨土壤濕度加大，反照率明顯減小。土壤濕度增大到一定值時(shí)，反照率將緩慢減小，當(dāng)土壤達(dá)到吸濕極限時(shí)，反照率將幾乎不變。 三種不同含水量砂土的光譜反射曲線 反射率 % 波長 ?m 0— 4% 5— 12% 22— 32% 不同土壤濕度下含沙壤土的反射率 植被的反照率 ： （ 1）有植被覆蓋的地表反照率 有植被覆蓋的地表，其反照率與植物的種類、地面覆蓋度、作物生長發(fā)育和顏色有關(guān)。綠色植物的反照率決定于體內(nèi)葉綠素和水的吸收，葉綠素在 、 ，水在 米處有強(qiáng)吸收，所以綠色植物在 (— 米）處有強(qiáng)反射和低吸收。 可見光 中紅外小麥葉子的反射光譜 作物在生長和衰老期間光譜變化 衰老期小麥葉子反射光譜 波長 ?m 葉子反射率、水吸收率 % 葉子反射率 水吸收率 葉子反射率、水吸收率的反相關(guān)系 （ 2）不同生長期作物反照率 （ 3）土壤對植物光譜的影響 （ a）不同種類作物和裸地的反照率 （ b）作物覆蓋率和生物量對反照率的影響 （ 4）不同種類的作物及狀況對反照率的影響 冰雪的反照率 ： 雪的反照率在小于 100％，在大于 增加而減小。新雪和陳雪之間也有明顯的差異。在可見光波段，兩者的反照率較高，相差很小，但近紅外波段，其反照率明顯下降，陳雪的反照率減小得更快，在 。在 ，云和雪的反照率都很高，差異很小，在中紅外波段， ，云層有很高的反照率，雪的反照率很低。 用中紅外波段可以將云與雪區(qū)分開；冬季雪融化時(shí)，可以利用紅外波段識別積雪。 波長 ?m 反射率 % 雪的反射特性曲線 新雪（冷） 陳雪（融化或解凍） 盆地積雪區(qū)較山地積雪均勻 ； 東北和蒙古地區(qū)的積雪、華北地區(qū)（ S）和中原地區(qū)（ N）、渤海灣（ B）四周陸地有積雪區(qū)； 弧型分布的喜馬拉雅山地積雪 ?冰雪覆蓋區(qū)在可見光云圖上表現(xiàn)為灰白到白色不等，冰雪厚度越厚，色調(diào)越白。在衛(wèi)星云圖上積雪深度超過 3厘米才能清楚地表現(xiàn)出來。 ?在紅外云圖上，有雪覆蓋的地區(qū)色調(diào)比四周地區(qū)更白。積雪區(qū)的亮度決定于積雪區(qū)內(nèi)是否有植被、植被的種類以及有多少植被為積雪所覆蓋。 ?如果積雪很淺，在可見光云圖上容易看出，在紅外云圖上不容易看出，這因?yàn)檠┟媾c四周地表的色調(diào)相差很小，而雪面的反照率比無雪的地表要大許多。 水體的反射特性 : 水的反照率與水的混濁度，含鹽量和葉綠素的濃度有關(guān)。利用它們這些關(guān)系可以探測水中泥沙量，葉綠素等。 ① 在可見光波段水體的吸收最小 ， 即透過率最大在 右；在 ,對清潔水的穿透深度約為 10米 ,米波段約為 3米 , 1米 ， 而在 只能達(dá)到 10厘米 。 清水的吸收系數(shù) ② 混濁水體的反照率：懸浮泥沙是影響水體光譜響應(yīng)的主要因素之一 。 濁水的反照率比清水高得多 ， 濁水的反射峰值出現(xiàn)在更長的波長上 。 在 — 段內(nèi)的反照率與水體的混濁度是呈線性相關(guān)的 ， 由此可推算水中的 泥沙量 。 ③ 葉綠素對水體反照率的影響:水體中葉綠素濃度增加時(shí) ， 可見光波段藍(lán)光部分的反照率顯著下降 ， 但綠光部分的反照率則上升 。 葉綠素濃度值是衡量水體初級生產(chǎn)力和富營養(yǎng)化作用的有用指標(biāo) 。 不同葉綠素濃度的海水返照率 ~ 不同覆蓋物的反照率隨波長的變化 反照率隨波長的變化： 反照率是波長的函數(shù)，各種物體的反照率隨波長的變化不一樣， 選擇波段，可將某些物體區(qū)別開來 。從可見光到近紅外波段，干燥土壤的反
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