大氣科學(xué)基礎(chǔ)第二章(編輯修改稿)
2025-05-11 00:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ） 概念 :太陽(yáng)常數(shù) 試從日地關(guān)系解釋地球上季節(jié)變化的原因。 3 * 、已知太陽(yáng)常數(shù)為 1367 ，請(qǐng)計(jì)算（ 1）太陽(yáng)表面的輻射出射度；（ 2）全太陽(yáng)表面的輻射通量；（ 3）整個(gè)地球得到的太陽(yáng)輻射通量占太陽(yáng)發(fā)射輻射通量的份數(shù)。 2??mW大氣科學(xué)概論 4 * 、設(shè)大氣上界太陽(yáng)直接輻射在近日點(diǎn)時(shí)為 S1，在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)為 S2，求其相對(duì)變化值 。 5 * 、設(shè)太陽(yáng)表面為 5800K的黑體，地球大氣上界表面為 300K的黑體，在日地平均距離時(shí)，求大氣上界處波長(zhǎng)為 10μm的太陽(yáng)單色輻照度及地球的單色輻射出射度。 167。 習(xí)題（ 2） 121sss ?大氣科學(xué)概論 6 * 、如果太陽(yáng)常數(shù)增加 4%，則太陽(yáng)表面有效溫度升高多少度？地球表面有效溫度升高多少度（行星反射率為 ）？ 167。 習(xí)題（ 3） 大氣科學(xué)概論 167。 大氣對(duì)輻射的衰減 大氣對(duì) 太陽(yáng)短波輻射 的削弱：主要是 吸收和散射 作用。 大氣對(duì) 地氣長(zhǎng)波輻射 的削弱：往往只考慮 吸收 ，忽略散射。 167。 167。 大氣科學(xué)概論 167。 選擇性吸收 短波輻射 ：主要是水汽，其次是氧、臭氧，而 CO2吸收不多； 長(zhǎng)波輻射 ：主要是水汽，其次是 CO2和臭氧。 大氣吸收光譜： H2O 吸收約 20%的太陽(yáng)能量 幾乎覆蓋長(zhǎng)波輻射整個(gè)波段 ?m振動(dòng)帶 大于 12?m轉(zhuǎn)動(dòng)帶 大氣吸收光譜 H2O ? H2O主要集中在大氣下層，吸收作用主要在對(duì)流層，特別是對(duì)流層下層。 ? 液態(tài)水：吸收帶與氣態(tài)對(duì)應(yīng)，波段向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。 大氣吸收光譜 O2 ? 主要在小于 ?m的 紫外區(qū) ： ? 舒曼 龍格（ SchumannRunge）吸收帶 ? 赫茲堡（ Herzberg）帶 ? 因小于 ?m的太陽(yáng)輻射能量不到 %，而且 O2在 可見(jiàn)光 波段的兩吸收帶較弱 (A帶、 B帶） ，所以對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱不大。 大氣吸收光譜 大氣吸收光譜 O3 強(qiáng)吸收在的 紫外區(qū) ： 哈特來(lái)（ Hartley）帶 — 最強(qiáng) 哈金斯（ Huggins）帶 — 較弱 可見(jiàn)光區(qū)：查普尤（ Chappuis）帶 — 較弱 O3層吸收太陽(yáng)輻射的 2%— 平流層溫度高的原因（圖） 紅外區(qū) ： ?m、 ?m 、 ?m較強(qiáng)吸收帶 大氣吸收光譜 大氣吸收光譜 CO2 大于 2?m的紅外區(qū)： 較強(qiáng)中心： ?m、 ?m 、 15?m（圖） 對(duì)長(zhǎng)波輻射，以 15?m最重要 大氣吸收光譜 吸收 氣體 吸收光譜 對(duì)輻射的作用 H2O 水汽主要為 紅外區(qū) ：最強(qiáng)為 m振轉(zhuǎn)帶和 12μ m轉(zhuǎn)動(dòng)帶； 液態(tài)水吸收帶與水汽對(duì)應(yīng)，但向長(zhǎng)波移動(dòng) 吸收了約 20%太陽(yáng)能量，使太陽(yáng)光譜改變。 幾乎覆蓋地氣長(zhǎng)波輻射全波段。 O2 主要 m紫外區(qū) ： 舒曼 龍格帶（ ）、 赫茲堡帶 () 可見(jiàn)光 區(qū)： A帶（ ）、 B帶 () 吸收作用很強(qiáng)，但吸收能量不多，對(duì)太陽(yáng)輻射削弱不大。 O3 最強(qiáng)在 紫外區(qū) ：哈特來(lái)帶（ ）、哈金斯帶 () 可見(jiàn)光 ：查普尤帶 紅外區(qū) ： ( m、 m、 m) O3層吸收太陽(yáng)輻射能量的 2%左右，是導(dǎo)致平流層上部溫度較高的原因。 CO2 2μ m紅外區(qū) （ m、 m、 15μ m） 對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收不專門(mén)討論。 對(duì)長(zhǎng)波輻射，以 15μ m吸收帶最為重要。 太陽(yáng)輻射 ：紫外 m幾乎全吸收 ， 可見(jiàn)光吸收不強(qiáng) ，紅外主要是水汽吸收 ， 其次為 CO CH4。 地面輻射 ： 14μ m遠(yuǎn)紅外輻射幾乎全吸收 ， 除 大氣之窗 。 大氣吸收光譜 紫外 可見(jiàn) 紅外 遠(yuǎn)紅外 大氣之窗： 除了 吸收帶外 ， 在 8~12μm波段 ， 整層大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射吸收很弱 ， 稱為大氣之窗 。 大氣科學(xué)概論 167。 3 太陽(yáng)輻射及其在大氣中的衰減 167。 太陽(yáng)輻射及日地關(guān)系 167。 大氣對(duì)輻射的衰減 167。 167。 對(duì)太陽(yáng)輻射需考慮 散射 ，對(duì)長(zhǎng)波輻射可忽略。 分子散射 ：散射能力與波長(zhǎng)的四次方成反比 ， 即散射具有波長(zhǎng)選擇性 ， 散射能量分布呈 對(duì)稱球形 。 分子散射與米散射 分子散射與米散射 分子散射 ：散射能力與波長(zhǎng)的四次方成反比 ， 即散射具有波長(zhǎng)選擇性 ， 散射能量分布呈 對(duì)稱球形 。 米散射 ：散射對(duì)所有波長(zhǎng)的輻射都同樣地發(fā)生 ， 無(wú)波長(zhǎng)選擇性 ， 散射能量在入射光方向伸長(zhǎng) ， 散射質(zhì)點(diǎn)越大 ， 偏離對(duì)稱 越多 。 尺度數(shù) 散射在整個(gè)電磁波譜內(nèi)都會(huì)發(fā)生，但散射的強(qiáng)弱及散射能 量的空間分布與波長(zhǎng)、散射質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)大小有關(guān) 。 尺度數(shù)： x：尺度數(shù) a：粒子半徑 λ：入射輻射波長(zhǎng) ?? ax2? 散射過(guò)程分類 （ 1）瑞利散射 ： α1， rλ (氣體分子對(duì)可見(jiàn)光的散射 ) （ 2）米散射： α50， r～ λ (大氣中云滴、塵埃對(duì)可見(jiàn)光的散射） （ 3）幾何光學(xué)范疇 ： α50， rλ（大雨滴對(duì)可見(jiàn)光產(chǎn)生折射、反射現(xiàn)象 散射類型是由入射輻射波長(zhǎng)與質(zhì)點(diǎn)半徑的相對(duì)大小來(lái)確定 。 問(wèn)題 1：為何晴朗的天空呈藍(lán)色？云是白色的？ 問(wèn)題 2：為什么三伏天最熱？ 大氣科學(xué)概論 167。 復(fù)習(xí)題 大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用有哪些？試列出吸收太陽(yáng)輻射的主要?dú)怏w和吸收光譜。 大氣對(duì)輻射的散射作用可分為哪幾類？ 大氣科學(xué)概論
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