大氣科學(xué)導(dǎo)論第二講(參考版)
2024-10-11 15:56本頁面
【正文】 時(shí)，地球接受太陽的總輻射能量會(huì)發(fā)生變化嗎？赤道仍是地球上最熱的地方嗎？ )(TB??????? ??????kThchcBk T cB???????e x p2:02:524。 54 思考題： 根據(jù) Planck公式討論在波長(zhǎng)趨于無窮大和窮接近于 0時(shí) 的形式分別是什么？ （提示：它們應(yīng)分別是 前者為 RayleighJeans輻射定律；后者為 Wien輻射定律） 當(dāng)?shù)剌S的傾角是 60176。 2. 計(jì)算地球近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)地面溫度的差別（不考慮大氣的溫室效應(yīng)）。 52 大氣成分的變化造成地氣系統(tǒng)輻射收支的改變 53 作業(yè)： 1. 太陽表面的溫度為 6000K，計(jì)算太陽表面的輻射通量（ ），從上一章的講義中找出水星、金星、地球和火星距太陽的距離，計(jì)算在沒有溫室效應(yīng)的情況下，這些星球表面的溫度。氣溶膠的增加有可能使云量增加，降水減少。 總體而言，氣溶膠增加導(dǎo)致太陽向地球的短波輻射減少和地面溫度降低。 ? 氣溶膠的直接的輻射強(qiáng)迫：指氣溶膠濃度增加后，它對(duì)太陽輻射的散射和吸收會(huì)增加，但散射作用會(huì)使地球大氣系統(tǒng)反射太陽輻射增加，是一種負(fù)的輻射強(qiáng)迫；而吸收則使入射的太陽輻射增加，是一種正的輻射強(qiáng)迫。 ? 當(dāng)大氣中的水汽增多時(shí)，云量增加，云的增加對(duì)入射的太陽輻射產(chǎn)生反射，使地球大氣系統(tǒng)收入的能量減少，這導(dǎo)致負(fù)的輻射強(qiáng)迫。 ? 現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，許多溫室氣體的增加（ CO2, H2O, CH4, N2O等）都有正的輻射強(qiáng)迫。 ? 氣候模式計(jì)算表明，由于 CO2濃度倍增，即比工業(yè)革命之前的濃度增加一倍（ 280 – 560ppm），大氣頂出射的長(zhǎng)波輻射要減少 4w/m2，即輻射強(qiáng)迫為正的 4w/m2。而現(xiàn)在 CO2增加了，它增加了對(duì)地面發(fā)射的長(zhǎng)波輻射的吸收，從而減少了大氣頂部向外輻射的長(zhǎng)波輻射，因此使地面要增溫。這時(shí)，常常引用輻射強(qiáng)迫這個(gè)名詞。 ? 近來，很多討論集中于人類活動(dòng)對(duì)氣候的影響。 ? 地氣系統(tǒng)的反射是由三個(gè)過程組成的：空氣分子和氣溶膠的散射；云的反射；地面的反射。因?yàn)樗菦Q定地氣系統(tǒng)到底接受了多少能量。 清潔海洋的反射率小于 5%， 而且海洋占了地球表面的 70%，因此，即使 冰雪或云的反射率可大到 90%， 整個(gè)地球大氣系統(tǒng)的反射率還只有 30%。 44 海水的反射率非常低 ? 地面對(duì)太陽輻射的反射只占 4%，但它實(shí)際上對(duì)決定 30%這個(gè)數(shù)值影響是很大的。 ? 一般來說，低層云反射太陽短波輻射的強(qiáng)度大于它對(duì)紅外長(zhǎng)波的吸收強(qiáng)度；而高層云正好相反。 43 云的反射和吸收 ? 云對(duì)太陽輻射的反射和吸收對(duì)地氣系統(tǒng)的能量平衡有很大的作用，但它也是一個(gè)很不確定的量。 ? 氣溶膠散射的問題就比較復(fù)雜，關(guān)鍵是氣溶膠的含量和特性的變化太大。 ? 但也有些氣溶膠對(duì)太陽輻射的吸收性較強(qiáng)，如炭黑，它們的吸收作用可以超過散射的作用，可以使地氣系統(tǒng)升溫。氣溶膠粒子對(duì)可見光的散射較強(qiáng)，其 ω λ 的值通常比較大。粒子的吸收和散射性質(zhì)通常用所謂的單一散射反照率來衡量， ? .(( ( 吸收）散射） 散射）????? KKK??單次散射反照率 ? 單次散射反照率然反映的是大氣粒子散射和吸收的相對(duì)重要性。 空氣粒子對(duì)輻射的吸收和散射 ? 大氣粒子不僅散射太陽輻射，也吸收太陽輻射，這兩者其實(shí)是聯(lián)系在一起的。云滴的半徑大約是 10 μm ，對(duì)應(yīng)的尺度參數(shù)是 x≈100 ，這時(shí)，云滴對(duì)各種波長(zhǎng)可見光的散射是相同的，所以，云看起來呈白色。因?yàn)闅馊苣z主要散射紅黃光，所以，在空氣污染較嚴(yán)重時(shí)，日落或日出時(shí)的太陽比空氣清潔時(shí)更紅。 米散射 ? 右圖給出的是折射率 mr=系數(shù)與尺度參數(shù) x的關(guān)系，消光系數(shù)先是隨x的增大而增加，在 x=4附近達(dá)到最大值，然后變小，說明大氣中的粒子對(duì)波長(zhǎng)接近于其半徑（ r≈λ ）的電磁波散射最強(qiáng)，這一結(jié)論在實(shí)際應(yīng)用中非常重要。 ? 折射系數(shù)是一個(gè)稍微有些復(fù)雜的復(fù)數(shù)，m=mr+imi。 ? 在散射過程中，雖然總的輻射不變，但由于輻射被散射各個(gè)方向，所以，在原傳播方向的輻射強(qiáng)度被削弱。隨著粒子尺寸的變大，米散射過程中的前向散射更強(qiáng)，如圖 c。但是，散射并非是各向同性的，與入射光平行的方向上的散射（前向和后向散射）較強(qiáng)，與入射光垂直方向上的散射則相對(duì)較弱。 35 瑞利散射和米散射的差異 ? 瑞利散射和米散射之間的差別可以下圖看出。幾何散射指的是粒子對(duì)太陽光產(chǎn)生
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