第二章大气的热能和温度 大气内部始终存在着冷与暖、干与温、高气压与低气压三对基本矛盾,其中冷与暖这对矛盾所表现出来 的地球及大气的热状况、温度的分布与变化,制约着大气的运动状态,影响着云和降雨的形成。大气的热能 和温度变成了天气变化的一个基本因素,是气候系统状态及演变的主要控制因子。 长期观测实践证明,大气的冷暖变化,不仅在空间分布上是很不均衡的,在时间上也有周期性变化和非 周期性变化 第一节太阳辐射 地球大气中的一切物理过程都伴着能量的转换,太阳辐射能是地球大气最重要的能量来源。地球和大气 的其他能量来源同来自太阳的辐射能相比是极其微小的。 辐射的基本知识 、辐射与辐射能 自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量,这种传播能量的方式称为辐射,通过辐射传播 的能量称为辐射能。辐射是能量传播方式之一,也是太阳能传播到地球的唯一途径。 辐射能是通过电磁波的方式传输的。电磁波的波长范围很广,从波长100um的宇宙射线,到波长达几千 米的无线电波。肉眼看得见的是从0.4-0.76um的波长,这部分称为可见光。 (1)单位时间内通过单位面积的辐射能量称为辐射通量密度(E),单位是W/m2。 辐射通量密度没有限定辐射方向,分为入射通量密度和放射通量密度。其数值的大小反映物体放射能力的强 弱,故称之为辐射能力或放射能力 (2)单位时间内,通过垂直于选定方向上的单位面积的辐射能称为辐射强度(I)。单位是W/m或W/sr。二者 的关系为:I=E/cos0,0为法线方向与选定方向的夹角。 2、辐射光谱。辐射能随波长变动的几何,不同波长辐射能的集合 f, d 、物体对辐射能的吸收、反射与透射.透射到物体上的辐射并不能被全部吸收,其中一部分被反射,一部分 被可能透过物体 物体吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。干洁空气对红外线是近似透明 的,而水汽对红外线却能强烈地吸收,雪对太阳辐射的反射率很大,但对地面和大气的辐射却能全部吸收 4、有关辐射的基本定律 黑体一一对外来辐射,不论波长如何,能全部吸收,而不透射与反射的理想物体,由于被任何波长的光 照射时均呈黑色,故名黑体,是最好的吸收体和放射体,其放射能力只与波长和温度有关。 (1)基尔荷夫定律。设一类似于黑体的真空容器,放出黑体辐射Ib。其中用绝热线悬挂一个非黑体物体, 它们的温度相同,非黑体的辐射强度为Ixr,吸收率为Kx。当黑体放射的辐射能、非黑体放射的辐射能和未 被吸收的非黑体反射辐射能达到平衡时,则第二章 大气的热能和温度 大气内部始终存在着冷与暖、干与温、高气压与低气压三对基本矛盾，其中冷与暖这对矛盾所表现出来 的地球及大气的热状况、温度的分布与变化，制约着大气的运动状态，影响着云和降雨的形成。大气的热能 和温度变成了天气变化的一个基本因素，是气候系统状态及演变的主要控制因子。 长期观测实践证明，大气的冷暖变化，不仅在空间分布上是很不均衡的，在时间上也有周期性变化和非 周期性变化。 第一节 太阳辐射 地球大气中的一切物理过程都伴着能量的转换，太阳辐射能是地球大气最重要的能量来源。地球和大气 的其他能量来源同来自太阳的辐射能相比是极其微小的。 一、辐射的基本知识 1、辐射与辐射能 自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射，通过辐射传播 的能量称为辐射能。辐射是能量传播方式之一，也是太阳能传播到地球的唯一途径。 辐射能是通过电磁波的方式传输的。电磁波的波长范围很广，从波长 10-10μm 的宇宙射线，到波长达几千 米的无线电波。肉眼看得见的是从 0.4－0.76μm 的波长，这部分称为可见光。 （1）单位时间内通过单位面积的辐射能量称为辐射通量密度（E），单位是 W/m2。 辐射通量密度没有限定辐射方向，分为入射通量密度和放射通量密度。其数值的大小反映物体放射能力的强 弱，故称之为辐射能力或放射能力。 （2）单位时间内，通过垂直于选定方向上的单位面积的辐射能称为辐射强度（I）。单位是 W/m2或 W/sr。二者 的关系为：I＝E/cosθ , θ为法线方向与选定方向的夹角。 2、辐射光谱。辐射能随波长变动的几何，不同波长辐射能的集合。   0 F＝ F d 3、物体对辐射能的吸收、反射与透射.透射到物体上的辐射并不能被全部吸收，其中一部分被反射，一部分 被可能透过物体。 物体吸收率、反射率和透射率大小随着辐射的波长和物体的性质而改变。干洁空气对红外线是近似透明 的，而水汽对红外线却能强烈地吸收，雪对太阳辐射的反射率很大，但对地面和大气的辐射却能全部吸收。 4、有关辐射的基本定律 黑体——对外来辐射，不论波长如何，能全部吸收，而不透射与反射的理想物体，由于被任何波长的光 照射时均呈黑色，故名黑体，是最好的吸收体和放射体，其放射能力只与波长和温度有关。 （1）基尔荷夫定律。设一类似于黑体的真空容器，放出黑体辐射 I Tb 。其中用绝热线悬挂一个非黑体物体， 它们的温度相同，非黑体的辐射强度为 I T ，吸收率为 K T 。当黑体放射的辐射能、非黑体放射的辐射能和未 被吸收的非黑体反射辐射能达到平衡时，则