长波辐射与辐射平衡

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章地面和大气中的辐射过程,5.5 地球大气系统的长波辐射,5.6 地面、大气及地气系统的辐射平衡,接合前面内容掌握吸收率,、,比辐射率概念,比较地面长波、短波吸收率的不同特点,地面对于长波辐射的吸收率接近常数，可作为灰体，但对短波辐射的吸收率较低，且随波长变化大。,理解（5.5.1)(5.5.2)式,5.5.1 地面的长波辐射特性,设地表温度为,T,g,，,地面的积分出射度应是,或以地面比辐射率,e,g,表示，为,陆地表面可看作朗伯面；而平静的水面因有反射，则不能当作朗伯面处理。,大气的长波辐射性质(分别与短波对比,),1:,太阳直接辐射地球与大气的红外辐射；,2:,大气对长波辐射的散射削弱极小,一般只考虑吸收作用；,3:,大气的吸收和放射须同时考虑。,长波辐射在大气中传输是一种漫射辐射，是在无散射但有吸收，放射的介质中的传输,5.5.2 长波辐射在大气中传输,5.5.2 长波辐射在大气中传输,理解并能写出,Schwarzchild,方程（5.5.3)(5.5.4)(5.5.7)式，理解（5.5.8)式中各项含义,吸收+放出 总变化（5.5.3）,Z,坐标下方程（5.5.4）,光学厚度坐标 方程（5.5.7）解方程 结果（5.5.8）,方程的解的形式为,a)(5.5.8b),在已知吸收物质的,吸收系数,和,光学厚度,以及介质的,温度分布,以后，可以从理论上计算大气中辐射场的分布。,掌握漫射透过率、漫射因子的概念，理解（5.5.12)、（5.5.16)式,只考虑气层的,吸收削弱,由地面到,Za),得 利用,（5.1.5）,可求出,在,Z,高度上的辐照度,E,(,),定义,地面至,Z,处气层的,漫射透过率,5.5.2 长波辐射在大气中传输,对比,平行辐射透过率,和,漫射透过率,表达示形式,若要把漫射辐射当作平行辐射处理，应当将其光学厚度加大,1.66,倍。其原理是清楚的，因为,(,0,),是这一层大气的垂直光学厚度，垂直方向辐射的光学路径最短，而其它方向的路径都要加长，其吸收当然也增加了。作为对各个方向的积分，其最终效果是加大,1.66,倍，因此也有人把,称为,漫射因子,掌握,OLR(,Outgoing Longwave Radiation,),概念，理解（5.5.21)式各项意义，结合（5.5.8)式。,假定地面为黑体，温度为,T,g,，,则有边条件：,=,0,处，,L,(,0,)=,B,(,T,g,),。,根据长波辐射传输方程的通解,(5.5.8),大气顶 处向外单色幅亮度为,假设大气放射是,各向同性,的，对,半球空间积分,以后，可得到大气上界的单色辐射通量密度,（5.5.18）,5.5.3 大气顶射出的长波辐射,其中第一项为来自地表的辐射，,第二项为各层大气的辐射和吸收。,5.5.3 大气顶射出的长波辐射,在推导前面的公式时请特别注意其物理意义,:,各高度上发射的长波辐射量为该点温度所对应的黑体辐射量乘以其比辐射率（吸收率）。,这一辐射在传输到大气上界时要受到它上部这层大气的吸收衰减。,大气层顶部的出射辐射是地面和各层大气辐射之和。,地球大气顶部总的长波出射辐射（,OLR,）,为各波长出射辐射之和。,掌握净辐射、辐射差额概念,系统或物体收入辐射能与支出辐射能的差值,辐射差额=辐射收入-辐射支出,5.6 地气系统辐射平衡,5.6 地气系统辐射平衡,推导地气系统平衡时的有效温度（5.6.2），说明其与地球表面平均温度相差33度的原因,接受太阳辐射：,地气系统发射：,在地,气系统达到辐射平衡时，有,有效温度,5.6 地气系统辐射平衡,掌握大气保温效应、温室效应的概念，理解图5.24和（5.6.3）式,大气层让短波辐射通过，但对长波有吸收，使地面保持较高温度。温室效应的辐射平衡模式（,p109）,取,A,L,=0.8,，,A,s,=0.2,，,R,=0.3,代入（）后，有,T,g,=278.6 K,，,T,a,=247.7 K,。,可见，大气层的存在使地面平衡温度高于全球的有效温度，而大气层的平均温度却低于全球的有效温度。,5.6 地气系统辐射平衡,理解以下概念：地面短波（长波）净辐射通量密度（5.6.12）（5.6.18）、大气逆辐射、地面有效辐射（5.6.19）,大气逆辐射=入射到地面的长波辐射,由两部分组成 1：大气本身的热辐射,2：云的热辐射,（,许多经验公式:,Brunt、Swinbank、,赵文广）(,p111),(5.6.12),5.6 地气系统辐射平衡,地面长波辐射 =+,地面发射 地面反射,地面长波净辐射 =,一般情况，定义地面有效辐射,地球表面的辐射差额（净辐射）就是地面所吸收的太阳短波辐射和地面放出的有效辐射（长波）之差。在白天无云条件下，,E,0,*,是正值，地面升温；而在夜间，因无太阳辐射，,E,0,*,是负值，则地面降温。,5.6 地气系统辐射平衡,理解图5.25（,p113）,内陆和海洋比较,（1）：洋面反射小-有效辐射小-辐射差额大,（2）：内陆温度变化大-有效辐射变化大,大气变温率的计算,对于光学薄层,薄层辐射差额（净辐射）,变温率,5.6 地气系统辐射平衡,大气变温率的计算,5.6 地气系统辐射平衡,思考理解并解释图5.31(,p119),习题,P121：13、15,5.6 地气系统辐射平衡,Earths radiation budget,Average Solar Radiation on a Sphere,