地面辐射和大气辐射与影响因素
高中地理 第二章 第三节 对流层大气的受热过程(第1课时)导学案 湘教版必修1-湘教版高一必修1地理
对流层大气的受热过程[学习目标定位] 1.通过图示，了解大气的垂直分层结构及与人类的关系。
2.通过图示，理解大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用。
3.了解影响地面辐射的因素。
一、大气的垂直分层根据大气在垂直方向上的温度、密度及运动状况的差异，分为对流层、平流层和高层大气。
二、对流层大气的受热过程1．大气对太阳辐射的削弱作用：主要有选择性吸收、散射和反射三种方式。
2．地面辐射、大气辐射及其影响因素(1)概念比较序号 辐射名称 辐射类型 辐射方向 作用 Ⅰ 太阳辐射 短波辐射 射向地面 地面的直接热源 Ⅱ地面辐射长波辐射主要射向大气层对流层大气的直接热源Ⅲ 大气辐射长波辐射 射向高层大气和宇宙空间大气逆辐射会使地面增温Ⅳ大气逆辐射射向地面⎭⎪⎬⎪⎫云层：增厚湿度：增大大气逆辐射增强 (3)影响地面辐射的主要因素①纬度因素：同样性质的地表，纬度越低，年平均正午太阳高度越大，太阳辐射经过大气的路程越短，地表受到的太阳辐射的强度就越大，地面辐射也就越强。
②下垫面因素：下垫面状况不同，吸收和反射的太阳辐射比例也不同。
③气象因素：同纬度地区，年日照时数的长短，会影响地面获得的太阳辐射。
3．大气的保温作用(1)地面辐射释放能量的绝大部分被截留在对流层大气中。
(2)大气逆辐射直接补偿地面的热量损失。
思考1．为什么对流层的天气现象复杂多变？答案一方面，对流层集中了几乎全部的水汽和杂质，另一方面，对流层温度随高度的升高而降低，使水汽和杂质通过对流运动向上层空间输送。
在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨，所以对流层天气现象复杂多变。
2．为什么同一季节的白天多云，气温不会太高，而夜间多云，气温不会太低？答案同一季节，白天多云，太阳辐射经过大气层时，被削弱得多(吸收、反射多)，故气温不会太高；夜晚多云，特别是有浓密的低云，空气中湿度比较大，大气逆辐射强，对地面的保温作用强，气温不会太低。
探究点一各层大气的特点及意义探究活动读“大气的垂直分层示意图”，回答下列问题。
地面和大气的辐射汇总
“太阳暖大地” “大气还大地” “大地暖大气”
大气温室效应和阳伞效应：
温室效应：大气中各种微尘和二氧化碳成分的存
在，犹如温室覆盖的玻璃一样，阻挡了地面向外的辐 射，增强大气逆辐射，对地面有保温和增温作用，这 种现象称为大气温室效应。
阳伞效应：大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如
在阳光下撑了一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，
第二节
地面和大气的辐射
2019/2/15
1
太阳辐射虽然是地球上的主要能源，但因为大气本 身对太阳辐射直接吸收很少，而水、陆、植被等地球表
面(又称下垫面)却能大量吸收太阳辐射，并经转化供给
大气，从这个意义来说，下垫面是大气的直接能源。为 此，在研究大气的热状况时，必须了解地面和大气之间 交换热量的方式及地—气系统的辐射差额。
2019/2/15 10
项目 辐射类型
长波辐射 漫射辐射
太阳辐射 平行辐射
大气本身的长波辐射
散射作用
考虑
不考虑
不考虑
考虑
2019/2/15
11
1.4 大气逆辐射和地面有效辐射
1.4.1 大气逆辐射和大气保温效应
大气逆辐射：大气辐射中指向地面的那一部分称大 气逆辐射。
地面辐射是向上的；
大气辐射既有向上的，也有向下的。
2019/2/15
2
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射
1.1 地面辐射、大气辐射 地面辐射：地面吸收太阳辐射后(45%反射掉)转变为 热能后，使地面增温，然后日夜不停的向外放射辐射， 这就是地面辐射。 宇宙中的任何物质，只要它的温度高于绝对零度时 都能放射能量。
大气辐射：大气对太阳辐射的吸收很少(24%)但能强 烈的吸收地面的辐射，大气主要靠吸收地面辐射后升温， 它也日夜不停的向外放出辐射，叫大气辐射。
地面和大气的辐射
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射 二、地面及地气系统辐射差额
1
下垫面——大气的直接热源
大气吸收太阳直接辐射很少，下垫面（水、 陆、植被等地球表面）却能大量吸收太阳 辐射，并供给大气。
在研究大气热状况时，须了解地面和大气 之间交换热量的方式及地-气系统的辐射差 额。
4
长波辐射
当地面温度为15C时，根据维恩定理：
定义：地表面的实际平均温度约为300K,对流层大
气的平均温度约为250K。在这样的温度条件下,地面 和大气的辐射能主要集中在3—120微米的波长范围内 ,均为肉眼所不能看见的红外辐射。
这比太阳辐射的波长(0.15—4微米)要长得多。因 此,气象学上把地面和大气的辐射称为长波辐射。
夜晚： T=-183℃
17
2.地面有效辐射
地面放射的辐射（Eg）与地面吸收的大气逆辐射 （δEa）之差，称为地面有效辐射。以F0表示，则
F0=Eg-δEa 影响有效辐射的主要因子有：地面温度，空气温度，空 气湿度和云况。
18
有效辐射的时间变化
有效辐射具有明显的日变化和年变化。其日变化具有与温度 日变化相似的特征。
2
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射
大气对太阳短波辐射吸收很少，但对地面的长波辐射却 能强烈吸收。
通过长波辐射，地—气之间，以及大气中气—气之间， 相互交换热量，并也将热量向宇宙空间散发。
3
（一）地面和大气辐射的表示
地面和大气不是绝对黑体 Eg=δσT4 （地面的辐射能力），δ地面相对辐射率 Ea=δ′σT4 (大气的辐射能力)，δ′大气相对辐射率
10
大气窗口主要有：
8～14μm，即远红外波段。 主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量
2019-2020学年新课标高中地理必修第一册：2-2-1第1课时 大气受热过程和热力环流+Word版含答案
8
1．关于图中 a、b、c 所代表的内容，叙述正确的是( )
①a 代表大气的直接热源 ②b 代表大气的直接热源 ③b 代表的辐射比 a 代表的辐射 波长短 ④c 代表的辐射对地面有保温作用
2
1．为什么同一季节的白天多云，气温不会太高，而夜间多云，气温不会太低？ [答案] 同一季节，白天多云，太阳辐射经过大气层时，被削弱得多(吸收、反射多)， 故气温不会太高；夜晚多云，特别是有浓密的低云，空气中湿度比较大，大气逆辐射强， 对地面的保温作用强，气温不会太低。 2．王明同学认为气流是由高压流向低压的，这种说法对吗？为什么？ [答案] 不对。地面的冷热不均引起空气的垂直运动。空气的垂直运动导致同一水平面 上的气压高低。同一水平面上气压高低不同，引起空气的水平运动，由高压流向低压。因 此说在水平方向上，气流由高压流向低压是正确的，但在垂直方向上，气流不一定由高压 流向低压。
(2)山谷风
6
(3)城市风 城市风环流则是由于城市“热岛效应”(城市工业、居民、交通等释放大量的人为热)， 使得城市温度比郊区温度高，从而形成的高空大气由城市吹向郊区，近地面大气由郊区吹 向城市的环流。 城市规划时，为减轻大气污染，污染严重的工业企业布置在城市风的下沉距离之外， 避免污染气体从近地面流向城市；将卫星城建在城市风环流之外，避免相互污染。
海拔高，空气稀薄，大气中水汽、杂质较少，白天大气对太阳辐射的削弱作用弱，夜晚大
气对地面的保温作用弱，故气温日较差大；而长江中下游平原地势低平，大气中水汽、杂
质多且集中在对流层底部，白天大气对太阳辐射的削弱作用强，夜晚大气对地面的保温作
地面辐射与大气辐射课件
地面辐射的来源与影响
来源
主要来源于地球表面吸收的太阳辐射 能，以及地球内部的热能。
影响
地面辐射是地球表面热量交换的主要 方式，对气候变化、生态系统和人类 生活等方面都有重要影响。
地面辐射的测量与计算
测量
使用红外辐射计等仪器测量地面辐射的通量、光谱分布等参数。
计算
根据测量数据和相关公式，计算地面辐射的发射率、反射率 等参数，以及地面辐射通量等数值。
气象预测
气象服务
地面辐射与大气辐射的研究可以为气 象服务提供科学依据，如旅游气象服 务、农业气象服务等。
地面辐射与大气辐射的监测数据可以 用于气象预测，如短期天气预报、灾 害预警等。
在气候模型中的应用
01
02
03
气候模型验证
地面辐射与大气辐射的观 测数据可以用来验证气候 模型的准确性和可靠性。
气候变化模拟
对气候变化的影响
气候变化
辐射强迫
气候反馈
气候变化涉及到地球表面状况的长期 变化，包括气温、降水、风等气象要 素的变化以及冰川、植被等自然环境 的改变。
人类活动和自然因素引起的温室气体 排放、气溶胶污染等会改变大气中的 成分，进而改变太阳辐射和地面辐射 在大气中的传输和散射特性。这种改 变称为“辐射强迫”，它会导致气候 变化。
气候模型可以通过模拟地 面辐射与大气辐射的相互 作用，预测未来气候变化 的情况。
气候变化应对
气候模型可以为应对气候 变化提供科学依据，如制 定减排政策、适应气候变 化的措施等。
在环境保护中的应用
大气污染监测
地面辐射与大气辐射的监测数据 可以用于监测大气污染物的浓度
和分布情况。
环境影响评估
地面辐射与大气辐射的研究可以为 环境影响评估提供科学依据，如建 设项目对环境的影响评估、规划方 案的环境影响评估等。
地表辐射平衡
地表辐射平衡
地表辐射平衡是指地球表面在一段时间内吸收和释放辐射能量的过程，它涉及到地表吸收太阳辐射、地面辐射和大气辐射等各个环节。
地表辐射平衡是地球气候系统的重要组成部分，对于地球的气候和生态环境有着重要影响。
地表辐射平衡主要包括以下几个方面：
1. 太阳辐射：地球表面受到的太阳辐射能量取决于地球与太阳的距离、太阳辐射强度以及地球表面的性质等因素。
太阳辐射是地表辐射平衡的主要能源。
2. 地面辐射：地表在吸收太阳辐射后，自身温度升高，从而释放出辐射能量。
地面辐射的能量取决于地表的温度和地表比辐射率。
3. 大气辐射：地球大气层在吸收和散射太阳辐射和地面辐射的过程中，也会释放出辐射能量。
大气辐射的影响因素包括大气成分、气温、湿度等。
4. 地表辐射平衡差异：地表辐射平衡在不同地区、不
同地表类型之间存在差异。
例如，同一纬度的海洋和陆地相比，由于海水的吸收和释放热量比陆地稳定，海洋地表的日辐射与夜辐射变化较小，形成的地表辐射差额也相对较小。
而陆地在垂直方向上坡度较大，地形变化复杂，导致日辐射和夜辐射的分布不均匀，形成的地表辐射差额相对较大。
5. 人类活动：人类活动对地表辐射平衡也产生一定影响。
例如，城市化进程中的建筑物、道路等人工地表改变了地表性质，影响了地表辐射平衡。
此外，森林砍伐、植被破坏等行为导致地表辐射平衡发生变化，进而影响地球气候。
总之，地表辐射平衡是地球气候系统中的关键环节，它受到多种因素的影响，并对地球气候和生态环境产生重要影响。
了解地表辐射平衡的研究有助于我们更好地认识地球气候系统的运行机制，为应对气候变化和保护生态环境提供科学依据。
气象学知识点资料
气象学知识点资料气象学知识点1.根据大气温度铅直分布特征和大气铅直运动状况，可将地球大气层分为对流层、平流层、中间层、热成层和散逸层。
2.正午时刻太阳高度角的计算h正午＝90°-φ+δ；式中φ为观测点纬度，δ＝23.5sinN°式中N°以度为单位，实际是距春分日或秋分日最近的总天数。
春分日至秋分日取正值，否则，取负值。
3北半球可照时数变化规律可照时数冬至→夏至加长，夏至→冬至缩短可照时数随纬度增加，夏季加长，冬季缩短4、地面有效辐射时的影响因子及其影响地面辐射(Eg)与被地面吸收的大气逆辐射(Ea)之差，称为地面有效辐射。
影响因素主要有：地面温度、空气温度、空气湿度、云状、风、海拔、地面状况等。
地面温度高时，有效辐射增大；空气温度高时，有效辐射减弱；空气湿度大时，有效辐射减弱；云量多云层厚时，有效辐射减弱；风力加大，有效辐射减弱；海拔增大，有效辐射增大；粗糙地表比平滑地面有效辐射大。
5．为什么潮湿土壤地面温度日较差比干燥土壤的小？分析：从热容角度分析，由于水的比热容比空气大很多，吸收同样的太阳辐射，水上升的温度比空气少的多。
因此干燥土壤地对温度的变化更敏感，极差更大。
从导热的角度分析，空气导热更快，热能传递快，吸收快，散失也快，因此干燥土壤地比潮湿土壤地先升温，先降温变化领先于潮湿土壤地。
从潜热交换的角度分析，温度高时潮湿土壤地水分蒸发作用强于干燥土壤地，因此潮湿土壤地实际获得的辐射能小于干燥土壤地，所以其温度极大值比干燥土壤地小。
同理，潮湿土壤地的空气湿度大于干燥土壤地，温度低时，其水汽凝结作用大于干燥土壤地，由此回收蒸腾水汽的内能。
因此其温度极小值大于干燥土壤地。
6.地面热量收支方程，并据此分析塑料大棚的保温原理白天地面热量收支方程表示：R-P-B-LE=0夜间地面热量收支方程表示：-R+P+B+LE=0塑料大棚充分利用太阳能，有一定的保温作用，并通过卷膜能在一定范围调节棚内的温度和湿度。
地面和大气的辐射
第二节 地面和大气的辐射
一 地面、大气的辐射和地面有效辐射 （一）地面和大气辐射的表示 1地面长波辐射
根据斯蒂芬-波耳兹曼定律, 地面放射辐射能力： Eg =δσT4 =0.9×5.67×10-8×（288）4
= 346.7W/m2 比辐射率δ=0.9， 斯蒂芬-波耳兹曼常数σ=5.67×10-8W/(m2·K4)， 地面平均温度t=15℃
所以我们把地面和大气的辐射称为长波辐射。
自然地理学（ⅡＡ）
第二章 大气的热能和温度
二 地面和大气长波辐射的特点
1 大气对长波辐射的吸收具有选择性 水汽、液态水、 CO2、 O3 。水汽对长波辐射的吸收
最为显著，除8—12μm波段的辐射外，其它波段都能 吸收。并以6μm附近和24μm以上波段的吸收能力最 强。液态水对长波辐射的吸收性质与水汽相仿，只是作 用更强一些。
自然地理学（ⅡＡ）
第二章 大气的热能和温度
二 地面及地气系统的辐射差额
（一）地面辐射差额 2 地面辐射差额变化规律 (2)年变化
辐射差额的年振幅随地理纬度的增加而增大。对同一地理 纬度来说，陆地的年振幅大于海洋。全球各纬度绝大部分地区 地面辐射差额的年平均值都是正值，只有在高纬度和某些高山 终年积雪区才是负值。
自然地理学（ⅡＡ）
第二章 大气的热能和温度
（三）大气逆辐射和地面有效辐射 1、大气逆辐射和大气保温效应
大气长波辐射指向地面的部分称为大气逆辐射。大气 逆辐射使地面因放射辐射而损耗的能量得到一定的补偿， 由此可看出大气对地面有一种保暖作用，这种作用称为 大气的保温效应。
据计算，如果没有大气，近地面的平均温度应为23℃，但实际上近地面的平均温度是15℃，也就是说大 气的存在使近地面的温度提高了38℃。
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大气主要吸收的是红外光和紫外光，占了太阳辐 射能量绝大部分的可见光没有被吸收，那么太阳 辐射中的可见光部分去了哪里呢？
一、地面辐射
阅读教材P44，思考下列问题：
1、什么是地面辐射？
地面吸收透过大气的太阳辐射后升温，同时又对外（ 主要是向大气层）释放辐射能量，形成地面辐射
2、太阳辐射和地面辐射分别是长波辐射还是 短波辐射？
温度越高，辐射最强部分的波长越短；反之则越长。 太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射
3、对流层大气与地面辐射的关系？
地面辐射（长波辐射）是对流层大气增温的直接热 量来源。
二、大气辐射
1、概念
大气吸收地面辐射增温的同时，也向外辐射能量 ，即大气辐射。它属于长波辐射。 射向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。
上界
月球
地球
太阳辐射、地面辐射与大气辐射的关系
太
阳
辐
射向宇宙空间
射
大
地 大气吸收
气
辐
面
射
吸
收
大气逆辐射
射向宇宙空 间 大气上界
大气 吸收
地面增温
地面
“太阳暖大地” “大气还大地”
“大地暖大气”
三、影响地面辐射的主要因素
1、纬度因素（太阳高度）Fra bibliotek纬度低
年平均正午太阳高度 大 .
经过大气的路径 短 . 光热愈 集中 .
A、气温低 B、空气稀薄 C、到达地面的太阳辐射少 D、到达的地面辐射少
3、随着矿物能源的大量消耗，大气中二氧化碳不 断增多。充分利用太阳能，降低二氧化碳排放， 是工农业持续发展的重要途径。
（1）二氧化碳是一种温室气体。二氧化碳增多， 是如何加强大气“温室效应”的？
①更多地吸收了地面长波辐射，提高了大气温度； ②增强了大气逆辐射，补偿了地面损失的热量。
• 利用“温室效应”原理，我国北方地区冬季采用 大棚技术种植蔬菜、花卉等作物。
（2）分别说明大棚技术对农业生产光、热、水条 件的有利影响。
①使冬季的太阳光照得以充分利用 ②提高了大棚内的温度，使作物在冬季也可种植
（可以减轻冻害，提高农业生产抗灾能力）
③有利于保持、调节大棚内空气和土壤的水分
3、其它因素
气象因素影响最大，如年日照时数、天气情况
总结
大气的热力作用
大气对太阳辐射的削弱作用 大气的对地面的保温效应
吸收作用
反射作用
削弱作用
散射作用
保温效应
直接
太阳辐射 热源 地面 大气逆辐射 大气
宇 宙 空
直接 间
地面辐射
热源
巩固练习 1、下图温差最小的是：D
2、同一经纬度“高处不胜寒”的原因是：C
2、影响因素
云多、空气湿度大，大气中含有水汽、二氧化碳 越多，吸收的地面辐射越多，大气辐射越强。
3、作用
大气逆辐射会使地面增温，而地面增温又能加强 地面辐射。
大气的保温作用
1、近地面大气吸收并保存地面辐射的热量 （阻碍地面辐射的散失）
2、大气逆辐射将热量还给地面 （补偿地面辐射损失的热量)
这样，对流层大气就可以延缓地面温度下降 的趋势，使得地面昼夜温差波动趋于和缓， 这就是大气对地面的保温作用。也称为大气 的温室效应 。
地面得到 多
探究：a地区，在A或 B两种照射下，哪种 情况下得到的太阳辐 射比较多？
三、影响地面辐射的主要因素
1、纬度因素（太阳高度）
纬度低
年平均正午太阳高度 大 .
2、下垫面因素
下垫面状 况不同
吸收和反射的太阳 辐射比例不同
经过大气的路径 短 . 光热愈 集中 .
地面得到 多
地面温度不同
使各地地面辐射 的变化不完全与 纬度的变化一致
？想一想
月球表面昼夜的温差很大。白天,在阳光垂直照射的地 方温度高达127摄氏度；夜晚，温度可降低到零下183摄 氏度。 为什么地球表面昼夜温差远不如月球表面大？
夜间，地面辐
白天射，绝大大气部削分弱热了到
大气
达地量面又的被太大阳气辐逆射， 气温辐不射会还太给高地面，
使气温不致降 得过低
夜效月白阳温应间面天辐度，由温，射升月于度由的得球没骤于削很表有降没弱高面大，有作，辐气气大用气射的 温气 ， 温强保 很对 月 很烈温 低太 面 高，