《城市环境气象学》学习资料：五 城市的云量、日照和辐射
日照辐射量太阳常数
日照辐射量太阳常数【原创实用版】目录一、日照辐射量的定义与意义二、太阳常数的概念与计算方法三、日照辐射量与太阳常数的关系四、日照辐射量和太阳常数在地球上的分布特点五、日照辐射量和太阳常数的应用领域正文一、日照辐射量的定义与意义日照辐射量，顾名思义，是指太阳在一定时间内辐射到地球表面的能量。
它是地球生态系统、气候变化和人类生活息息相关的重要参数，具有很高的科学研究和实际应用价值。
日照辐射量通常用每平方米的辐射能量（单位：焦耳/平方米）表示。
二、太阳常数的概念与计算方法太阳常数是一个物理学常数，表示太阳辐射强度在地球大气层外的值。
太阳常数的取值约为 1361W/m。
在实际应用中，为了更方便地描述太阳辐射在地球表面的强度，我们通常将太阳常数转化为地球表面的日照辐射量。
计算方法是：日照辐射量 = 太阳常数×地球表面单位面积的太阳直射角。
三、日照辐射量与太阳常数的关系日照辐射量和太阳常数之间的关系非常密切。
太阳常数是一个恒定的值，它决定了太阳辐射的总能量。
而日照辐射量则受到地球自转、地球公转、地轴倾角等多种因素的影响，使得地球不同地区、不同季节的日照辐射量存在较大差异。
通过计算日照辐射量，我们可以更好地了解地球上的气候和生态环境。
四、日照辐射量和太阳常数在地球上的分布特点日照辐射量和太阳常数在地球上的分布特点主要表现在以下几个方面：1.地球赤道地区日照辐射量较大，两极地区日照辐射量较小。
这是因为地球自转轴与太阳光线的夹角不同，赤道地区太阳光线垂直照射，两极地区太阳光线斜向照射。
2.夏季日照辐射量大于冬季。
由于地球公转和地轴倾角的原因，地球在公转轨道的不同位置，太阳光线与地球表面的夹角发生变化，导致夏季日照时间较长，辐射量较大。
3.高海拔地区日照辐射量较大。
大气层对太阳辐射有一定的吸收作用，海拔较高的地区大气层较薄，太阳辐射能量损失较小，因此日照辐射量较大。
五、日照辐射量和太阳常数的应用领域日照辐射量和太阳常数在多个领域具有广泛的应用，例如：1.太阳能利用：日照辐射量是评估太阳能资源丰富程度的重要指标，对于太阳能电池、太阳能热水器等设备的研发和应用具有指导意义。
城市日照与辐射
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城市日照与辐射
以我国东南沿海城市 ——广州和杭州作对比
广州、杭州个气象要素的气候倾向率
• 广州总太阳辐射与个气候要素的相关性是： 低云量>日照时数>能见度>风速>总云量>温度> 降水量>相对湿度>气压 • 杭州总太阳辐射与个气候要素的相关性是： 总云量>日照时数>气压>温度>降水量>低云量> 相对湿度>能见度>风速
第5章, 云量、日照和太阳总辐射
第五章云量、日照和太阳总辐射§1 云量云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、冰粒和雪晶。
其底部不接触地面。
云量包括总云量和低云量。
总云量是指天空被所有的云遮蔽的总成数，低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成数。
云量是表征天气阴晴的主要指标，其形成与特性是地表与大气各种动力、热力过程共同作用的结果。
在地气系统中具有重要地位。
云的消长及天气阴晴变化不但反映当地地形、地貌特征及冷、暖、干、湿气流的运动规律，还反映气候变化的某些特征，了解云量及天气阴晴的变化，将有助于对气候变化更深的认识。
近20年来随着气候变化及卫星遥感技术研究的开展，许多学者对云量的变化、分布以及由于云量变化所引起温度、降水、湿度等的变化进行了深入分析，揭示了云量变化的地域特征。
云量及天气的阴晴变化还会影响到诸如光照、温度、湿度、降水等生态气候因子的变化，会直接影响植物的分布及当地名、优、特农林产品的形成和质量。
更有甚者，随着人们对生活质量的重视，人们已经开始对注重天气阴、晴对心情、情绪乃至健康的干扰和影响。
长期阴、雨天会导致人们的心情郁闷，对环境反应迟钝，影响工作积极性和效率，甚至还会导致内分泌紊乱，直接影响到人们的健康。
根据气象技术规定，云量观测以气象站所能观测到天空视野为10，云所遮蔽天空视野的成数为云量。
一般气象站每日观测4次(2：00、8：00、14：00、20：00)。
日平均云量取各次观测云量的平均值。
以总云量>8成为阴天，2～8成为昙天（即多云天）。
，<2成为晴天。
1.1 年总、低云量和晴、阴天日数1.1.1 年总、低云量年平均总云量的分布与年降水量的分布相似，即从南向北减少。
临夏南部气候比较湿润，年总云量最多，积石山、和政、康乐可在6～7成，临夏县、广河、东乡、永靖达5-6成；临夏年平均总云量的分布不仅与纬度有关，而且还与地势高低有一定关系。
《城市环境气象学》学习资料：城市太阳辐射的时空变化
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城市中太阳辐射的时空变化
城市中人类活动(工业生产、交通运输 等)而引起空气污染的周期性和非周期性变 化，使得到达城区地表的太阳总辐射的时 间变化比郊区更加复杂。
就日变化来说，城区总辐射的削弱以 白天12~15时为最大；就季节变化而言， 因城区云量和污染物浓度的季节变化而各 不相同。
S
D
QI
QL,
QL,
Qn QI (1) QL, QL,
QI S D
城市的辐射收支
Qn QI (1) QL, QL,
QI S D
Qn 地表净辐射 QI 太阳总辐射 S 太阳直接辐射 D 太阳散射辐射
下垫面反射率
QL, 大气长波逆辐射（方向向下） QL, 地面长波逆辐射（方向向上）
QL￪ 。
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城市的辐射收支
（4）大气长波逆辐射
大气向下放射的长波辐射称为大气逆辐射
(大气下行辐射)QL￬。
大气平均温度比地面低，其辐射波长范围： 7000～120000nm，最大放射能力的波长为15000nm， 也属于红外长波辐射。
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城市的辐射收支
（5）太阳辐照度 在地面上接收到的太阳辐射流量。 太阳辐照度是指太阳辐射经过大气层的吸收、散射、反
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2.3 城市的辐射收支
（2）太阳总辐射
是地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太 阳散射辐射的总和。晴天为直射辐射为主，散射约占总辐射 的15%，阴天或太阳被云遮挡时只有散射辐射。
波长：0.15～4μm。波长较短的紫外光区、波长较长的红 外光区、介于二者之间的可见光区。
日照辐射量太阳常数
日照辐射量太阳常数
摘要：
一、日照辐射量的概念与意义
1.日照辐射量的定义
2.影响日照辐射量的因素
3.日照辐射量的重要性
二、太阳常数与日照辐射量的关系
1.太阳常数的定义
2.太阳常数与日照辐射量的关系
3.太阳常数对地球环境的影响
三、日照辐射量在我国的应用
1.太阳能资源的评估与利用
2.气象预报与气候变化研究
3.环境保护与可持续发展
正文：
日照辐射量是指太阳辐射在地球大气层中，未被云层、大气等吸收和散射的辐射量，通常用太阳辐射强度来表示。
日照辐射量是地球生态系统的重要组成部分，对于生物体生长、大气运动、水资源循环等有着重要影响。
太阳常数是指太阳辐射在地球大气层外的辐射强度，是衡量太阳辐射能量的重要参数。
太阳常数与日照辐射量之间存在密切关系，太阳常数越大，日照辐射量越大。
太阳常数的变化会对地球环境产生影响，如气候变化、生态系统
失衡等。
在我国，日照辐射量在太阳能资源的评估与利用、气象预报与气候变化研究、环境保护与可持续发展等方面具有重要作用。
通过对日照辐射量的研究，可以更好地评估我国太阳能资源的开发潜力，为太阳能发电等产业提供科学依据。
此外，日照辐射量还可以用于气象预报和气候变化研究，为政府和企业制定应对气候变化的政策提供参考。
总之，日照辐射量和太阳常数对于地球环境和人类社会的发展具有重要意义。
城市边界层气象 第2章 城市辐射特征汇总
第2章 城市辐射特征辐射是影响区域气候最重要的因子。
一个地区由于所处的地理纬度已经决 定了其太阳辐射的天文总量。
在城市区域，由于受地表特征和大气污染城市效应的影响，接收的太阳直接辐射有别于同纬度的其它地区。
因此，了解城市区域辐射特征，建立城市太阳直接辐射的理论和模式，对城市区域气候和大气边界层的研究具有重要的意义。
2.1 太阳直接辐射基本原理地表和大气中接收到的太阳直接辐射能量，与地球大气上界的太阳直接辐射能及随时间的变化密切相关，这是地球上形成气候差异的基本因素。
2.1.1太阳高度的概念对于在地球上一个地点来说，太阳高度就是太阳入射光方向与地平线之间的夹角，用h 表示。
同一束阳光，直射地面时所照射的面积比斜射时小，并且，太阳直射时透过大气的路程较短，被大气吸收和散射程度较小。
因此，地面单位面积上所获得的辐射能量必定大于太阳光斜射的地方。
太阳直射与斜射的程度可以用太阳高度角来表示。
太阳高度很大程度上决定着地球表面获得太阳能量数量的多少，也是地球上形成四季和五带的重要因素，并且是大气运动和地球上一切生物能量的来源。
在大气科学、生命科学和环境科学等多学科中计算太阳辐射能量时，太阳高度是必须考虑的重要因素。
由天文学公式得太阳高度角h 与测点所在的纬度ϕ、太阳赤纬δ和当时的太阳时角0t 的关系式为0cos cos cos sin sin sinh t δϕδϕ+= （2.1）或 0c o s c o s c o s s i n s i n s i n h c o s t Zδϕδϕ+== （2.2） Z 为天顶角。
观测时的太阳时角0t ，为观测点经圈与太阳重合后，即当地正午，地球自转的角度，正午时刻时角为0，（当太阳在子午面时），此时太阳高度角记为h 0，一般可采用()δϕ--︒=900h 计算，在春分和秋分日（δ＝0）正午时的太阳高度为ϕ-︒=900h 。
太阳时角0t 一日之中变化π2，从-π到π对应0-24时，0t 的计算式为()12150-⨯=θt t （2.3）式中θt 为真太阳时，在太阳辐射的测量和计算时要考虑真太阳时，其计算式为()()()[]qs q qm E E E t t ＋时差－当地平太阳时－＝＋时差正当地平太阳时＋经度订＝时差日常时间平太阳时λλθ4+= （2.4） 其中λ为当地经度；λs 为当地标准时的经度（北京时 120=s λ）。
日照辐射量太阳常数
日照辐射量太阳常数（原创版）目录一、日照辐射量与太阳常数的定义二、日照辐射量与太阳常数的关系三、日照辐射量与太阳常数的应用四、结论正文一、日照辐射量与太阳常数的定义日照辐射量，顾名思义，是指太阳在一定时间内对地球表面单位面积的辐射能量。
它是由太阳辐射经过大气层时，受到大气层中的气体、气溶胶、水汽等吸收和散射作用后，到达地面的辐射能量。
日照辐射量通常以每平方米每天的千瓦时（kWh/m·d）为单位进行表示。
太阳常数，又称为太阳辐射常数，是指太阳辐射在地球大气层外的强度。
它是太阳辐射经过大气层之前的辐射强度，其数值约为 1361W/m。
太阳常数是一个重要的天文学参数，对于研究地球气候、太阳能利用等领域具有重要意义。
二、日照辐射量与太阳常数的关系日照辐射量与太阳常数之间的关系主要体现在太阳辐射在大气层中的传输过程。
太阳辐射在穿过地球大气层时，会受到大气层中的气体、气溶胶、水汽等吸收和散射作用，使得太阳辐射的强度减弱。
因此，地面接收到的日照辐射量小于太阳常数。
日照辐射量的大小受多种因素影响，如地理位置、海拔、季节、天气等。
其中，地理位置和海拔是影响日照辐射量的主要因素。
一般来说，纬度越低，日照辐射量越大；海拔越高，日照辐射量越大。
此外，晴天的日照辐射量通常大于阴天。
三、日照辐射量与太阳常数的应用日照辐射量与太阳常数在多个领域具有广泛的应用，如气候研究、太阳能利用、农业生产等。
在气候研究领域，日照辐射量是地球气候系统的主要能源之一。
研究日照辐射量的时空分布规律，有助于我们更好地了解地球气候变化机制。
在太阳能利用领域，日照辐射量是评估太阳能资源潜力的重要指标。
通过研究日照辐射量的时空分布规律，可以为太阳能发电、太阳能热水器等项目的规划和设计提供科学依据。
在农业生产领域，日照辐射量是影响农作物生长发育的重要因素。
充足的日照辐射量有利于农作物的光合作用，从而提高农作物的产量和品质。
四、结论日照辐射量和太阳常数是两个密切相关的概念，它们在地球气候系统、太阳能利用和农业生产等领域具有广泛的应用。
气象学实验辐射与日照
日照与降水的关系
日照与蒸发
长时间的日照会增加地表和水的蒸发，可能形成云层和降水 。
降水类型与日照
某些降水类型，如对流雨，与局部地区的日照时间长短有关 。
04
气象学实验方法
实验设计
确定实验目的
明确实验的目标，例如测量不同时间段的太阳辐射量、分析日照 时长对植物生长的影响等。
实验结果与前人研究基本一致，进一步验证了已有理论的正确性，同时也 为新理论的提出提供了依据。
对未来研究的建议
进一步深入研究辐射和日照对 气候变化的相互作用机制，探 索其背后的物理过程和化学反
应。
针对不同地区、不同季节的气 候特点，开展更加细致的观测 和实验，以揭示辐射和日照在
不同条件下的变化规律。
数据整理
将观测数据整理成表格或 图表，以便进行后续分析。
实验结果分析
数据对比
将实验数据与历史数据、 理论值等进行对比，以检 验实验的准确性和可靠性。
趋势分析
分析实验数据的变化趋势， 预测未来的气象状况。
结果解释
根据分析结果，解释气象 现象的成因和影响，并提 出相应的建议和措施。
05
辐射与日照的影响
地球的辐射平衡
总结词
地球的辐射平衡是指地球表面吸收的太阳辐射和大气 层反射回太空的辐射之间的平衡状态。
详细描述
地球的辐射平衡是指地球表面吸收的太阳辐射和大气层 反射回太空的辐射之间的平衡状态。地球表面的温度和 气候变化等都与地球的辐射平衡密切相关。在大气层的 不同高度上，反射的太阳辐射和吸收的太阳辐射之间存 在着一定的平衡关系，这种关系决定了地球表面的温度 和气候变化等。因此，了解地球的辐射平衡对于预测气 候变化和制定应对措施等方面都具有重要意义。
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1. 城市的日照
–城市日照总时数和日照百分率小于乡村 （1） 大气污染物多,云雾多, 透明度小; （2） 热岛效应所引起的对流云经常出现
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乌鲁木齐、昌吉、米泉的日照时数比较(h)
东京年日照时数和日照百分率的变化
由此可见，城市日照时数比郊区少，而且 随时间推移在不断减小。
伦敦市区与郊区平均日照的比较 (时数／日)
水滴或冰晶将阳光散射到各个方向，这 就产生了云的外观。
云是高层大气中水汽凝结、凝华的产物， 能反映当时的大气状况和作为判断天气的依 据（云是天气的招牌）。
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云的分类：
①根据云底高度划分 ②根据云的形态划分
高云5km以上 中云2.5~5km 低云2.5km以下 积状云 层状云 波状云
锋面云
地形云
③根据成因划分
平流云
对流云
气旋云
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世界云协会关于云的分类
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云族 云属
云类
积云
淡积云、碎积云、浓积云
低 云
积雨云 层积云
层云
秃积雨云、鬃积雨云 透光、蔽光、积云性、堡状、荚状层积云
层云、碎层云
雨层云
雨层云、碎雨云
中 高层云
透光、蔽光高层云
云 高积云 透光、蔽光、积云性、堡状、荚状、絮状高积云
高 云
卷云 卷层云
卷积云
2 城市的日照
日照（sunshine）
日照：描述太阳辐射强度的物理量。
日照时数：某天某地实际上获得日照的 小时数。
可照时数：某天某地理论上应有的日照 小时数。
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日照（sunshine）
一、城市日照的特点
城市中的日照相当复杂。与郊外相比，其差 异主要表现为：市内总日照时数和日照百分 率均小于郊区，城市内部日照的地区性差异 远比平坦和开旷的郊区大。由于房屋的间距 和朝向不同，即使同一座楼房，日照时间可 以完全不同。
京津冀平原地区夏季AOD与云量(CF)呈正相关,AOD增 加,特别是细粒子增加可能导致局地云量增多.
城市云量
导致市区云量特别是低云量比郊区多的原因：
☆①城市的热岛效应产生的热岛环流使市区内 的上升气流加强，有利于云的形成。 ☆②城市空气中含有较多的凝结核，尽管绝对 湿度小，但吸湿性凝结核有利于云的形成。 ☆③城市的摩擦阻障作用使得锋面、切变线等 天气系统在市区的移动速度减慢，云层在市区 滞留时间加长；建筑物加大了空气的被迫抬升， 有利于云特别是低云的增加。
结果表明：呼和浩特市日照时数近46年减少 了377小时，减少趋势非常明显，并呈阶段 性变化；1989年之前为日照时数偏多期，从 1987年日照时数开始减少，在90年代之后 下降趋势明显加快。这与20世纪90年代之后 低云量、总云量和雾日数增加的增加趋势相 一致。说明9O年代后期低云量、总云量和雾 日数的增加，是导致呼和浩特市日照减少的 主要原因。
毛卷云、密卷云、伪卷云、钩卷云 薄幕卷层云、毛卷层云 卷积云
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云量
云量 cloud amount：指云遮蔽天空视野的 成数。估计云量的地点必须能见全部天空， 当天空部分地为障碍物如山、房屋等所遮蔽 时，云量应从未被遮蔽的天空部分中估计； 如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空 应作为被产生降水的云遮蔽来看待。
利用2000年3月—2008年2月中分辨 率成像光谱仪(MODIS)的卫星资料,分 析了京津冀平原地区大气气溶胶光学厚 度(AOD)和气溶胶细粒子组分比率 (FMF)的时空分布特征.
京津冀地区气溶胶季节变化及与云量 的关系
结果表明:通过AOD与FMF的组合特征可判别气溶胶季 节变化特征.冬、春季以粗粒子为主,但冬季AOD偏小,而 在春季急剧增大;夏、秋季均以细粒子为主,但夏季AOD 达到最大,秋季较小.
城市的云量、日照和辐射
主要内容
1、城市云量 2、城市的日照 3、城市的辐射 4、城市太阳总辐射特征 5、城市下垫面的反射率 6、城市地气长波辐射能的交换 7、城市的净辐射
1. 城市云量
2500
云
低 云 （
米 以 下 ）
高云（5000m以上）
中云（2500-5000m）
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云（cloud）
概念—由漂浮在大气中的水滴、过冷水滴、 冰晶或它们混合组成的可见悬浮体。
城市化对北京地区日照时数和 云量变化趋势的影响
结果表明：城区的总云量和日照时数呈 减少趋势，但低云量呈增加趋势；郊区 的总云量和低云量呈增加趋势，而日照 时数呈减少趋势；低云量与日照时数表 现出明显负相关特征，这与北京城市化 发展对区域气候的影响有密切的关系。
京津冀地区气溶胶季节变化及与 云量的关系
城市云量
由于城市上空对流发展比较旺盛，且凝结核较 多，因此，在市区上空常会形成对流云。有统计资料 表明，城区平均云量可比郊区增加5~10%。市区 晴天日数减少，阴天、云天增多。
城市云量
城市云量
城市云量
城市云量
城市化对北京地区日照时数和 云量变化趋势的影响
利用１９６１～２００８年北京城区和 郊区１２个台站的气候观测资料，采用 趋势分析和累积距平的方法，研究了北 京城区和郊区近４８年的日照时数、总 云量及低云量的年际和四季变化趋势， 并探讨了城市化进程对日照和云量变化 的影响。
e)天空有少许云，其量不到天空的十分 之零点五时，总云量记0。
城市 ？云量
城市的云量
城市对云量的影响
根据大量观测事实和理论分析，城市有使 云量增多的效应，尤其是对低区乡村多，特别是在夏 季，城市上空积云形成较多。
城市化有使城市云量增多的效应，低云量的增加 更为明显；而且城市的阴天日数也比乡村要多。
呼和浩特市近4 6年日照时 数 变化特征及影响因素分析
利用呼和浩特市1961-2005年逐月日 照时数以及与日照变化相关的总云量、 低云量、烟雾日数和浮尘日数等资料， 采用数理统计方法，分析了呼和浩特市 日照的变化及日照减少的可能影响因素。
呼和浩特市近4 6年日照时 数 变化特征及影响因素分析
云量
云量观测包括总云量、低云量。
总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽 的总成数。
低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的 成数。
均记整数。
云量的记录方法：
a)全天无云，总云量记0；
b)天空完全为云所遮蔽，记10；
c)天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙 中可见青天，则记10—；
d)云占全天十分之一，总云量记1；云 占全天十分之二，总云量记2，其余依次类推；