第六章辐射传输方程讲课教案
辐射传输方程
辐射传输方程
辐射传输方程是描述光线在介质中传播的物理方程，通常用于描述电
磁波在大气中的传播机理和光学现象。
在大气科学中，辐射传输方程被广
泛应用于气象学、气候学、环境科学和远程探测等领域。
辐射传输方程包含两个部分：辐射传输方程本身和介质辐射传输方程，其中辐射传输方程包括波动方程和边界条件，介质辐射传输方程描述了介
质中的吸收和散射现象。
辐射传输方程是一个非常复杂的方程，通常需要使用数值模拟方法求解，如有限差分法、有限元法、雷辛-将军法等。
在实际应用中，需要考
虑多种介质参数的影响，如气体浓度、温度、湿度、气压、光学性质等。
热辐射及辐射传热PPT学习教案
波段辐射力:
在λ1~λ2的波长范围黑体的波段 辐射函数为：
F b(12 )
E d 2
1 b
0 Eb d
1 T 4
E d 2
1 b
1
T4
2 0
Eb d
1 0
Eb
d
F F b(02 )
b(01 )
f (2T ) f (1T )
黑体辐射函数
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四、 Lambert 定律
❖ 漫射表面：若表面即是漫 发射表面，又是漫反射表 面，则该表面称漫射表面
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§6-2 黑体辐射的基本定律
一、黑体和黑体模型
黑体：是指能吸收投入到其面 上的所有热辐射能的物体。是 一种科学假想的物体，现实生 活中是不存在的。但却可以人 工制造出近似的人工黑体。
图7-5 黑体模型
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热射线：
紫外线0.1~0.38μm 工业上一般物体(T<2000K)
可见光
热辐射的大部分能量的波
0.38~0.76μm
长位于0.76~20μm。
红外线 0.76~1000μm
太阳辐射：0.1~3μm 约定：除特殊说明，以后
❖ 近红外线
论及的热射线都指红外线
0.76~1.4μm
。
波普上热❖射线中红中外红线外线占优，某一具体物体的热辐射中，
思考 1、一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程
暗红、鲜红、桔黄、白炽（超过1300度）
2、黑体一定是黑色的吗？ 3、节能灯原理？
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三、Stefan-Boltzmann定律
Eb
0
Eb d
第六章 冠层反射率模型-辐射传输
8/11 植被遥感传输理论的三个里程碑成果：
• 1950年，Chandrasekhar给出辐射传输方程的具体表达式， 并在大气和核物理等研究领域迅速得到应用和发展。 • 1953年，门司正三和佐伯敏郎（Monsi and Saeki）从实 测测定和理论推导两方面建立了光强对叶面积的依赖关系。 其中所采用的理论就是辐射传输的基本定律—BeerLambert消光定律，从而开始了用辐射传输理论对植被冠 层的研究。 • 1975年，在总结前人多年工作的基础上，Ross出版了他 的论著（俄文版），正式确定了植被内部的辐射传输方程， 进而建立植被光学特性和结构特性与辐射场之间的关系。
下标 L 表示 leaf。 uL(z)对dz在 0-H 区域积分，等于？
3/12 对于叶面积密度分布，存在：
H
0
uL (z )dz L0
式中积分上限H为植被冠层深度，z的取向向下（即z=0为 植被上界，z=H为植被下界），L0为叶面积指数（无单位
量纲），是农学、植被生态学中最重要、最常用的参数。
a(θv,υv)
a(θi,υi)
O(θi,θv,υ)
7/11
辐射传输模型
植被遥感接收的信息是植被上界的出射辐射（不考 虑大气影响），它是辐射在植被—土壤耦合体系中 多次散射和吸收的结果，而辐射传输理论可以比较 系统、较完整地描述该过程。通过辐射传输理论， 我们可以准确地计算植被上界的出射辐射量，或根 据这一信息反演植被的光学特性和结构特性，因而 从理论的高度解决了植被遥感的定量化问题。同时 在解决问题的过程中，还可以借鉴许多辐射传输理 论的最新进展和突破，从而将使这一领域充满活力。 , L )d L 1
式中积分区域 2π+ 为上半球空间，这是因为叶片只 能计算单面。对于平面平行假设，存在 gL(r, ΩL) = gL(z, ΩL) 。 叶片在2π+空间均匀分布时， g (z, Ω ) = ?
气溶胶卫星遥感的辐射传输方程
气溶胶卫星遥感的辐射传输方程1、概述气溶胶是大气中的颗粒物质，对大气光学特性和气候变化有着重要的影响。
对于气溶胶的监测和遥感研究成为了大气科学领域中的一个热门话题。
在现代卫星遥感技术的支持下，气溶胶的遥感研究迎来了一个全新的发展阶段。
本文将重点介绍气溶胶卫星遥感的辐射传输方程。
2、气溶胶的光学特性气溶胶颗粒对太阳光的散射和吸收是其光学特性的重要表现。
光学特性决定了气溶胶颗粒对光的影响程度，进而影响了遥感观测的准确性和精度。
了解气溶胶的光学特性对于遥感研究至关重要。
3、辐射传输方程辐射传输方程描述了光在大气和气溶胶中传播的规律。
它是理解气溶胶遥感的基础，也是研究气溶胶影响的重要工具。
辐射传输方程的基本形式包括辐射传输方程、辐射传输方程、辐射传输方程和辐射传输方程。
在对气溶胶进行遥感观测时，需要根据具体的情况选择合适的辐射传输方程进行分析和计算，以获得准确的遥感结果。
4、气溶胶卫星遥感气溶胶卫星遥感是利用卫星载荷对地面上的气溶胶分布进行遥感观测的一种技术手段。
通过对大气中光谱的遥感观测，可以获取气溶胶的光学厚度、粒径分布、组成成分等信息，为大气和气候研究提供了重要的数据支持。
气溶胶卫星遥感在监测大气污染、预测天气变化、研究气候变化等方面具有重要的意义，受到了广泛关注和应用。
5、结论气溶胶卫星遥感的辐射传输方程是气溶胶遥感研究的重要基础，对于理解气溶胶在大气中的分布和变化规律具有重要意义。
通过深入研究和探讨气溶胶的光学特性和辐射传输方程，能够更好地促进气溶胶遥感技术的发展和应用，为大气环境保护和气候变化研究提供有力支持。
在气溶胶卫星遥感的发展过程中，我们需要不断完善和改进辐射传输方程的理论和方法，加强对气溶胶光学特性的研究和观测，提高遥感观测数据的准确性和可靠性，促进气溶胶遥感技术的广泛应用和推广，为人类社会的可持续发展贡献力量。
参考资料：[1] 李海平, 刘路, 肖志恒. 气溶胶遥感大气辐射传输研究资料(xxx[2] 唐祥麟, 罗钟發. 大氣环境科学(xxx[3] 刘培一, 戴世勇, 於根宏. 气溶胶光学特性及其应用(xxx、气溶胶光学特性的观测与研究气溶胶光学特性的观测和研究是气溶胶遥感技术的重要组成部分。
大气辐射传输方程课件
方程各项物理意义解释
辐射强度变化项
表示辐射能在传输过程 中的增加或减少。
吸取项
表示介质对辐射能的吸 取作用，与介质的吸取 系数和辐射强度有关。
发射项
表示介质自身发射的辐 射能，与介质的发射率
和温度有关。
散射项
表示介质对辐射能的散 射作用，与介质的散射 系数和辐射强度有关。
边界条件和初始条件设定
边界条件
力。
大气成分与结构
大气成分
主要包括氮气、氧气、二氧化碳等气 体分子，以及水蒸气、气溶胶等微粒 。
大气结构
根据温度、压力、密度等参数，大气 可分为对流层、平流层、中间层、热 层和逃逸层。
大气辐射过程
01
02
03
04
太阳辐射
太阳作为主要辐射源，向地球 大气发射短波辐射。
大气吸取与散射
大气中的气体分子、微粒吸取 和散射太阳辐射，导致辐射能
02
大气辐射基础知识
辐射度量学基础
辐射通量
单位时间内通过某一面积的辐 射能量。
光谱辐射通量
单位时间内通过某一面积、在 某一波长范围内的辐射能量。
辐射强度
单位立体角内的辐射通量，描 述点源或线源在某方向上的发 光能力。
光谱辐射强度
单位立体角、单位波长范围内 的辐射通量，描述点源或线源 在某方向、某波长上的发光能
利用正交函数系（如勒让德多项式、 切比雪夫多项式等）对原函数进行展 开，将微分方程转化为代数方程进行 求解。
有限元法
将连续的空间划分为一系列离散的元 素，在每个元素内用近似函数代替原 函数，通过求解元素方程得到整个空 间的解。
迭代算法设计与实现过程展示
雅可比迭代法
通过不断迭代，用上一次迭代的解计算下一次迭代的解，直到满 足收敛条件为止。
大气辐射与遥感-第六章
问题的关键： 1.I在太阳方向上有峰值 2.P(cosθ)存在峰值
6.2散射相函数的展开
散射相函数是散射角的函数，可以展开为勒让 德(Legendre polynomial)多项式组成的级数:
~ P (cos ) P(cos ) l l
l 0 N
~ 其中Pl为勒让德多项式， l 为展开系数：
根据互易原理： P(, ' ) P(' , )
1 因此同样有： 4 P(, ' )d' 1 4
通常散射相函数 P (Ω , Ω ’) 只 与 方 向 Ω ’ 和 方向 Ω 之间的夹角 Θ 有 关 ， 可 以 写 为 P (cos Θ )。散射角Θ 定义为 入射光束和散射光束之 间的夹角。 散射角的余弦可以表示 为： cos cos cos' sin sin ' cos(')
dIscat的数学表示
根据上述表示，dIscat可以表示如下：
dI scat dI scat
d s 4 1 4
s 4
P(' , ) I (' )d'ds
4
P(' , ) I (' )d'
4
其中归一化的散射相函数为：
P ( ' , ) d ' 1
源函数中的散射的表达是单次散射与多次散 射之和，即： J ( , ) F 0e / P (, 0) 4 I ( , ' ) P (, ' ) d' 4 4
0
又，源函数中的发射的表达可以写为：
J ( , ) B[T ( )]
普朗克函数B(T) 是物体亮温为T时的出射辐射 亮度，它的强度与方向无关，即各向均一。
可见光近红外波段辐射传输方程ppt课件(共35张PPT)
Nitric oxide (NO)
Troposphere(对流层)
3微米为中心的吸收带；
•Sulphur Absorbing ground
Ammonia (NH3)
dioxide
(SO2)
•Nitrogen dioxide (NO2) Nitrogen dioxide (NO2)
由于正、负离子的重心不重合，所以水分子是一个极性分子，具有很强的电偶极矩;
烷〔CH4），氮氨化物〔N2O），一氧化碳〔CO〕等，（以60GHZ为中心的微波氧〔O2〕吸收带除外）。
Carbon monoxide (CO)
3微米的太阳辐射无法到达地面，在0.
Nitrogen dioxide (NO2)
1 水汽的最强和最宽的振转吸收带为以6.
1 S S S.. . 低纬：16~18km;
大气效应及建模
大气组成
大气垂直结构
Troposphere(对流层)
Stratosphere(平流层) Mesosphere(中间层)
Thermosphere(热层)
大气廓线？
大气组成
大气组成
对流层 邻近地表的一层。厚度最薄，大气质量80%，水汽90%。 低纬：16~18km;
中纬：10~12km; 高纬：7~9km.
特点： 温度随高度增加不断下降，平均6.5ºC/km，天气变化都发生在该层。 垂直方向空气运动激烈。
自地面至2m高的范围为贴地层, 昼夜温度变化10ºC。从地面到1~2km的为 行星边界层，富含气溶胶粒子，气溶胶密度随高度指数衰减。
在行星边界层以上，主要为分子散射。
大气组成
平流层
从对流层顶到50~55km。约20%大气质量，水汽少，臭氧 (10~40km)丰富，吸收太阳紫外辐射，气体密度低，分子动能 大。 特点： 20~32km, 同温层。 同温层之上，温度随高度增加而增加，到平流层顶温度停止增加。
对流及辐射教学文案
薄膜熱阻：
R
1 hA
6
牛頓冷卻定律的說明
h：熱傳送係數，其值不是一 個常數，是流體的物理性質、 流動型態(層流或亂流)、固體 表面的幾何形狀與粗糙度的函 數。
h 可由Nu值求出
7
熱對流的無因次群-1
各無因次群的定義
Nu
hD
K
ReDU DU
P rCkp
8
熱對流的無因次群-2
強制對流 Nu=f(Re，Pr）
273-373
吸收率 0.040 0.023 0.144-0.377 0.435 0.736 0.96 0.93 0.95-0.963
24
史蒂芬-波茲曼輻射定律
(Stefan-Boltzmann law)
輻射體的輻射強度為各波長
強度的和。q 黑體 A
T
4
非黑體 qAT4
25
浦郎克定律(Planck law)
被物體吸收的輻射量
照射到物體的輻射量
17
熱輻射的各種輻射量-3
穿透率
被物體透射的輻射量 照射到物體的輻射量
18
熱輻射的各種輻射量-4
發射率
物體的輻射強度 同溫度時黑體的輻射度強
19
吸收率、反射率及 穿透率的關係
吸收率＋反射率＋穿透率＝1
++=1
20
黑體
定義：完全吸收照射到物體 的輻射量。
➢ 表示法：
T Th Tc
總熱阻 1
1
UiAi U0A0
12
兩流體間的對流熱傳送-2
總包熱傳係數與薄膜熱傳係數的 關係
總熱阻 1 1 UiAi U0A0
1 1 1 x1 U iA i U 0A 0 hiA i kL Ah0A 0