第二章 地面和大气辐射
2第二章 辐射-2.6地面辐射收支
辐射地面辐射收支地面辐射收支地面辐射大气辐射地面有效辐射地面辐射差额太阳辐射能量的传输方向地面辐射Surface radiation波长范围：3.0μm～120.0μm最大放射能力的波长约为9.7μm（长波辐射）定义指由地面放射的指向大气的辐射。
RLu大气辐射Atmospheric radiation波长范围：7.0μm～120.0μm最大放射能力的波长约为14.5μm（长波辐射）大气逆辐射Atmospheric counter radiation (RLd):指大气辐射中投向地面的那一部分大气长波辐射。
定义大气向四面八方放射的辐射能。
地面辐射与地面所吸收到的大气逆辐射的差值。
Lu Ld R R F δ=−R Lu 地面辐射；δ地面对大气逆辐射的吸收率；R Ld 为大气逆辐射。
地面有效辐射与地面温度（T ）的关系：F ＞0，地面失去热量，T 地降低;F ＜0，地面得到热量，T 地升高；F = 0，地面热量得失平衡，T地不变。
定义公式地气温度当T 地面＞T 大气F ＞0，T 差值↑→F↑；当T 地面＜T 大气F ＜0，T 差值↑→F↓。
大气中的水汽量：水汽↑→F↓云况：云多云厚→F↓地面性质：地面越粗糙→F↑；地面有覆盖物→F↓。
微风：夜间有微风时→F ↓海拔高度（H ）：H↑→水汽↓→R Ld ↓→F↑。
Lu LdR R F δ=−影响因素n单位面积的地表面，在一定时间内，辐射能的收入和支出之差。
(1)()(1)n s sb sd R R r F R R r F=−−=+−−()(1)sb sd R R r +−各项物理意义：地面从太阳辐射中净吸收能量的部分，即收入部分。
Lu Ld R R F δ=−地面净损失热量部分，即支出部分。
定义表达式n 日变化白天，收入项大于支出项，Rn ＞0；Rn在中午达到最大值；夜间，收入项RR SS1−rr=0，R n=-F地面失热而降温；年变化夏季：太阳辐射强，收入项＞＞支出项，Rn＞0，地面得热升温。
第二章地球上的大气第一节
高度
高度
气温 ① ②
气温 ③ 第1题图
气温 ④
气温
1.图中最有利于雾霾大气污染物扩散的情形是 A. ① B.② C.③ D.④
A
典例精析：下图是等高面与等压面关系示意图，读图完 成下列要求：
⑤ (1)图中①至⑤点，气压最高的是______________， ② 气压最低的是____________。 (2)A、B两地受热的是____________地，空气 B A ______________；冷却的是______________地，空气 膨胀上升 __________________。 冷却下沉 ⑶用“→”画出图中的热力环流。A→B→⑤→②→A （呈逆时针的环流）
活动
1、大气逆辐射概念： 2、大气逆辐射对地面作用： 大气保温作用
3、气温日较差计算
（1）气温日较差计算 （2）日最高温与日最低温出现的时间 （3）气温日较差的影响因素：
A、天气： 晴朗天气的日较差大于阴天日较差 B、海陆位置： 沿海日较差较内陆小 C、地形： 山顶的日较差小于平原日较差
二、热力环流
2、风向与等压线有什么关系
1、图中风向受几个力的作用
2、风向与等压线有什么关系
3、它实际上可能在哪些地方发生
1、图中风向受几个力的作用
2、风向与等压线有什么关系
3、它实际上可能在哪些地方发生
描述图幅气压分布特点
近年来，雾霾天气在我国频繁出现，空气质量问题已引 起全社会高度关注。下图是气温垂直分布的4种情形。读 图完成第1题。
（一）引起大气运动的根本原因
（二）热力环流 1、热力环流：由于地面冷热不均而形成的空气环流，
是大气运动最简单的形式 补充：A、气压：单位面积上承受空气柱的压力
地面辐射和大气辐射及影响因素
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最新去版整了理p哪pt 里呢？
1
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
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 。
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4
？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？
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。
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2
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。
（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
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12
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。
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11
• 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。
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
大气辐射
第二章大气的热能和温度第一节太阳辐射第二节地面辐射和大气辐射第三节地球热量平衡第四节大气的增温和冷却第五节大气温度随时间的变化第六节大气温度的空间分布一、辐射的基本知识（一）辐射（二）辐射光谱（三）辐射差额﹙R﹚二、太阳辐射（一）辐射以电磁波的形式向外不停地放出能量，这种传递能量的方式叫辐射，而传递出来的能量称为辐射能。
太阳、地面和大气间能量交换的波长范围0.15－120 μm 。
太阳辐射波长范围很广，但其能量的绝大部份集中在0.15－4 μm之间，习惯称短波辐射。
地面、大气间（简称地－气系统）波长3－120 μm ，习惯称长波辐射。
（气象上通常以4 μm 作为长短波的界限）（二）辐射光谱表示辐射能随波长的分布。
（三）辐射差额﹙R﹚在某一段时间内物体的辐射收支差值，称为辐射差额。
当物体的：收入大于支出，辐射差额为正，物体温度升高；收入小于支出，辐射差额为负，温度降低。
收入等于支出，差额为零，温度无变化。
此时为辐射平衡状态。
二、太阳辐射太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射在大气中的减弱到达地面的太阳辐射地面对太阳辐射的反射（一）太阳辐射光谱太阳辐射中的辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
（二）太阳常数在日地平均距离（1.5亿km）处的大气上界、垂直于太阳光线的平面、每分钟每平方厘米面积上得到的太阳辐射能量值，该数值称为太阳常数，用I。
表示。
据测算：I0=1367W/㎡（三）太阳辐射在大气中的减弱大气的吸收作用大气的散射作用云层对太阳辐射的反射（四）到达地表的太阳辐射经大气削减后到达地表的太阳短波辐射由直接辐射和散射辐射两部分组成。
二者之和为到达地表的太阳辐射总量，常称为太阳总辐射。
直接辐射由平行光形式直接投射到地面上的太阳辐射。
影响直接辐射值大小、强弱的两个最主要因素：大气透明度和太阳高度角（h⊙）。
大气透明度好，到达地表的直接辐射量多，反之则少。
太阳高度角（h⊙）愈小，太阳辐射强度愈弱，单位时间、单位面积地表上获得太阳辐射热能（直接辐射）愈少；相反愈多。
地面辐射与大气辐射
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射
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。 一般情况下，在湿热的天气条件下，有效辐射比干冷时小， 有云覆盖时比晴朗天空条件下有效辐射小；空气混浊度大时比 空气干洁时有效辐射小；在夜间风大时有效辐射小；海拔高度 高的地方有效辐射大，当近地层气温随高度显著降低时，有效 辐射大；有逆温时有效辐射小，甚至可出现负值。此外，有效 辐射还与地表面的性质有关，平滑地表面的有效辐射比粗糙地 表面有效辐射小；有植物覆盖时的有效辐射比裸地的有效辐射 小。
地面和大气的辐射
一、地气系统辐射差额
地面和大气因辐射进行热量的交换，其能量的收支状况， 是由短波和长波辐收支作用的总和来决定的。 物体收入辐射能与支出辐射能的差值称为净辐射或辐射 差额，即： 辐射差额=收入辐射-支出辐射 在没有其它方式进行热交换时，辐射差额决定物体的升 温或降温。辐射差额不为零，表明物体收支的辐射能不平衡， 会有升温或降温产生。辐射差额为零时，物体的温度保持不 变。
此波段是地面辐射强区，约占20%，可利用红外辐射观 测此波段的辐射强弱，推断地表温度的变化。
透明度最大
大 气 窗 口
9.6μm附近狭窄的臭氧吸 收带
地面放射的14μm以上 的远红外辐射，几乎能 全部吸收，故此带可以 看成近于黑体
一、地面、大气的辐射和地面有效辐射
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，厚度大的云层表面可当作黑体表面。 二氧化碳有两个吸收带，中心分别位于4.3μm和14.7μm。第 一个吸收带位于温度为200-300K决渎很替的放射能量曲线 的末端，其作用不大，第二个吸收带从12.9-17.1μm，比较 重要。
(完整版)必修一地理第二章地球上的大气知识点总结(最全面)
第二章地球上的大气知识点总结2.1冷热不均引起的大气运动2.1.1、大气的受热过程1．能量来源(两个来源)(1)地球大气最重要的能量来源：太阳辐射能。
(2)近地面大气主要、直接的热源：地面。
2．大气对太阳辐射的削弱作用：主要包括吸收和反射。
3．受热过程太阳短波辐射透过大气射到地面⇨地面被加热并以地面长波辐射的形式射向大气⇨大气增温4.影响地面辐射大小（获得太阳辐射多少）的主要因素：纬度因素，太阳高度角的大小不同，导致地面受热面积和太阳辐射经过大气层的路程长短，是影响的主要因素，同时，它的大小受下垫面因素（反射率）和气象因素等的影响。
5.太阳辐射是短波辐射，地面辐射和大气辐射是长波辐射。
6.大气逆辐射并不只在晚上存在。
7.大气受热过程原理在生产和生活中的应用：（１）解释温室气体排放对全球变暖的影响：温室气体排放增多－－吸收地面辐射增多－－气温升高－－全球变暖（２）在农业中的应用：利用温室大棚生产反季节蔬菜；利用烟雾防冻；果园中铺沙或鹅卵石不但能防止土壤水分蒸发，还能增加昼夜温差，有利于水果糖分积累。
【昼夜温差的比较】晴天温差大于阴天，陆地温差大于海洋。
2.1.2热力环流１、热力环流：由于地面冷热不均而形成的空气环流，是大气运动的一种最简单的形式。
形成原因：地面冷热不均。
地面间冷热不均是大气运动的根本原因，水平气压差是大气水平运动的直接原因2．形成过程地面间冷热不均－－空气的上升或下沉－－同一水平面的气压差异－－大气的水平运动【特别提醒】（１）气压高低是在同一水平面上气压高低而言的。
（２）在同一地点，气压随高度的增加尔减小。
（３）大气的垂直运动是地面冷热不均造成的，并非由气压差异造成的。
（４）大气的水平运动称为风，风总是由高气压区吹向低气压区。
３、热力环流的应用海陆风使海冰地区气温日较差减小，夏季气温低，空气较湿润，是避暑的好地方。
【“巴山夜雨”、逆温】山谷和盆地常因夜间冷的山风吹向谷底，使谷底和盆地内形成逆温层，大气稳定，易造成大气污染。
第二章 大气辐射学
第2章大气辐射学
2.1 辐射的基础知识
短波辐射 长波辐射
X-rays Ultraviolet (UV) Visible Near-Infrared (Near-IR) Middle-IR Far-IR Microwave
l < 10nm 10 < l < 400nm 0.4 < l < 0.76µm 0.7 < l < 4.0µm 4.0< l < 30µm 30 < l < 100µm 1mm<l<1m
Q
t r r 2 0
1
t2
S l0
sin sin
cos cos cos Pl dt
m
春分
夏至
秋分
冬至
春分
夏至
秋分
冬至
第2章 辐射与热量平衡
2.4 到达地面的太阳辐射
二、到达地面的太阳散射辐射
由于大气的 存在,到达地表的辐射除太阳直接辐射外，还有从天 空各个方向射的太阳散射辐射，又称为天空辐射。 • 太阳散射辐射取决于太阳高度角、大气透明度系数、云量、海拔高 度、及地面反射率。
E * I * T 4
上式称为Stefan-Boltzmann定律。表明物体温度越高，其放射能 力越强。
推论： 根据Stefan-Boltzmann定律计算的温度称为等效黑体温度或 亮度温度（Brightness temperature）TB。
第2章大气辐射学
2.2 辐射的基本定律
三、Wien定律：
附：立体角定义
球坐标系中，立体角定义为球面面积元与 半径平方之比。若立体角元为 d ，球面 面积元ds，则
ds r sin d rd
(完整版)第二章大气辐射学
d
o
r
dl
dα r
dα = dl/r
第2章大气辐射学
2.2 辐射的基本定律
一、普朗克函数（The Planck Function）：
黑体单色辐射强度Iλ*与其温度(T)和辐射的波长(λ)之间具有如下的 关系：
Il*
l5
2hc2 ehc / klT
1
其中，h、k及c 依次为普朗克常 数、Boltzmann常数及光速:
lT
第2章大气辐射学
球坐标系中，立体角定义为球面面积元与
半径平方之比。若立体角元为 d ，球面
面积元ds，则
d ds / r 2 sin dd
沿整个球面积分，得整个球面立体角
2
2
d sindd 4
00
00
立体角单位为立体弧度（steradians, sr） 立体角与平面角的比较
ds r sin d rd
(ds)的辐射能dΦ，称为该方向的辐射强度，用Iλ表示，单位为W m-
2 sr-1 μm-1；
Il
d dtddsdl
dΦ I
辐射强度表示辐射场内任一空间点任一
z
ds
时刻任一方向上的辐射强弱，即
θ
I l
I( x ,y ,z, ,,t ,l)
dω
若I与x, y, z无关，则I是均匀；若I与θ, φ
o
y
2.1 辐射的基础知识
短波辐射 长波辐射
第2章大气辐射学
X-rays Ultraviolet (UV) Visible Near-Infrared (Near-IR) Middle-IR Far-IR Microwave
l < 10nm 10 < l < 400nm 0.4 < l < 0.76µm 0.7 < l < 4.0µm
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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（3）.影响大气辐射强弱的因子
大气温度 大气中的成分
Li= εσTa4
3 、大气逆辐射和地面有效辐射(Ln)
大气逆辐射 大气辐射指向地面的部分 大气的保温效应： 定义：把大气易让太阳短波辐射进入地面，而不易让地面 长波辐射逸出大气，并且又以大气逆辐射的方式返还给地 面一部分辐射能，从而使地面温度有所升高的效应。 意义：使地面平均温度提高了38度，若无大气，地面平均 温度为零下23度 地面有效辐射 地面发射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差,表示地面的长 波辐射支出量 影响因子 地面温度 、空气温度、空气湿度、云况、风力、海拔、地面状况和植
一、地球辐射
1、地面辐射 2、大气辐射 3、大气逆辐射和地面有效辐射
1、地面辐射 Lo （long-wave radiation-up) 定义：地球表面按其本身温度不断向外发射长 波辐射称地面辐射,属长波辐射。 波长：3-80μm, 最大辐射能所对应的波长为 10 μm
影响地面辐射能力的因子
8、影响地面净辐射的因子是什么？地面净辐射随纬度和时间的变化规律。
三、辐射与农业
太阳辐射对植物的作用： ● 光合效应（ 0.38~0.71um，光合有效辐射） ● 热效应（ 0.38~0.71um ，0.71~4.0um） ● 光的形态效应(0.38~0.71um,0.29~0.38um) 光还在相当程度上影响植物的地理分布。
光对植物影响的主要方式
光主要从三个方面对植物产生影响： ● 光长，即光照时间的长短。 ● 光强，即光照的强弱。 ● 光质，即光谱组成的不同。
第一节和第二节 复习题
1、概念：辐射、吸收率、反射率、透射率、辐射通量、辐射通量密度、光 照度、天文辐射、太阳常数、太阳高度角、地面辐射、大气辐射、大气 逆辐射、地面辐射差额（地面净辐射） 2、气象学所研究的电磁波谱的范围是多少？ 3、太阳辐射的光谱范围及可见光的光谱范围？太阳辐射的光谱成份包括哪 些及其能量分布特点？ 4、详细说明为什么太阳辐射穿过大气层时会受到削弱？ 5、到达地面的太阳总辐射的强弱受哪些因子的影响？如何影响的？太阳总 辐射随纬度、海拔高度及时间的变化特点是什么？并分析原因。 6、地面和大气辐射其辐射的光谱范围？ 7、地面辐射差额（地面净辐射）对地面温度是如何影响的？
若将地面看作黑体时，则可根据斯蒂芬—波尔兹曼定律 求出地面放出的辐射能。
Lo=σTg4=5.67*10-8*(300)4 398W/m-2
因地球并非黑体，所以
Lo= εσTg4
ε ：地面发射率，随下垫面性质发生变化，如表：
下垫面性质 黄土 发射率 0.98 沙石 0.91 灰石 0.90 黑土 0.90 浅草 0.90 麦地 0.93 果园 0.96 森林 0.98 新雪 0.99
主要因子
次要因子
地面净辐射（B）的变化规律
日变化
白天B>0，夜晚B<0。
日出后1小时，B由负值
日落前1小时，B由正值 云的影响
白天：B阴<B晴 夜晚：
正值 负值
B阴
？ B晴
？
年变化 夏季B>0，冬季B<0 oN以南 B>0 38 随纬度的变化
北半球
B<0 B=0
38oN以北 38oN
第二节 地面和大气辐射
太阳辐射是地球上的主要能源，不是大气的直接热源 下垫面是大气的直接热源，原因：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
因此，在研究大气热状况时，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。
被等。
二、辐射平衡
太阳直接辐射
Sb
地面辐射能的总收入
散射辐射
Sd
大气逆辐射 La
地Sb+Sd)α
1、地面辐射平衡
地面净辐射(B)：地面辐射能的总收入与总支出的 差值。
影响地面净辐射大小的因子
太阳高度 影响太阳辐射的大小 日长 下垫面的性质 影响地面反射率 大气成分及云况 影响大气逆辐射
2、大气辐射
（1）.大气辐射Li (long-wave radiation-down)
定义：大气按其本身的温度向外发射长波辐射 方向：四面八方
大气温度：平均温度250K
波长：3-120μm, 最大辐射能所对应的波长为15 μm
（2）.大气对地面长波辐射的强烈吸收
吸收物质：大其中的水气、液态水、CO2、O3