大气的散射作用优秀课件
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《大气的受热过程》精品课件PPT
气候较为湿润 盆地地形
阴雨天气多
污染物 不易扩散
空气 密度大
大气的削 弱作用强
太阳能 缺乏
影响地面获得太阳辐射的因素:
3 地面 状况
• 哪种地面反射率较高， • 哪种地面反射率较低？
• 新雪反射率最高，并城市水泥路面儿 的反射率较高，赤道附近的海洋反射 率最低。
• 分析地面性质与反射率 有什么关系？
逆温
影 响：
不利影响
早晨多雾的天气大多与逆温有密切关 系，它使能见度降低，给人们的出行 带来不便，甚至出现交通事故
Class assignment————————————
• “方舱营房“专供驻守在海拔超过5000米的一线部队使用,部分墙体为中空玻璃 结构,屋顶的太阳能光伏板可提供电能。图1为“方舱营房”图片,图2示意大气受 热过程。据此完成下题。
气温升高，全球变暖
的
应
用
大 (3)温室大棚
气 保 温 作 用 的 应 用
逆 温
逆温
概
高度km 3
念：
冷
温度℃ 热
0
18
• 对流层大气的热量直接来自地面的 长波辐射；
• 正常情况下对流层气温随海拔的升 高而降低—下热上冷
高度km 3
热
0
冷
18
温度℃
• 某些条件下，对流层的某一高度有时也 会出现气温随高度增加而递增的现象， 也就是—下冷上热
影响地面获得太阳辐射的因素:
2 大气 状况
例 高海拔地区（如青藏高原）
地势高
空气稀薄
大气的削弱作用弱
太阳能丰富
影响地面获得太阳辐射的因素:
2 大气 状况
例 内陆地区（如我国西北地区）
大气对光吸收、散射
• (3)在散射的前半球和后半球具有相同的 散射强度
• (4)90度方向的散射光几乎是全徧振的．
分子偶极子的辐射
• 单个分子是最简单的电磁波辐射源，吸收 电磁波，辐射电磁波。
• 分子是散射能的点源，由于散射过程时间 很短，此时，外界入射波可以忽略不计。 散射波的发射过程如同没有入射波存在一 样。
瑞利散射机制模型
• 电磁波在单位时间内通过垂直于传播方向单 位面积的能流或平均功率由poynting矢量决 定，其中E0为电场的最大值
• 计算处Poynting矢量的大小为： • 这个次波的平均功率由外电场引入的电偶极
矩确定。转化成波长的形式就是：
将平均功率转化为散射通量强度
VD7.162107V0
T M
（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL
由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹（Lorentz）变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略 （4）自吸变宽
模型中的假设
• 不离子化，总体上没有净电荷，在电场中 总体不受力
• 无极化，负电荷均匀的分布在球壳上，因 此也可以看作对应的对称中心
• 各向同性，束缚力的弹性系数在各个方向 上相同，不会有振动最强的方向。
• 线性和弱阻尼性，离共振频率较远的地方 振幅小，谐振频率部位阻尼所变。
正负电荷位移形成偶极矩
偶极子对外辐射
• 分子电子电荷的来回运动是宏观尺度中赫兹偶极 子天线中电流运动的一个小尺度模拟，向外发射 电磁波，在几个波长以外，辐射是一个向外传输 的球面波。考虑电偶极矩的最大值，
• 根据Frank的工作，次波电矢量的瞬时值为
• (4)90度方向的散射光几乎是全徧振的．
分子偶极子的辐射
• 单个分子是最简单的电磁波辐射源，吸收 电磁波，辐射电磁波。
• 分子是散射能的点源，由于散射过程时间 很短，此时，外界入射波可以忽略不计。 散射波的发射过程如同没有入射波存在一 样。
瑞利散射机制模型
• 电磁波在单位时间内通过垂直于传播方向单 位面积的能流或平均功率由poynting矢量决 定，其中E0为电场的最大值
• 计算处Poynting矢量的大小为： • 这个次波的平均功率由外电场引入的电偶极
矩确定。转化成波长的形式就是：
将平均功率转化为散射通量强度
VD7.162107V0
T M
（3）压力变宽（劳伦兹变宽，赫鲁兹马克变宽）ΔVL
由于原子相互碰撞使能量发生稍微变化。 劳伦兹（Lorentz）变宽： 待测原子和其他原子碰撞。随原子区压力增加而增大。 赫鲁兹马克（Holtsmark）变宽（共振变宽）： 同种原子碰撞。浓度高时起作用，在原子吸收中可忽略 （4）自吸变宽
模型中的假设
• 不离子化，总体上没有净电荷，在电场中 总体不受力
• 无极化，负电荷均匀的分布在球壳上，因 此也可以看作对应的对称中心
• 各向同性，束缚力的弹性系数在各个方向 上相同，不会有振动最强的方向。
• 线性和弱阻尼性，离共振频率较远的地方 振幅小，谐振频率部位阻尼所变。
正负电荷位移形成偶极矩
偶极子对外辐射
• 分子电子电荷的来回运动是宏观尺度中赫兹偶极 子天线中电流运动的一个小尺度模拟，向外发射 电磁波，在几个波长以外，辐射是一个向外传输 的球面波。考虑电偶极矩的最大值，
• 根据Frank的工作，次波电矢量的瞬时值为
课件_人教版必修一大气的受热过程PPT课件_优秀版
大大 气气 辐增 射温
（1）积雪的保温作用与大气的保温作用相似，描述大气保温作用的过程。
射向地面
地面受热增温
地面 保持地面温度
1 .“太阳暖地面” 2.“地面暖大气” 3.“大气还地面”
讨论一
俗话说“麦盖一层被，来年枕着馒头睡”。据我国 北方一些冬小麦地区测定，冬季，积雪5厘米深的地温 一般比无积雪的高2-3℃，并且积雪越深，保温作用越强， 麦苗越不易被冻伤。
冻伤。 太阳辐射是大气的根本热源
地面是低层大气的主要、直接的热源。
大气对地面起到保温作用。
知识梳理 【大气的受热过程示意图】
尝试写出图中A、C、E、F、I、G代表的含义。
知识梳理
【大气的受热过程示意图】
太
阳 D．晴天时大气逆辐射弱 射向宇宙空间 射向宇宙空间 青反藏射高向原是宇我宙国空太阳间辐射的高值中心(图1），光照资源充足，但热量不足，严重影响农业生产活动及其布局。 辐 C．大气辐射 地面辐射 大气逆辐射
【问题】 （1）积雪的保温作用与大气的保温作用相似，描述大 气保温作用的过程。
大部分太阳辐射透过大气射到地面上,使地面增温；大气吸收地 面长波辐射而增温,并通过大气逆辐射又将热量还给地面.
讨论一
俗话说“麦盖一层被，来年枕着馒头睡”。据我国 北方一些冬小麦地区测定，冬季，积雪5厘米深的地温 一般比无积雪的高2-3℃，并且积雪越深，保温作用越强， 麦苗越不易被冻伤。
C．冬季多云的夜晚常比晴朗的夜晚温暖
1．造成新疆地区“早穿皮袄午穿纱”天气现象的原因
红黄绿三色光的波长比较长，不易被散射
（2）冬季，积雪覆盖的麦苗不易被冻伤，说明原因。
（2）冬季，积雪覆盖的麦苗不易被冻伤，说明原因。
大气对光吸收、散射
03 光散射
散射原理
光的波动性
光在传播过程中遇到微小颗粒时，会因为波动的性质而发生散射。
散射方向
散射光线的方向与入射光线方向成正比，且散射强度与波长的四 次方成反比。
散射系数
散射系数是描述散射能力的一个参数，与颗粒的大小、形状和密 度等因素有关。
散射类型
瑞利散射
当颗粒直径远小于入射光波长时， 发生的散射称为瑞利散射，天空 呈现蓝色就是由于瑞利散射。
大气污染监测
大气对光的吸收和散射特性也可以用于监测大气污染。当大气中含有污染物时，这些污染物会吸收和散射光线，导致光的强度 和颜色发生变化。通过测量这些变化，可以确定污染物的种类和浓度，从而采取相应的措施来减少污染。
光学仪器校正
大气对光的吸收和散射特性还可以用于 校正光学仪器。在某些情况下，光学仪 器（如望远镜、相机等）可能会受到大 气的影响，导致图像失真。通过了解和 利用大气对光的吸收和散射特性，可以 校正这些光学仪器，提高图像的清晰度
应对气候变化对光的挑战
为了应对气候变化对光的挑战，需要采取一系列措施。例如，减少大气中颗粒物排放、增 加城市绿化、调整行业结构和布局等，以改善光照条件和提高能源利用效率。
05 应用与实例
天气预报
大气对光的吸收和散射特性可以影响天气预报的准确 性。通过研究大气中不同成分对光的吸收和散射作用， 气象学家可以更准确地预测天气状况，如晴天、阴天、 雨天等。
米氏散射
当颗粒直径与入射光波长相当或 略大时，发生的散射称为米氏散 射，天空呈现白色就是由于米氏 散射。
几何散射
当颗粒直径远大于入射光波长时， 发生的散射称为几何散射，常用 于描述大气中大颗粒物的散射。
散射对光的影响
1 2
大气的受热过程 优秀课件
藏袍
二、大气对地面的保温作用
二、大气对地面的保温作用 太 阳 辐 射
大气上界
湖南长郡卫星远程学校
地面
制作 10
2007年下学期
二、大气对地面的保温作用
太
大气 阳
反射
辐 射
大气 散射 大气吸收
大气上界
湖南长郡卫星远程学校
地面
制作 10
2007年下学期
二、大气对地面的保温作用
太
大气 阳
反射
辐 射
晴朗的天空呈现蔚蓝色
你能解释“红灯停” 的科学依据吗？
3. 散射作用
(1) 参与的大气成分：空气分子和微小尘埃 (2) 特点：
一般具有选择性： 波长越短，散射能力越强 ——蓝光、紫光最容易被散射
晴朗的天空呈现蔚蓝色 质点大时无选择性：漫散射 阴天的天空呈现灰白色
4. 影响削弱作用的因素：
山顶阳光灿烂
3. 散射作用
(1) 参与的大气成分：空气分子和微小尘埃
3. 散射作用
(1) 参与的大气成分：空气分子和微小尘埃 (2) 特点：
一般具有选择性： 波长越短，散射能力越强 ——蓝光、紫光最容易被散射
3. 散射作用
(1) 参与的大气成分：空气分子和微小尘埃 (2) 特点：
一般具有选择性： 波长越短，散射能力越强 ——蓝光、紫光最容易被散射
吸
收
大气上界
地面增温
湖南长郡卫星远程学校
地面
制作 10
2007年下学期
二、大气对地面的保温作用
太
地面 大气 阳
反射 反射
辐 射
大气
散射
地 面
大气吸收
吸
收
射向宇宙空间
第三章：太阳辐射在大气中的吸收和散射2
大气遥感
第三章 太阳辐射在大气中的 吸收和散射
1
大气遥感
第二节 大气吸收
吸收截面，吸收系数 太阳辐射—短波辐射：0.15~4.0mm (UV,VIS,IR) 地气辐射—长波辐射：4.0~120mm (IR)
• 3.2.1 紫外吸收带
• 3.2.2 可见光和红外吸收带
• 3.2.3 微波吸收
• 3.2.4 窗区吸收
k ,o (m-1 ) 1.7 2.1 2.5 3 3.5 4 4.5 4.8 5.7 6.3 7 7.5 8 8.5 9.5 10.3 11 12 12.2 12 11.8 11.5
(mm) 0.29 0.295 0.3 0.305 0.31 0.315 0.32 0.325 0.33 0.335 0.34 0.345 0.35 0.355 0.445 0.45 0.455 0.46 0.465 0.47 0.475 0.48
k ( z ) d l m ( ) (0) k ( z ) dz
( )
11
大气遥感
在均质 平面平行大气中，简单地有 dl = sec dz， 且 sec 为常数，可移至积分号以外，因此大气 质量即为 sec 而与k (z) 无关。但在又折射、 密度随高度变化的球面分层大气中，大气质量 m的计算就要复杂得多。（与地面大气密度， 均质大气高度。地球半径，折射率随z的变化， 天顶角有关）
地球半径折射率随z的变化天顶角有关从图中可以看到对同样厚度的一层大气由于它离地面的高度不同dl与dz的比值是不相随高度有不同的分布当k值在低层较大而那里的dl值也较大这样分子上的积分值就会较大反之如果k因此对二种具有不同垂直分布特征的吸收气体即使对垂直路径而言吸收的光学厚度是相同的但对吸收气体主要分布在高空的气体其大气质量会小于主要集中在低层的吸收气体
第三章 太阳辐射在大气中的 吸收和散射
1
大气遥感
第二节 大气吸收
吸收截面，吸收系数 太阳辐射—短波辐射：0.15~4.0mm (UV,VIS,IR) 地气辐射—长波辐射：4.0~120mm (IR)
• 3.2.1 紫外吸收带
• 3.2.2 可见光和红外吸收带
• 3.2.3 微波吸收
• 3.2.4 窗区吸收
k ,o (m-1 ) 1.7 2.1 2.5 3 3.5 4 4.5 4.8 5.7 6.3 7 7.5 8 8.5 9.5 10.3 11 12 12.2 12 11.8 11.5
(mm) 0.29 0.295 0.3 0.305 0.31 0.315 0.32 0.325 0.33 0.335 0.34 0.345 0.35 0.355 0.445 0.45 0.455 0.46 0.465 0.47 0.475 0.48
k ( z ) d l m ( ) (0) k ( z ) dz
( )
11
大气遥感
在均质 平面平行大气中，简单地有 dl = sec dz， 且 sec 为常数，可移至积分号以外，因此大气 质量即为 sec 而与k (z) 无关。但在又折射、 密度随高度变化的球面分层大气中，大气质量 m的计算就要复杂得多。（与地面大气密度， 均质大气高度。地球半径，折射率随z的变化， 天顶角有关）
地球半径折射率随z的变化天顶角有关从图中可以看到对同样厚度的一层大气由于它离地面的高度不同dl与dz的比值是不相随高度有不同的分布当k值在低层较大而那里的dl值也较大这样分子上的积分值就会较大反之如果k因此对二种具有不同垂直分布特征的吸收气体即使对垂直路径而言吸收的光学厚度是相同的但对吸收气体主要分布在高空的气体其大气质量会小于主要集中在低层的吸收气体
大气对太阳辐射的反射作用课件
削弱太阳辐射
大气对太阳辐射的综合作用能够削弱太阳辐射的能量，减少地球表 面的热量。
影响气候变化
大气对太阳辐射的综合作用能够影响地球的气候变化，如影响温度 、湿度、风速等。
影响生物活动
大气对太阳辐射的综合作用能够影响生物的活动，如影响植物的光合 作用、动物的迁徙等。
07
大气对太阳辐射的影响因素及 应对措施
控制温室气体排放
加强空气质量监测
减少二氧化碳、甲烷等温室气体的排放， 降低大气中温室气体的浓度，从而减少太 阳辐射的吸取和增强。
加强对大气中气溶胶、污染物等的监测， 及时了解空气质量状况，采取相应措施减 少对太阳辐射的影响。
公道计划城市布局
加强科普教育
在城市计划中充分考虑大气对太阳辐射的 影响，公道布局建筑物、道路等，减少对 太阳辐射的阻挡和反射。
03
大气对太阳辐射的吸取作用
吸取过程
01
太阳辐射穿过大气层时，大气中 的气体分子、水蒸气、二氧化碳 等物质会吸取部分太阳辐射能量 。
02
不同波长的太阳辐射被吸取的程 度不同，短波长的辐射更容易被 吸取，而长波长的辐射则相对较 难被吸取。
主要吸取物质
氧气
大气中的氧气可以吸取紫外线等 短波长的太阳辐射。
影响因素分析
大气组成
大气中的气体成分，如二氧化碳、臭氧等，对太阳辐射的吸取和 散射作用不同，影响太阳辐射的透过率。
气溶胶
大气中的气溶胶颗粒，如尘埃、烟雾等，能够散射和吸取太阳辐射 ，进一步影响太阳辐射的透过率。
云层
云层对太阳辐射的反射作用较强，云层厚度和云层结构等因素会影 响太阳辐射的透过率。
应对措施建议
反射作用
大气中的云层和颗粒较大的尘埃 能够将太阳辐射反射回大气层。
大气对太阳辐射的综合作用能够削弱太阳辐射的能量，减少地球表 面的热量。
影响气候变化
大气对太阳辐射的综合作用能够影响地球的气候变化，如影响温度 、湿度、风速等。
影响生物活动
大气对太阳辐射的综合作用能够影响生物的活动，如影响植物的光合 作用、动物的迁徙等。
07
大气对太阳辐射的影响因素及 应对措施
控制温室气体排放
加强空气质量监测
减少二氧化碳、甲烷等温室气体的排放， 降低大气中温室气体的浓度，从而减少太 阳辐射的吸取和增强。
加强对大气中气溶胶、污染物等的监测， 及时了解空气质量状况，采取相应措施减 少对太阳辐射的影响。
公道计划城市布局
加强科普教育
在城市计划中充分考虑大气对太阳辐射的 影响，公道布局建筑物、道路等，减少对 太阳辐射的阻挡和反射。
03
大气对太阳辐射的吸取作用
吸取过程
01
太阳辐射穿过大气层时，大气中 的气体分子、水蒸气、二氧化碳 等物质会吸取部分太阳辐射能量 。
02
不同波长的太阳辐射被吸取的程 度不同，短波长的辐射更容易被 吸取，而长波长的辐射则相对较 难被吸取。
主要吸取物质
氧气
大气中的氧气可以吸取紫外线等 短波长的太阳辐射。
影响因素分析
大气组成
大气中的气体成分，如二氧化碳、臭氧等，对太阳辐射的吸取和 散射作用不同，影响太阳辐射的透过率。
气溶胶
大气中的气溶胶颗粒，如尘埃、烟雾等，能够散射和吸取太阳辐射 ，进一步影响太阳辐射的透过率。
云层
云层对太阳辐射的反射作用较强，云层厚度和云层结构等因素会影 响太阳辐射的透过率。
应对措施建议
反射作用
大气中的云层和颗粒较大的尘埃 能够将太阳辐射反射回大气层。
大气物理学：第四节 大气对太阳辐射的吸收和散射
太阳自天顶垂直入射时，整层大气柱的瑞 利散射光学厚度为
R,
dl
0
k0, dl
0
k0,
p 0
dP g
k0,
P g
k0,
0, 0
, dp
gdl
其中
K0,也是常数，在标准状态时， P=P0=1013.25 hPa, 将有关数值代入有
标准状态下
整层瑞利散 R, (0) 0.00824 或
射系数:
1908年G.Mie给出了均匀球状粒子散射问题 的精确解,其散射有方向性
尺度参数:
2r
• 粒子尺度与入射波长相近时 0.1<α<50
• 大气分子对可见光、红外辐射 ╳
•某些气溶胶粒子对可见光、某些红外
辐射
√
若入射辐射为自然光,则在距离米散射质点 为r处的散射辐射能量密度为
F
F ,0
2 4 2r 2
按照Maxwell电磁理论在距离为r处的散射
辐射通量密度F
F
F
,0
(
2
)4
a2 r2
(1
cos2
2
)
a=(3/4N)*(n2-1)/(n2+2),
F,0 入射辐射通量密度 F 某方向散射辐射通量密度 n 空气分子折射率,约等于１.0003
r 观测地距分子的距离
N为单位体积中分子数,为入射辐射与散射 辐射之间的夹角,称为散射角
2kT m
ln 2 3.58 107 v0
T M
k(v0 )
S
c v0
m
2kT
Voigot 型
k
(v)
k
(v0
)
Y
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➢ 瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影 响很小，对微波的影响可以不计。
➢ 多波段中不使用蓝紫光的原因。
瑞利散射与绿 青兰 紫 紫外线 0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3
散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0
大气散射的三种情况：
瑞利散射
d <<λ
米氏散射
d ≈λ
无选择性散射 d >>λ
三种散射作用
1. 瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时的 散射称为瑞利散射。
➢ 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射 的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光 散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射 的1万倍。
➢ 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择 性散射。
➢无云的晴天，天空 为什么呈现蓝色？
➢朝霞和夕阳为什么都 偏橘红色？
2. 米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的 大气散射。
➢ 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以 云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。
3. 无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多 时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段 中，任何波段的散射强度相同。
大气的散射作用优秀课件
课前预习：
什么是散射？散射对遥感图像有哪些的影响？
辐射在传播过程中遇到的小微粒而使传播方向改变， 并向各个方向散开，称为散射。
散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他 各方向的辐射。尽管强度不大，但从遥感数据角度 分析，太阳辐射照在地面又反射到传感器的过程中， 两次通过大气，在照射地面时，由于散射增加了漫 入射的成分，使反射的辐射成分有所改变。返回传 感器时，由于散射增加了漫入射的成分，使反射的 辐射成分有所改变。返回传感器时，除反射光外还 增加了散射光进入传感器。通过二次影响增加了信 号中的噪音成分，造成遥感图像的质量下降。
➢ 多波段中不使用蓝紫光的原因。
瑞利散射与绿 青兰 紫 紫外线 0.7 0.62 0.57 0.53 0.47 0.4 0.3
散射率 1 1.6 2.2 3.3 4.9 5.4 30.0
大气散射的三种情况：
瑞利散射
d <<λ
米氏散射
d ≈λ
无选择性散射 d >>λ
三种散射作用
1. 瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时的 散射称为瑞利散射。
➢ 散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射 的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光 散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射 的1万倍。
➢ 水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择 性散射。
➢无云的晴天，天空 为什么呈现蓝色？
➢朝霞和夕阳为什么都 偏橘红色？
2. 米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的 大气散射。
➢ 云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以 云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。
3. 无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多 时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段 中，任何波段的散射强度相同。
大气的散射作用优秀课件
课前预习：
什么是散射？散射对遥感图像有哪些的影响？
辐射在传播过程中遇到的小微粒而使传播方向改变， 并向各个方向散开，称为散射。
散射使原传播方向的辐射强度减弱，而增加向其他 各方向的辐射。尽管强度不大，但从遥感数据角度 分析，太阳辐射照在地面又反射到传感器的过程中， 两次通过大气，在照射地面时，由于散射增加了漫 入射的成分，使反射的辐射成分有所改变。返回传 感器时，由于散射增加了漫入射的成分，使反射的 辐射成分有所改变。返回传感器时，除反射光外还 增加了散射光进入传感器。通过二次影响增加了信 号中的噪音成分，造成遥感图像的质量下降。