太阳辐射,地面辐射和大气辐射的相互转换
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。
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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
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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。
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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。
大气对太阳辐射的削弱过程
热 力
同一水平面上的气压差异
环 流
大气的水平运动
海陆风
白天
海风
夜晚
陆风
思考：四川盆地的夜雨量占总雨量的60～70%？
总结
1冷热不均是导致大气运动的根本原因
2热力环流引起的大气运动总是先垂直后水平
3同一地点，高度越高，气压越小，同一地 点永远是近地面气压大于高空气压。而高气 压和低气压是指同一水平高度的气压状况。
热力环流形成的探索 观察等压面的弯曲方向，总结规律
低
高
低
1000 Pa
高
低
高
1100 Pa
B
A
Cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
同一水平面上比较气压高低
无论是低空还是高空，等压面凸起的地方是高压区， 等压面下凹的地方是低压区。
热力环流
b
等压面（h pa）
a
c
B
A
C
比较A、 B 、C 、a、 b、 c、 六地的气压高低
B、C > A > a > b、c
阳
大
辐
气
射向宇宙空 间
射
辐
地 大气吸收 射
大
面
大
气
气
吸
吸
逆
收
大气上界
收
辐
地面增温
射 地面
“太阳暖大地” “大气还大地” “大地暖大气”
太阳辐射能是地球大气最重要的能量来源，是最根 本的热源。 地面是近地面大气主要、直接的热源。
二、大气对地面的保温作用
1大气逆辐射定义 2保温原理
为什么月球表面昼夜温差比地球大得多？
一、大气对太阳辐射的削弱过程
3吸收作用
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。
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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℃
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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。
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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
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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
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。
第三章 地面和大气中的辐射过程(1)
大气窗口：考虑到各种气体吸收的综合影响，有某 些波段大气的吸收作用相对较弱 透射率较高 这 些波段大气的吸收作用相对较弱，透射率较高。这 些能使能量较易透过的波段叫大气窗口。 在可见光-红外区段，大气窗口有：0.3-1.3、1.5-1.8、 2.0-2.6、3.0-4.2、4.3-5.0、8-14 μm。 在微波区段，主要有8mm附近和频率低于20GHz 的波段。
图3.5 太阳光谱的能量分布
大气中有各种气体成分以及水滴、尘埃等 气溶胶颗粒，辐射在大气中传输时，要受到大 气的影响，其强度、传输方向以及偏振状态都 会发生变化。地球大气与辐射的相互作用主要 有吸收、散射和折射。由于折射过程与能量收 支问题关系较小，这里主要讲述吸收和散射的 作用。 作用
图辐射的吸收
大气对辐射的吸收是有选择的。吸收太阳短波 大气对辐射的吸收是有选择的 吸收太阳短波 辐射的主要气体是H2O，其次是O2和O3，CO2吸收 的不多 吸收长波辐射的主要是H2O，其次是 的不多。吸收长波辐射的主要是 其次是CO2和 O3。 水汽 H2O）的吸收带主要在红外区，几乎覆盖了 水汽（ 的吸收带主要在红外区 几乎覆盖了 大气和地面长波辐射的整个波段，吸收了约20%的太 阳能量，并使太阳光谱发生改变。最重要的吸收带在 能 并使太 谱发生 变 最 的 收带在 2.5-3.0、5.5-7.0和>12μm。液态水的吸收带和水汽相 对应 但波段向长波方向移动 对应，但波段向长波方向移动。 氧（ O2）的吸收主要在小于0.25 0 25 μm的紫外区， 的紫外区 太阳辐射在0.25 μm以下的能量不到0.2%，故O2吸 收的能量并不多。 收的能量并不多
M ,T A ,T f（ , T ）
如果有几种物体，在同一温度下，对同一波长的 吸收率分别为A1λ，T、 A2λ，T 、 A3λ，T 、 A4λ，T ，辐 射出射度为M1λ，T 、 M1λ，T 、 M1λ，T 、 M1λ，T ，则 有
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。
2019-2020年新教材素养突破人教版地理必修第一册讲义：2.2.第1课时 大气受热过程及答案
第二节大气受热过程和大气运动第1课时大气受热过程【课程标准原文】运用示意图等，说明大气受热过程并解释相关现象。
核心素养定位1.运用示意图说明大气的受热过程和保温作用的基本原理。
(区域认知、综合思维)2.学会运用示意图理解大气热力环流的过程，并能运用其原理解释海陆风、城市热岛效应等地理现象。
(综合思维、地理实践力)知识体系导引知识点一大气的受热过程1．地球大气最重要的能量来源：太阳辐射。
2.近地面大气的直接热源太阳辐射穿过厚厚的大气到达地球表面，太阳辐射在传播过程中，图中的A太阳短波辐射小部分被大气吸收或反射，大部分能够射到地面；近地面大气对图中的B地面长波辐射吸收较多，绝大部分地面长波辐被截留。
所以，地面长波辐射是近地面大气主要的、直接的热源。
【指点迷津】由实验得知，物体的温度越高，辐射中最强部分的波长越短；反之则波长越长。
由于地球表面的温度比太阳低，地面辐射的波长也就比太阳辐射的要长。
相对而言，太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射。
知识点二大气对地面的保温作用1．地面长波辐射使大气增温对流层中的水汽、二氧化碳等，吸收长波辐射的能力很强。
因此，地面辐射的长波辐射除极少部分穿过大气，到达宇宙空间外，绝大部分(75%～95%)被对流层中的水汽、二氧化碳等吸收。
大气在吸收地面长波辐射后会增温。
2．大气逆辐射使地面增温大气辐射除一小部分向上射向宇宙空间外，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射方向相反，故称大气逆辐射。
大气逆辐射把热量传给地面，这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。
天空有云，特别是浓密的低云时，大气逆辐射更强。
判断(1)地面是近地面大气主要、直接的热源。
(√)(2)大气对太阳辐射的吸收具有选择性。
(√)(3)白天没有大气逆辐射。
(×)(4)太阳辐射为短波辐射，地面辐射为长波辐射。
(√)[知识链接]1．太阳辐射强度大气上界单位面积上所获得的太阳辐射能量的多少，主要受太阳高度的影响。
《大气的受热过程与运动》 讲义
《大气的受热过程与运动》讲义一、大气的组成和垂直分层在深入探讨大气的受热过程与运动之前，咱们先来了解一下大气的基本构成和垂直分层。
大气主要由干洁空气、水汽和杂质组成。
干洁空气当中，氮气约占78%，氧气约占21%，剩下的1%由氩气、二氧化碳、臭氧等气体构成。
而大气的垂直分层呢，通常可以分为对流层、平流层和高层大气。
对流层是最接近地面的一层，平均厚度约 12 千米。
这一层的气温随着高度的增加而降低，因为地面是大气的主要热源嘛，离地面越远，得到的热量就越少。
而且对流层的空气对流运动显著，天气现象复杂多变，咱们平常感受到的风、云、雨、雪等几乎都发生在这一层。
平流层位于对流层之上，从对流层顶到约 50 千米的高空。
在这一层，气温随着高度的增加而升高，这主要是因为这里有大量的臭氧，能够吸收太阳紫外线，从而使得气温升高。
平流层的气流相对稳定，适合飞机飞行。
再往上就是高层大气了，这一层的空气非常稀薄，一些人造卫星就在这一层运行。
二、大气的受热过程接下来，咱们重点讲讲大气的受热过程。
太阳辐射是地球大气最重要的能量来源。
太阳辐射穿过大气时，会被大气削弱一部分。
削弱的方式主要有三种：吸收、散射和反射。
大气中的臭氧、水汽和二氧化碳等会吸收太阳辐射中的特定波长，比如臭氧主要吸收紫外线，水汽和二氧化碳主要吸收红外线。
散射则会让天空呈现出蓝色。
当太阳辐射遇到大气中的微小颗粒，光线就会向四面八方散射，其中波长较短的蓝光更容易被散射，所以我们看到的天空通常是蓝色的。
反射主要是云层和较大的尘埃颗粒把太阳辐射反射回太空。
当太阳辐射到达地面后，地面会吸收一部分，并将其余部分反射回去。
地面吸收的太阳辐射转化为热能，使得地面温度升高。
地面升温后，会向外释放长波辐射，也就是地面辐射。
大气中的水汽和二氧化碳等主要吸收地面辐射，从而使大气增温。
所以说，大气的受热过程实际上就是太阳辐射、地面辐射和大气辐射之间的能量转换过程。
打个比方，太阳就像一个大火炉，不断向地球发射热量（太阳辐射）。
大气的受热过程课件(导学案)-高一地理同步练习(湘教版2019必修第一册)(解析版)
3.2大气受热过程【学习目标】1.理解大气对太阳辐射的削弱作用和保温作用。
【综合思维】2.运用太阳辐射、地面辐射和大气辐射的能量转换过程示意图，分析大气受热过程。
【地理实践力】【课前预习】一、大气对太阳辐射的削弱作用1.大气对太阳辐射的反射作用（1）过程：大气中的云层和较大颗粒的尘埃，能将投射在其上的太阳辐射的一部分，又反射回宇宙空间。
（2）云的反射特征：云层越低、越厚，云量越多，反射越越强。
（3）作用：减少到达地面的太阳辐射；大气对太阳辐射的反射没有选择性，因而反射光呈___白__色。
2.大气对太阳辐射的散射作用（1）过程：当太阳辐射在大气中遇到空气分子或微小尘埃时，太阳辐射的一部分便以这些质点为中心，向四面八方弥散。
（2）作用：散射改变了太阳辐射的方向，使一部分太阳辐射不能到达地面；在太阳辐射的可见光中，蓝光、紫光的波长较短，容易被空气分子散射，因而晴朗的天空呈现蔚蓝色。
3. 大气对太阳辐射的吸收作用大气对太阳辐射的吸收具有选择性。
平流层大气中的臭氧主要吸收太阳辐射中波长较短的紫外线。
对流层大气中的水汽和二氧化碳等主要吸收太阳辐射中波长较长的。
4.到达地面的太阳辐射（1）分布规律：由低纬度向两极递减。
（2）最主要的影响因素：纬度因素。
二、大气对地面的保温作用1.大气的保温过程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主要的直接热源Ⅲ大气辐射长波辐射少部分射向大气上界和宇宙空间辐射会使地面增温Ⅳ大气逆辐射大部分射向地面2. 大气热力作用的意义【合作探究】探究一：为什么太阳越接近地平线，朝霞、晚霞的颜色就越红？太阳越接近地平线，水汽和尘埃等越多，大气对太阳光的散射作用越明显，散射掉的蓝光和紫光越多，保留下来的红光和橙光越多，因此霞的色彩就越红。
大气中所含的水汽越多，朝霞、晚霞的颜色就越红。
探究二：阅读教材P76阅读材料思考下列问题1.比较不同性质地面的反射率，说一说哪些种类地面的反射率较高，哪些种类地面的反射率较低.新雪、城市水泥路面、冰反射率较高；海洋、耕地、土壤反射率较低。
太阳辐射、地面辐射、大气辐射影响因素和变化规律
太阳辐射、地面辐射、大气辐射影响因素和变化规律1.引言1.1 概述太阳辐射、地面辐射和大气辐射是地球上能量交换的重要组成部分，在地球气候系统中起着至关重要的作用。
太阳辐射是地球接收的主要能量来源，地面辐射是地表向大气传播的能量，而大气辐射是大气中各层之间相互传递能量的过程。
这三种辐射的影响因素和变化规律对于了解气候变化以及预测未来气候变化具有重要意义。
通过研究太阳辐射的影响因素和变化规律，可以揭示太阳活动对地球气候的影响，从而更好地理解和预测气候变化的趋势。
地面辐射的影响因素和变化规律则与地表特性、地形等因素密切相关，对于研究地表能量交换、气候变异和生态系统影响具有重要意义。
大气辐射在大气层间的传递和吸收过程中发挥着重要的作用，影响着大气的能量分布和温度分布，研究其影响因素和变化规律有助于深入理解大气运动和气候系统的相互作用。
本文将重点探讨太阳辐射、地面辐射和大气辐射的影响因素和变化规律。
首先，我们将介绍太阳辐射的影响因素，包括太阳能量的辐射强度、太阳辐射的入射角度和大气层对太阳辐射的吸收和散射等因素。
其次，我们将研究地面辐射的影响因素，包括地表特性、地形、云量和大气成分等因素。
最后，我们将探讨大气辐射的影响因素，包括大气温度、湿度、云量和气体浓度等因素。
通过对这些影响因素的深入研究，我们可以更好地理解太阳辐射、地面辐射和大气辐射之间的相互作用以及它们对气候变化的贡献。
这将为我们提供更准确的气候预测和更有效的气候变化适应措施提供重要参考。
在文章的后续部分，我们将详细讨论这些影响因素的变化规律，并对其对气候变化的潜在影响进行分析。
最后，我们将总结研究结果并展望未来的研究方向，以进一步提升对辐射影响因素和变化规律的认知。
1.2 文章结构文章结构本文将从三个方面介绍太阳辐射、地面辐射和大气辐射的影响因素和变化规律。
首先，在引言部分概述了本文的主题，并给出了文章结构和目的。
接着，正文部分将分为三个小节，分别详细讨论太阳辐射、地面辐射和大气辐射的影响因素和变化规律。
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太阳辐射被地面或大气吸收,而后者只能间接影响太阳辐射,地面辐射可被大气吸收转化成大气辐射,大气辐射也可以反馈回地面,所以有大气包围的行星地表温度要高于同样情况的同类星体.
太阳辐射（solar radiation）是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流.地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十亿分之一,但却是地球大气运动的主要能量源泉地面辐射（Ground radiation）地球表面在吸收太阳辐射的同时,又将其中的大部分能量以辐射的方式传送给大气.地表面这种以其本身的热量日夜不停地向外放射辐射的方式,称为地面辐射.由于地表温度比太阳低得多(地表面平均温度约为300K),因而,地面辐射的主要能量集中在1～30微米之间,其最大辐射的平均波长为10微米,属红外区间,与太阳短波辐射相比,称为地面长波辐射.地面的辐射能力,主要决定于地面本身的温度.由于辐射能力随辐射体温度的增高而增强,所以,白天,地面温度较高,地面辐射较强；夜间,地面温度较低,地面辐射较弱.理论和实践证明：物体的温度愈高,则辐射波长愈短；物体的温度愈低,则辐射波长愈长.地面的辐射是长波辐射,除部分透过大气奔向宇宙外,大部分被大气中水汽和二氧化碳所吸收,其中水汽对长波辐射的吸收更为显著.因此,大气,尤其是对流层中的大气,主要靠吸收地面辐射而增热. 大气吸收地面长波辐射的同时,又以辐射的方式向外放射能量.大气这种向外放射能量的方式,称为大气逆辐射.。