中山大学大气科学基础期中复习.pptVIP

§1 辐射的基本知识 （1）辐射和辐射能 （2）辐射光谱 （3）物体对辐射的吸收、反射和透射 （4）辐射的基本定律 辐射：以电磁波传递能量的过程? 热辐射：由于热的原因而发生的辐射 热辐射是电磁波，它有一般电磁波的共性，即它是以光速在空间传播的。有下列关系成立： 式中：C — 速度 f — 频率 ? — 波长 （1）辐射和辐射能 辐射，指物体以电磁波形式传播能量的过程，通过辐射过程传播的能量成为辐射能。 所有物体，只要它的温度高于绝对0度，都要以电磁波形式向外辐射能量； 辐射能的传播不需要介质； 辐射能在传播过程中会被吸收或者被反射； 物体在辐射过程中会消耗能量：消耗本身内能或者需要外界供给能量； 传播辐射能的电磁波具有不同的波长。 热辐射（温度辐射），物体减少本身的内能或者是物体吸收外界传来的热量而产生的辐射。 太阳辐射的波长范围主要在0.15-4微米 ——太阳短波辐射 地面和大气的辐射波长范围在3-120微米 ——地面长波辐射、大气长波辐射 Sun’s energy 0.3–5 μm； Earth’s energy 3–50 μm This accounts for about half of the sun’s output. About 10% is UV, and 40% is infrared. Earth’s output focus on thermal infrared. 辐射通量、辐射通量密度、辐射强度和辐射亮度物理意义 辐射通量：单位时间灯泡的总辐射能量（W） 辐射通量密度：单位时间单位面积的辐射能量（ Wm-2） 辐射强度：单位时间单位立体角的辐射能量（ Wsr-1） 辐射亮度(L)：选定方向上，单位立体角中单位面积的辐射通量 （2）辐射光谱 辐射能，以电磁波的形式传播的。对于一个辐射体，它所发射的辐射能可以包含各种各样的波长。 为了准确地描述辐射能的性质，需要引入一个能确定辐射能按照波长分布的函数——辐射光谱 设一物体的辐射通量密度为F，在波长λ至λ+dλ的辐射能力为dF，则： Fλ是单位波长间隔内的辐射出射度，它随波长而变，称为分光辐射出射度，或称为单色辐射通量密度，又称为辐射能随波长的分布函数。不同的辐射体有不同的分布函数。辐射体全波长的辐射能可由积分得到： （3）物体对辐射的吸收、反射和透射 * 光辐射大家是熟悉的。当一束光投在一物体上后，一部分被吸收，一部分被反射，还有一部分穿过物体。热辐射也有同样的性质。 投射辐射为Q, 如图，其中： 吸收：Qα 反射：Qρ 穿透：Qτ 辐射能守恒： 或： Q 吸收比(率)： 反射比(率)： 穿透比(率)： （3）辐射的基本定律 Kirchhoffs Laws Planck Radiation Law（黑体辐射） The Wien and Stefan-Boltzmann Laws （黑体辐射） 任何0K以上温度的物体都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。热辐射具有连续的辐射谱，波长自远红外区到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。下面介绍热辐射的一些基本定律。 Kirchhoffs Laws 基尔霍夫定律，研究热辐射的基础，它说明了一定温度下物体辐射能力与吸收率之间的关系； 基尔霍夫定律表明，在辐射平衡条件下，任一物体的单色辐射能力与物体对该波长的吸收率之比值，是一个温度与波长的普适函数，而与物体的性质无关： 等温大气的压高公式 气温不随高度变化的大气称为等温大气 积分后可得 多元大气的压高公式 温度随高度线性递减的大气，称为多元大气。当温度的垂直递减率为 时，z高度处的温度可表示为 这样，静力学方程 可表示为 上式积分后可得 多元大气中，气压随高度变化与温度的垂直递减率有关，温度随高度递减得快，气压随高度递减得也快。 压高公式的应用 1、利用压高公式可以计算出不同高度的气压值 2、利用压高公式分析天气系统的垂直结构 到底哪种类型的气旋、反气旋能延伸到较高的高度呢？ ·深厚系统：暖高压、冷低压（冷涡） ·浅薄系统：冷高压、热低压 另外 气旋中心随高度向冷区倾斜 反气旋中心随高度向暖区倾斜 上述现象可以用压高公式进行解释 温度高时，同一等压面位势高度增加的快 低压系统向冷区倾斜 高压系统向暖区倾斜 浅薄的热低压 浅薄的冷高压 影响风的因子 气压梯度力 Coriolis力 摩擦力 The complete equation (Ignoring frictional effects) Scale analysis Even though