PDF《Radiation》

Radiation Jintai Lin

1 致谢:本课件中许多资料来自李成才老师 (特别是关于辐射的部分).

Outline ? Introduction ? Concepts ? Absorption ? Scattering ? Radiative transfer ? Radiative equilibrium temperature ? Radiative heating and cooling

2 思考题

3 太阳系九大行星比较

4 地球系统基本参数

5 ? 日地距离: 平均1.4960e8 km, or

1 AU (range:0.973 C 1.017 AU) ? 地球轨道偏心率:0.0167(周期:40万年、10万年) ? 黄赤交角:~23.5? (22? C 24.5?,周期:4.1万年) ? 岁差:procession(周期:2.6万年) ? 地球公转周期:1年,自转周期:1天?地球半径:~6371 km(极半径:6357 km,赤道半径:

6378 km) ? TOA太阳辐射:~1367?7 w/m2, or

1 solar constant ? 地球系统的太阳辐射返照率:~30% Atmospheric Compositions

6 Seasons

7 短波和长波辐射能收支随纬度的分布

8 全年 夏至日 日太阳辐射总量随纬度的变化

9 地球系统辐射平衡

10 ? 从全球长期平均温度来看,地气系统的温度多年基本 不变,所以全球应当是达到辐射平衡的. ? 可以用一个简单的地气系统辐射平衡模式来估算地气 系统的辐射平衡. ?S = FE (辐射通量) 地球系统辐射平衡

11 ? 设地球系统是一个半径为R的球,它对太阳短 波辐射的反射率 ( 也称行星反照率 ) 为A.则 其接收的短波辐射通量 FS 为?其中S0 为太阳常数.设地气系统(在长波处) 可看作为黑体,其有效温度为Te ,它向宇宙空 间发射的长波辐射通量 FE 为12 ? 在地气系统达到辐射平衡时 ? 取S0 =

1367 wm-2,A = 0.3,可算出 Te = 255K ~ -18?C ? 这就是地气系统能量平衡时的"有效温度"

13 地气系统的有效温度取决于二个因子 ? 太阳常数:主要由太阳温度和日地平均距离决定. ? 地气系统的行星反照率:它与地气系统的许多特性, 如海洋的反射、陆面的反射和云的反射有关. 在太阳系中,几颗行星距太阳的距离不同,它们收到的 太阳辐射的情况也不同. ? 下表给出地球及其相邻的五颗行星离太阳的距离和它 们相应的太阳常数. ? 假设它们的行星反照率均为 A = 0.3 ,它们的有效温度 都各自是多少?在表中也给出目前已测到的各颗行星的 行星反照率.请进一步计算它们各自的有效温度.

14 行星 离太阳距离(106km) 太阳常数(w m-2) A=0.3 时的有效温度(K) 实测的行星反照率 实测A时的Te (K) 水星

58 0.06

442 金星

108 0.78

227 地球

150 1367 0.3

255 火星

228 0.17

216 木星

778 0.45

106 地球Te =

255 k:比观测到的288 k小33 k(温室效应). 使液态水成为可能 温室效应、温室气体

15 ? 大气对短波辐射的吸收较小.而对长波辐射,大气有强 烈的吸收,也有强烈的发射. ? 大气层的温室效应使地面温度升高了

33 度,这才使地 球表面形成了适合生命繁衍的环境. ? 对比温室的玻璃:玻璃可以让太阳的短波辐射通过,但 对长波辐射则是强烈吸收的. ? 温室玻璃还有一个作用是隔绝了温室内外的空气交换, 从而保持温室内较高的温度.地球大气并没有这一作用. ? "温室效应"这个词并不十分确切. 温室效应、温室气体

16 Total

17 利用下面"大气+地球"辐射平衡模式,计算地面平衡温度(R为地 气系统返照率,As为大气短波吸收率,Al为大气长波吸收率,地面 在长波波段为黑体),利用得到的结果讨论水汽增加和云增加对地 面温度的影响. As Al

18 19 ? 求解上列方程可得