大氣科學(xué)概論課件第十一輻射3

1、6.3.3 到達(dá)地面的太陽輻射,,6.3.3.1 大氣上界的太陽輻射能　　　 一、不同日地距離日期的太陽常數(shù) ◇在平均日地距離的日期，垂直到達(dá)大氣上界的太陽常數(shù)S0： ◇在非平均日地距離的其他日期，垂直到達(dá)大氣上界的太陽常數(shù) 須訂正：,推導(dǎo)：設(shè)日地距離為r，平均日地距離為r0， 和S0分別為距太陽r和r0處垂直于太陽光的 輻射通量密度。

2、 因?yàn)橥ㄟ^半徑為r的球面的太陽輻射通量與 通過半徑為r0的球面的太陽輻射通量相等，所以，有 rm=(r0/r)²為日地距離訂正系數(shù)，也稱地球軌道偏心率。,,二、任何日期到達(dá)大氣上界水平面上 太陽輻射通量密度S的計(jì)算因?yàn)?所以，即,,介紹一些天文知識(shí)： ?黃

3、道平面:地球以橢圓軌道繞太陽旋轉(zhuǎn)，地球 公轉(zhuǎn)軌道平面稱為黃道平面。 ?天文單位AU:日地之間的平均距離為1AU ?近日點(diǎn)： 1月3日，日地 距離為0.973AU ?遠(yuǎn)日點(diǎn)： 7月4日，日地 距離為1.017AU,,?太陽高度角h：陽光與水平面的夾角。 ?天頂角θ：太陽高度角的余角。 ?時(shí)角ω：觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)圈與太陽重合后（

4、即當(dāng)?shù)?正午）地球自轉(zhuǎn)的角度。 每天ω從0°變到360°，正午為0°，日出日落ω0的需計(jì)算。 ?方位角α：太陽在赤道面所處的位置。 正南為0o,正西為90o, 正北為180o,正東為270o。 ?太陽赤緯δ：日地連線與赤道平面的夾角。 北半球春秋分δ=0；ω0=90o或270o 。

5、 夏至日δ=23.5o ； 在φ=66.5處ω0=180o 。 冬至日δ=-23.5o ；在φ=66.5處ω0=0o 。,,對(duì)地面上處于緯度φ和經(jīng)度λ的觀測(cè)者 而言，在某一時(shí)刻觀測(cè)到的太陽高度角h和 方位角α可以用下列方程計(jì)算。 其中，δ為太陽赤緯，變化在正負(fù)23o27’； ω為時(shí)角，每天從0o變至360o 。,,在日出日落

6、時(shí)刻，因?yàn)閔=0o，可求出日出 日落的時(shí)角和方位角為： ◇對(duì)北半球的春分秋分日， δ=0o，ω0=±90o ,α0=90o和270o 即日夜等長(zhǎng),太陽從正東升起，從正西落下?！髮?duì)北半球的夏至日， δ=23.5o，在φ=66.5o,ω0=±180o ,說明北極圈內(nèi)全天太陽不落。,,6.3.3.2 到達(dá)地面的太陽直接輻射 由于大氣對(duì)太陽

7、輻射有吸收和散射的消光作 用，直接到達(dá)地面的太陽輻射 有所衰減。 設(shè)S為到達(dá)大氣上界的太陽直接輻射通量密度； 為到達(dá)地面的太陽直接輻射通量密度。根據(jù)皮耳定律：（p38的指數(shù)削減定律） m為大氣質(zhì)量數(shù)，P為所有波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透明系數(shù)。,,所以，有 太陽直接輻射的日總量只要對(duì)上式積分即可： 　　　　 t1和t2分別為日出日落的時(shí)間，

8、 ω０和－ω０為對(duì)應(yīng)的時(shí)角，　　　　　 T為一晝夜的時(shí)間，T=T(ω+π）/2πdω，,,因?yàn)镻是一個(gè)時(shí)空和m的復(fù)雜函數(shù)，日總量 的公式不好積分。 為簡(jiǎn)單起見，假定p=0和p=0.7,(大氣完全透明 和大氣衰減的一般情況），結(jié)果如p44圖2.15和 圖2.16，盡管上述處理是一致的，但仍然可以看出 大氣對(duì)太陽輻射的消光作用。,6.3.3.3 到達(dá)地表的太陽散射輻射

9、 由于大氣的存在，到達(dá)地表的輻射除太陽直接 輻射外，還有從天空各方向散射而來太陽散射輻 射，散射輻射來自整個(gè)半球天空，又稱天空輻射。 散射輻射的大小取決于太陽高度角、大氣透明系數(shù)、 云量、海拔高度，并受地面反射率影響，其變化范圍較大。 h越小，S散越小； p越小，散射粒子越多，S散越大；云層越厚， 云量很大時(shí)，因直接輻射少，S散越小。海拔越高，S散

10、越小；反射率 越大，因反復(fù)散射，S散越大。 散射輻射一般比直接輻射弱（中緯度S散僅是直接輻射的35%-90%） 但有時(shí)會(huì)大于直接輻射。如高緯云多的地區(qū)，有時(shí)會(huì)大幾倍。,6.3.3.4 地面總輻射 到達(dá)地面的太陽直接輻射與散射輻射之和 稱為地面總輻射。 地面總輻射=直接輻射+散射輻射 地面總輻射的日變化： 夜間為0，日出后增大，正午最大，午后逐

11、 漸減少，有云使最大值提前和推后出現(xiàn)。,地面總輻射的年變化： 與直接輻射的年變化一致,中高緯度夏季最大， 冬季最小，赤道一年兩個(gè)最大值出現(xiàn)在春分和秋 分，最小值出現(xiàn)在夏至和冬至。 地面總輻射的日總量隨緯度的分布，由高緯向低緯增加，如p46圖2.19。,練習(xí)p54,6： 若大氣透明度系數(shù)為0.8，求南京地區(qū) （φ=32°Nω）夏至日中午