大气中的辐射-课件.ppt

1、H2O分子的原子呈三角形分布，是极性分子，有三种振动方式。这三种振动过程都引起电偶极距变化，产生吸收和发射，而转动和振动态的结合使得水汽的吸收谱十分复杂。其中第一、三种为伸缩振动，第二种是弯曲振动。O3分子的原子也呈三角形分布，有三种振动方式，其中9.6m的振动转动带比较重要。CO2分子是以C原子为中心，O原子位于两侧的线型对称分子，也有三种振动方式，但没有转动带。第一种方式是对称振动，因正、负电荷中心仍然重合，不产生电偶极距变化，故不吸收和发射辐射；第二种是弯曲振动，电偶极距发生了变化，因而产生极强的吸收和发射，波数为2=667，波长2=15m；第三种是反对称振动，电偶极距也发生了变化，故也

2、有强烈的吸收和发射，波数为3=2349 cm1，波长3=4.3m。谱线增宽 H2O吸收约20%的太阳能量几乎覆盖长波辐射整个波段6.3m振动带大于12m转动带5.3.2 大气吸收光谱 O2 主要在小于0.25m的紫外区：舒曼-龙格（Schumann-Runge）吸收带 赫兹堡（Herzberg）带 因小于0.25m的太阳辐射能量不到0.2%，而且O2在可见光波段的两吸收带较弱，所以对太阳辐射的削弱不大。5.3.2 大气吸收光谱5.3.2 大气吸收光谱5.3.2 大气吸收光谱 CO2大于2m的红外区：较强中心：2.7m、4.3m、15m15m最重要5.3.2 大气吸收光谱紫外波段O2、O3把0.

3、29m以下的紫外辐射几乎全部吸收 可见光波段只有非常少量的吸收红外波段主要是水汽的吸收，其次是CO2和CH4。14m以外的辐射不能透过大气传向外空。5.3.2 大气吸收光谱大气透明窗或大气光谱窗8 12m大气的吸收很弱地表的温度约300K，与这个温度相对应的黑体辐射能量主要集中在10m这一范围，通过窗区，地面发出的长波辐射可顺利地被发送到宇宙空间。5.3.2 大气吸收光谱0.29整层大气的吸收光谱整层大气的吸收光谱11km11km高度以上大气的吸收光谱高度以上大气的吸收光谱整层大气整层大气中不同气体成份的吸收光谱中不同气体成份的吸收光谱太阳和地球的黑体辐射太阳和地球的黑体辐射141散射过程的分

4、类Some refractive indices of atmospheric aerosol substances at l=0.5 mm.SubstancenkWater1.3330Hematite2.61.0Elemental carbon1.960.66Organic carbon1.550NaCl(s)1.5440H2SO4(aq)1.530NH4HSO4(s)1.530(NH4)2SO4(s)1.520SiO21.550NOTE:hematite(赤铁矿赤铁矿)is a mineral that is a main light absorbing components of min

5、eral dust.2散射削弱系数2散射削弱系数Imaginary part of the refractive indexes of some aerosol materialsNote:Main absorbing species in the SW are black carbon(Soot)and Hematite(dust),but in the LW various species have high imaginary parts of the refractive index.But overall absorption(i.e.,absorption coefficients

6、)is also controlled by particle size.2散射削弱系数（2）米散射(大颗粒散射)小结：瑞利散射和米散射瑞利散射的基本特征：散射光强度和波长的4次方成反比，这也是天空为什么是蓝色的原因。散射光强度和粒子体积的平方成正比。当入射光为自然光时，前后向散射呈对称分布。散射光有很高的偏振度。米散射的主要特点：随着粒子尺度数a的增大，前向散射光在总散射光中的比值迅速增大，这就是所谓米效应。前向散射光基本上不改变入射光的偏振状态，当入射光是自然光时，前向散射光也是非偏振的。散射光偏振度最大的方向出现在散射角为85 120之间。在吸收不强时，散射效率Qsc随x的增大呈振动状态

7、变化，最后趋向于2，即散射截面是几何截面的二倍。但当吸收增强时，Qsc曲线上的振动消失了。散射截面随波长而变。当a很小时，和瑞利散射一样，与波长四次方成反比；当a增大时，逐渐变为和n (0 n 4)；最后当a相当大时，和波长无明显关系。5.3.4 辐射能在介质中的传输1.布格-朗伯（Beer-Bouguer-Lambert）定律a,ddbEEkl1a.0d,0ebkllEEa,ddbEEkl1a.0d,0ebkllEE2.辐射传输的有关物理量(1)光学厚度,00ddllexexklkl00ddllexexklkl2.辐射传输的有关物理量(1)光学厚度,0elEE ,000ddexexkzzkzz2.辐射传输的有关物理量(2)光学质量 辐射传输路径上气体的质量llu0d00duzHuklEE,0e0,2.辐射传输的有关物理量(2)光学质量 标准状态下厚度0dlsul2.辐射传输的有关物理量(3)单色透射率和单色吸收率辐射通过一段大气路径后，辐射通量密度之比常将整层大气在垂直方向的透过率称为透明系数0,0eekulEE0,11ekuA 0,0,0,1e1(1)kuAkuku 2.辐射传输的有关物理量透射率函数光谱间隔内的平均透过率2121,0lE dEd0,111,kul deded