定义：
Qr R Q0
反射率
透射率
Qt Q0
吸收率
A R 1

当物体不透明时， = 0，则有A + R = 1，这 时反射率大的物体吸收率一定小。
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吸收率、反射率、透射率的概念可用于各种波长的条件。
对于单色(或分光)辐射的场合，称为单色(或分光、谱)吸收率、
反射率和透射率。分别记为A , R , 。而对于某一个波段， 也有相应的该波段的吸收率、反射率和透射率。 各种物体对不同波长的辐射具有不同的吸收率与放射率， 构成了该物体的吸收光谱或辐射光谱。
吸收能力，例如洁白的雪面对远红外波段而言，远
比一般物体更接近于黑体。
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2. 灰体
如果物体的吸收率A 不随波长而变, 但A < 1，则称该物体为灰体。例如地 面对于长波辐射的吸收率近于常数，
故可认为地面为灰体，而且吸收率A
极近于1。
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7.2.2平衡辐射的基本规律

辐射平衡： 自然界的任何物体都通过辐射过程交换着能 量。当物体放射出的辐射能恰好等于吸收的辐 射能时，该物体处于辐射平衡。这时物体处于 热平衡态，可以用态函数—温度来描述。 一般认为地面至60公里以下的大气处于局 地辐射平衡状态，因此可用平衡辐射的规律来 解决平流层以下的大气辐射学问题。
距离内有几个波动。频率f 的单位则用赫兹(Hz)等， 表示一秒钟内有几次振动。 不同波长或频率的电磁波有不同的物理特性，因 此可以用波长频率来区分辐射，并给以不同的名称， 称之为电磁波谱。
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超高频
蓝
0.505 0.505 0.575
0.575
0.585
0.585 0.620
0.62015/76 0.760
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这一切都起源于温室效应，全球变暖…… 大气辐射与气候变化紧密关联……. 6/76
参考书目：
1、大气辐射导论. Kuo-Nan Liou. 周诗健等译. 气象出版社，1985, 2004. 2、大气物理学.盛裴轩.毛节泰.北京大学出版社， 2002.
3、大气辐射学.刘长盛，刘文保编著 . 南大出 版社，1990. 4、大气辐射学基础.尹宏. 气象出版社，1993.
水面因有反射，则不能当作朗伯面处理。
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7.2 辐射的物理规律
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7.2
辐射的物理规律 Q0 Qr Qa Qt
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7.2.1吸收率、反射率和透射率
设投射到物体的辐射能为Q0，
被吸收的部分为Qa、被反射的
部分为Qr、被透射的部分为Qt。 从能量守恒考虑应有
Q0 Qa Qr Qt

大气科学关注波段： 太阳、地球和大气辐射波段：0.1μm ----120μm,
短波辐射：太阳辐射波长主要为0.15-4微米，其中最大辐射 波长平均为0.5微米；
长波辐射：地面和大气辐射波长主要为3-120微米，其中最大
辐射波长平均为10微米。
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电磁波谱
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肉眼看得见的是电磁波中很短的 一段: 可见光波段(0.4-0.76 µ m)集中 太阳辐射的主要能量，不但对地球 大气辐射收支有着重要影响，而且 还提供人眼不同的色彩。 可见光经三棱镜分光后，成为 一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫七种颜色组成的光带，这光带称 为光谱。
F
n
dA
q
· o
A
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特点：
一般来说，这个量表示了辐射场内任一点在任一 方向上、任一波长处辐射的强弱程度。 假如L与观测位置（x, y, z）无关，则辐射场是 均匀的； 假如L与观测方向（q , ）无关，则辐射场在该 点是各向同性的； 假如L与时间t无关，则辐射场就是定常的。



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天空要亮一些，而在其反面，天空要暗些。
在大气辐射中把这一亮度称为辐亮度L，是
反映辐射场特性最重要的物理量。
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表达式：
现以q 表示天顶角， 表示方位。由上面的讨论可知， 天空辐亮度至少应是观测位置（x, y, z）、观测时间t和观测
方向（q , ）的函数。若再考虑到不同颜色的光应有不同的
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1. 黑体
如果某一物体对任何波长的辐射都能
全部吸收，即A = 1，则称该物体为绝
对黑体，相应的必有R = 0 , = 0 。
如果物体仅对某一波长全部吸收，即
A = 1，则称该物体对这一波长为黑
体。
绝对黑体在自然界是不存在的。
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注意:这里所讨论的黑体与一般所谓黑色物体是 有区别的，黑色物体只表明它对可见光的反射性质。 我们不能根据物体的颜色来判断它对其它波段的
范围中的问题时，可以把由点源发出的辐射当作 平行辐射或平行光来处理。在大气辐射中，我们 常把来自太阳的直接辐射看作平行光。
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对于平行辐射,若需计算地面接收到的太阳辐射， 设太阳的天顶角为θ ，则该地水平面上接收的太 阳积分（所有波长）辐照度为
S ' S cos q
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面辐射源：面辐射源的特点是它可以向2π立体角
3.辐射通量密度 定义
辐射场内任一点处通过单位面积的辐射功率， 也称为辐照度（Irradiance），以E表示。可认为 通过一空间平面的辐射通量密度是从各个方向射来 的辐亮度在法线方向分量的累加，即
E L cos q dΩ
注：这里q 为辐亮度方向与平面法线之间的交角。
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4. 辐射源
往外发射辐射的物体称为辐射源。最简单的辐 射源是点源。假设源向四周发射是均匀的，发 射辐射的功率为W ，则在以点源为中心、半径 为r的球表面上的辐照度为
E W 4π r
2
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这里辐射传输的方向都在半径方向。可见，点源 的辐照度随距离的变化服从反平方规律。

在离点辐射源距离相当大并且在讨论相对比较小
中发射辐射能。

对面辐射源首先关心的是其辐出度，即通过单位
面积在面源的法线方向射出的能量大小（辐射出
射度）或辐射率。以F表示，其单位是W m2。对
于某一波长，可写成 F ，并且有
F F d

F 称为谱（或单色、分光）辐出度，单位是W
m2 mm1。
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一般来说，辐射面源射向各个方向的辐亮度是不 同的，具有方向性。若辐亮度不随方向q 变化，这 类辐射体就称为朗伯体（朗伯面）。 朗伯体是向所有方向以同一辐亮度发射辐射的物 体。在大气辐射研究中，朗伯体是一个重要的概念， 我们常常把太阳、陆地表面看作朗伯面；而平静的
气中的辐射能交换，掌握辐射 能量在大气中传输和转换的规 律。
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美国科幻影片《后天》研究气候变化的科学家哈尔教授，他根
地球将再次进入冰河世纪的假设。结果，这个预言变成了现实.
据观测和研究古气候的规律，提出严重的温室效应将造成气温剧降，
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美国科幻影片《后天》描述了“明天之后”的未来世界： 北半球冰川融化，地球进入第二冰河期，龙卷风、海啸在 全球肆虐，整个纽约陷入冰河的包围中。
第七章 大气辐射学
地面和大气中的辐射过程
为什么要研究地气系统对太阳辐射的吸收和反射及地气 之间的辐射交换过程？
为什么？
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地球作为飘浮在宇宙空间的 一个物体，它只有通过辐射
过程才能与其周围环境交换
能量并最终达到某种平衡。
地球围绕着太阳运行，太阳辐 射的能量是地球最重要的能源。
因此需要研究太阳、地球及大
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物理意义：
在辐射传输方向上的单Байду номын сангаас立体 角内，通过垂直于该方向的单位面 积的，单位波长间隔的辐射功率。 此处 L 的单位为 W m-2 sr-1μm-1 。
d L ( x , y , z ,q , , , t ) dA d d
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此定义针对传递非平行辐射的曲面。

定义： 自然界中的一切物体,只要温度在绝对温度零度以上,都以
电磁波的形式时刻不停地向外传送热量,这种传送能量的方
式称为辐射。物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能，简 称辐射。[一般把这种电磁波能量本身称为辐射能（或简称 为辐射），而把这种能量传播方式称为辐射]。

分类：
按激发电磁波的方式分为：热辐射、电致辐射、光致辐射、
E E E

*


净辐射通量密度的单位为W m-2 mm-1。 其值的正和负，分别代表了从上往下的 净辐射通量密度和从下往上的净辐射通 量密度。
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净辐射通量密度在讨论大气辐射平衡时有 重要的应用。例如讨论一薄层空气，它的上 边界有一个向下的净辐射通量密度，而其下 边界有一个向上的净辐射通量密度。那么对 这气层而言，辐射能的收支是正的，气层温 度将升高；反之，气层将降温。
辐射表
辐射表的架设
地面反照率测量塔
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学什么？
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主要内容

7.1 辐射的基本概念


7.2 辐射的物理规律
7.3 地球大气与辐射的相互作用
7.4 太阳辐射在地球大气中的传输
7.5 地球–大气系统的长波辐射
7.6 地面、大气及地气系统的辐射平衡
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7.1 辐射的基本概念
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平衡辐射的基本规律：
物体处于热动平衡状态下发射和吸收辐射的物理规 律，即
亮度，则应有
L ( x , y , z ,q , , , t )
q
h-太阳高度角
q -太阳天顶角
-方位角