第三章辐射.ppt
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1、第三章 辐 射,太阳辐射、地面辐射和大气辐射的基本性质、变化规律,本 章 内 容,地面辐射差额,太阳辐射,辐射的基本知识,物体以辐射的方式传递交换的能量。,第一节 辐射的基本知识,一、辐射及其特性,辐射,物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。,辐射能,基本特性,波粒二象性,波动性,Vf (3-1),波动性的反映,电磁波谱,不同电磁波的具体波长范围,可见光波长范围,粒子性, (3-2),其中h6.62610-34Js,称为普朗克常数。,辐射的度量和单位,辐射通量、辐射通量密度,辐射通量及单位:,定义:单位时间通过任意面积上的辐射能量。,单位:Js-1或W,辐射通量密度(E)及单位,
2、定义:单位面积上的辐射通量。,单位: Js-1m-2或Wm-2,E=dF/(ds.dt),辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。,光通量、光通量密度、照度,光通量及单位,定义:表征辐射通量而产生光感觉的量。,单位:流明(lm),光通量密度及单位,定义:单位面积上的光通量。,单位:流明/米2(lmm-2),照度及单位,定义:单位面积上接受的光通量。,单位: lx,音译为勒克斯,1 lx=1 lmm-2,物体对辐射的吸收、反射和透射,概念,吸收率(a) : a=Qa/Q,反射率(r) : r=Qr/Q,透射率(d) : d=Qd/Q,a、r、d的变化,黑体:对于投射到该物体上所有波长的
3、辐射都能全部吸 收的物体称为绝对黑体。故有:,a,rd。,灰体:透射率d,吸收率a(r),且a不随波 长而变化的物体。,二、辐射的基本定律,基尔荷夫(kirchoff)定律(选择吸收定律),定律,在一定温度下,任何物体对于某一波长的放射能力(e,T) 与物体对该波长的吸收率(a,T)的比值,只是温度和波长的函数,而与物体的其它性质无关。即:,(3-4),E,T只是波长和温度的函数。,推论,对不同性质的物体,放射能力较强的物体,吸收能力 也较强;反之,放射能力弱者,吸收能力也弱,黑体 的吸收能力最强,所以它也是放射能力最强的物体。,对同一物体,如果在温度T时它放射某一波长的辐射, 那么,在同一温
4、度下它也吸收这一波长的辐射。,斯蒂芬波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律,定律,黑体的总放射能力(ET)与它本身绝对温度(T)的四次方成正比。即:,ET T 4 (3-5),式中5.6710-8W.m-2.K-4为斯蒂芬波尔兹曼常数。,意义,物体温度愈高,其放射能力愈强。,mC/T 或 m T=C (3-6),如果波长以nm为单位,则常数C2,897103nm K,于是(3-6)式为:,维恩(Wien)位移定律,定律,绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(m) 与其本身的绝对温度(T)成反比。即:,mT2897103nmK,不同温度下黑体辐射强度与温度的关系,意义,物体的温度愈高,
5、放射能量最大值 的波长愈短,随 着物体温度不断 增高,最大辐射 波长由长向短位 移。,太阳辐射是短波 辐射,人、地 面和大气辐射 是长波辐射。,第二节 太阳辐射,一、太阳辐射强度和太阳常数,太阳辐射强度 (太阳辐射通量密度),太阳辐射强度及单位,定义:单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。,单位:Wm-2,太阳常数 (S0),太阳常数及变化范围,定义:当地球位于日地平均距离时(约为1.496108km), 在地球大气上界投射到垂直于太阳光线平面上的太 阳辐射强度。,变化范围: 1325 Wm-2 1457 Wm-2 我国采用的太阳常数值为1382 Wm-2 。,太阳光量常数及范围,定义:大
6、气上界,太阳辐射产生的平均光照强度。,范围:1.351051.4105lx,定义,SmSm Smsinh,二、太阳高度角、太阳方位角和昼长,太阳高度角 (h),太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0h90),水平面上太阳辐射的计算,Sm和Sm与h的关系图, (3-8),水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。,h的计算公式,sin hsinsin+coscoscos,(3-9),式中:为观测点纬度,为赤纬,是时角。,的计算,的含义:太阳直射点纬度(即太阳直射光线与赤道平面 之间的夹角)。,计算公式:,23.5sinN (3-10),说明:式中N以度为单位,是距春分日或秋分日最近的总 天数。春
7、分日至秋分日取正值,否则,取负值。,特殊日期的值:,春分日(21/3)或秋分日(23/9):0 夏至日(22/6):23.5 冬至日(22/12):-23.5(23.5S),的确定,是用角度表示的时间,每15为一小时 正午:0; 上午:0; 下午:0,。,正午时刻h的计算公式,h正午90-+ (3-11),(3-12),太阳方位角 (A),定义,太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。,计算公式,式中A值: 正南:A=0 正南以西:A0 正南以东:A0,日出日没时(h=0), (3-13),特殊时刻A的计算公式,北半球A的季节变化,除北极外,一年中只有春分日和秋分日,日出正东日没 正西。,
8、夏半年内,日出东偏北方向,日没西偏北方 向;且愈近 夏至日,日出日没方位愈偏北。,冬半年内,日出东偏南方向,日没西偏南方向;且愈近冬至 日,日出日没方位愈偏南。,南半球相反,四季的形成,昼长(可照时数),昼长的变化规律,夏季昼长随纬度升高而加长,冬季昼长随纬度升高而缩短, 春、秋分则不随纬度升高而变。,相同纬度,昼长冬短夏长,春秋介于二者之间。,可照时数、实照时数和日照百分率,可照时数(昼长),定义:不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。,单位:小时、分,计算公式:,是时角,此时:,cos-tgtg (3-15),实照时数,地面上用日照计实际测量的日照时数。,日照百分率,光照时间,光照时间可
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