長波輻射與輻射平衡第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日接合前面內容掌握吸收率、比輻射率概念比較地面長波、短波吸收率的不同特點地面對于長波輻射的吸收率接近常數，可作為灰體，但對短波輻射的吸收率較低，且隨波長變化大。理解（5.5.1)(5.5.2)式5.5.1地面的長波輻射特性第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日設地表溫度為Tg，地面的積分出射度應是或以地面比輻射率eg表示，為陸地表面可看作朗伯面；而平靜的水面因有反射，則不能當作朗伯面處理。

第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日大氣的長波輻射性質(分別與短波對比)1:太陽直接輻射<<地球與大氣的紅外輻射；2:大氣對長波輻射的散射削弱極小,一般只考慮吸收作用；3:大氣的吸收和放射須同時考慮。長波輻射在大氣中傳輸是一種漫射輻射，是在無散射但有吸收，放射的介質中的傳輸5.5.2長波輻射在大氣中傳輸第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.5.2長波輻射在大氣中傳輸理解并能寫出Schwarzchild方程（5.5.3)(5.5.4)(5.5.7)式，理解（5.5.8)式中各項含義

吸收+放出總變化（5.5.3）Z坐標下方程（5.5.4）光學厚度坐標方程（5.5.7）解方程結果（5.5.8）第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日方程的解的形式為:(5.5.8a)(5.5.8b)

在已知吸收物質的吸收系數和光學厚度以及介質的溫度分布以后，可以從理論上計算大氣中輻射場的分布。

第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日掌握漫射透過率、漫射因子的概念，理解（5.5.12)、（5.5.16)式只考慮氣層的吸收削弱

由地面到Z處,由(5.5.8a)得利用（5.1.5）可求出在Z高度上的輻照度Eλ()

定義地面至Z處氣層的漫射透過率5.5.2長波輻射在大氣中傳輸第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日對比平行輻射透過率和漫射透過率表達示形式,若要把漫射輻射當作平行輻射處理，應當將其光學厚度加大1.66倍。其原理是清楚的，因為(0)是這一層大氣的垂直光學厚度，垂直方向輻射的光學路徑最短，而其它方向的路徑都要加長，其吸收當然也增加了。作為對各個方向的積分，其最終效果是加大

1.66倍，因此也有人把

β

稱為漫射因子

第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日掌握OLR(OutgoingLongwaveRadiation)概念，理解（5.5.21)式各項意義，結合（5.5.8)式。假定地面為黑體，溫度為Tg，則有邊條件：

=0處，L(0)=B(Tg)。根據長波輻射傳輸方程的通解(5.5.8),大氣頂處向外單色幅亮度為假設大氣放射是各向同性的，對半球空間積分以后，可得到大氣上界的單色輻射通量密度（5.5.18）5.5.3大氣頂射出的長波輻射第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日其中第一項為來自地表的輻射，第二項為各層大氣的輻射和吸收。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.5.3大氣頂射出的長波輻射在推導前面的公式時請特別注意其物理意義:①各高度上發射的長波輻射量為該點溫度所對應的黑體輻射量乘以其比輻射率（吸收率）。②這一輻射在傳輸到大氣上界時要受到它上部這層大氣的吸收衰減。③大氣層頂部的出射輻射是地面和各層大氣輻射之和。④地球大氣頂部總的長波出射輻射（OLR）為各波長出射輻射之和。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日掌握凈輻射、輻射差額概念系統或物體收入輻射能與支出輻射能的差值

輻射差額=輻射收入-輻射支出5.6地氣系統輻射平衡第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.6地氣系統輻射平衡推導地–氣系統平衡時的有效溫度（5.6.2），說明其與地球表面平均溫度相差33度的原因

接受太陽輻射：地氣系統發射：在地–氣系統達到輻射平衡時，有

有效溫度第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.6地氣系統輻射平衡掌握大氣保溫效應、溫室效應的概念，理解圖5.24和（5.6.3）式大氣層讓短波輻射通過，但對長波有吸收，使地面保持較高溫度。溫室效應的輻射平衡模式（p109）第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日取AL=0.8，As=0.2，R=0.3代入（5.6.4）后，有

Tg

=278.6K，Ta=247.7K。可見，大氣層的存在使地面平衡溫度高于全球的有效溫度，而大氣層的平均溫度卻低于全球的有效溫度。

第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.6地氣系統輻射平衡理解以下概念：地面短波（長波）凈輻射通量密度（5.6.12）（5.6.18）、大氣逆輻射、地面有效輻射（5.6.19）大氣逆輻射=入射到地面的長波輻射由兩部分組成1：大氣本身的熱輻射

2：云的熱輻射（許多經驗公式:Brunt、Swinbank、趙文廣）(p111)(5.6.12)第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.6地氣系統輻射平衡地面長波輻射=+

地面發射地面反射

地面長波凈輻射=

一般情況，<定義地面有效輻射

地球表面的輻射差額（凈輻射）就是地面所吸收的太陽短波輻射和地面放出的有效輻射（長波）之差。在白天無云條件下，E0*是正值，地面升溫；而在夜間，因無太陽輻射，E0*是負值，則地面降溫。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日5.6地氣系統輻射平衡理解圖5.25（p113）內陸和海洋比較（1）：洋面反射小---有效輻射小--輻射差額大（2）：內陸溫度變化大-----有效輻射變化大第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日大氣變溫率的計算對于光學薄層薄層輻射差額（凈輻射）變溫率5.6地氣系統輻射平衡第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日大氣變溫率的計算5.6地氣系統輻射平衡第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期日思考理解并解釋圖5.31(p119)習題P121：