气象学与气候学（第三版） 第二章

包含了物体以电磁波的方式放射能量的方式，通过辐射传播的能量称为辐射能，辐射是太阳能传播到地球的唯一途径等。

大气的热能和温度

• 辐射和辐射差额
  • 辐射与辐射光谱
    • 辐射
      • 物体以电磁波的方式放射能量的方式，通过辐射传播的能量称为辐射能，辐射是太阳能传播到地球的唯一途径
    • 辐射通量密度
      • 单位时间内通过单位面积的辐射能量
    • 辐射强度
      • 单位时间内通过垂直于选定方向上的单位面积的辐射能量
    • 辐射光谱
      • 辐射能按波长分布的函数 （取决于物体的性质和状态）
    • 黑体
      • 1、一种理想化的物体，它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与投射 2、黑体可以将吸收的电磁辐射转化为热辐射或光辐射（黑体辐射） 3、黑体辐射的温度与光谱的波长有关
  • 辐射定律
    • 基尔荷夫定律
      • 将黑体与非黑体联系了起来
    • 史蒂芬-波尔斯曼定律
    • 维恩位移定律
    • 将黑体温度与其辐射光谱联系起来了
  • 大气对辐射的吸收、散射和反射
    • 太阳辐射光谱
    • 太阳常数
      • 日地平均距离上，在大气上界，垂直于太阳光线的单位面积内，在单位时间内获得的太阳辐射能量（其变化与黑子活动有关）
    • 吸收
      • 大气对太阳辐射的吸收具有选择性
    • 散射
      • 分子散射
        • 空气分子直径小于电磁波长时，波长越短，散射越强。具有选择性
      • 粗粒散射
        • 空气分子直径大于电磁波长时发生的散射。没有选择性
    • 反射
      • 大气云层和较大颗粒能将太阳辐射中一部分能量反射到宇宙空间
      • 反射对波长没有选择性
      • 大气中云的反射最为显著
  • 地面和大气的辐射
    • 直接辐射
      • 太阳光以平行光线形式直接投射到地面上
      • 主要受太阳高度角和大气透明度影响
      • 太阳高度角决定太阳辐射散布墨迹和穿过的大气层厚度
      • 大气透明度决定了大气中杂质对太阳辐射的削弱程度
    • 散射辐射
      • 散射程度受太阳高度角、大气透明度和云层的影响
    • 总辐射
      • 纬度越低，总辐射越大
    • 地面的反射
    • 大气对长波辐射的吸收
      • 大气吸收长波辐射的主要成分：H2O、CO2和O3
      • 特点：1、太阳辐射为定向平行辐射，长波辐射是漫射辐射 2、长波辐射不但要考虑大气对长波辐射的吸收，还要考虑·大气本身的长波辐射 3、长波辐射不考虑散射作用
      • 大气逆反射
        • 大气辐射指向地面的部分，对地面有保暖作用
      • 地面有效辐射
        • 地面放射辐射与地面吸收大气逆辐射之差
      • 影响有效辐射的因素
        • 湿热天气·
        • 有云覆盖
        • 空气混浊
        • 逆温
        • 海拔高
        • 近地层气温随高度显著降低
  • 地气辐射差额
    • 某段时间内单位面积地表面所吸收总辐射何其有效辐射之差
    • 辐射差额的年振辐随地理纬度的增加而增大
• 大气增温和冷却
  • 气温的非绝热变化
    • 指空气与外界之间通过热量交换导致状态发生变化
      • 传导
        • 空气分子热运动进行能量传递，达到热量平衡
      • 辐射
        • 大气和地面（气团之间）通过长波辐射交换热量
      • 对流
        • 上下层冷暖空气混合，热量得到交换
      • 湍流
        • 空气的不规则运动
      • 蒸发/凝结
        • 水在蒸发（升华）时吸收热量，凝结（凝华）时释放潜热，使热量得到传送
  • 气温的绝热变化
    • 在气象学上，任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程叫做绝热过程
    • 在大气中，做垂直运动的气块，其变化状态通常接近于绝热过程
    • 气块内部既没有发生水相变化，有没有与外界交换热量的过程成为干绝热过程
  • 气温个别变化和局地变化
    • 个别变化
      • 单位时间内个别空气质点温度的变化
    • 局地变化
      • 某一固定地点空气温度随时间的变化
    • 温度变化考虑因素
      • 空气平流运动传热
      • 空气垂直运动传热
      • 地面和大气热交换
  • 大气稳定度
    • 指大气的稳定程度，即气块受任意方向扰动后，返回或远离平衡位置的趋势和程度
    • 大气稳定度的判断
    • 稳定度的意义
      • 气层稳定时，对流、湍流受到抑制，上下层质量交换微弱，低空水汽、大气污染物等容易积聚在低层，不易向上扩散，地气间的湍流热交换与会很小
      • 气层不稳定时，对流、湍流旺盛，水汽、污染物极易向上扩散，此时对流热交换也会很强
• 气温时空变化
  • 气温的日变化
    • 白天地表吸收太阳辐射增热，并通过辐射、分子运动、湍流及对流和潜热输送等方式将热量传递给边界层大气，使大气温度升高
    • 夜间地表通过长波辐射冷却，使边界层大气温度也随之降低
    • 一天中最高值（一般出现在午后14时左右）与最低值（一般出现在日出前后）之差称为气温日较差
  • 气温年变化
    • 一年中月平均气温的最高值（7月）与最低值（1月）之差称为气温年较差（北半球为例，南半球反之）
    • 根据温度年较差的大小及最高、最低值出现的时间，可将气温的年变化按纬度分为
      • 赤道型
      • 热带型
      • 温带型
      • 极地型
  • 气温的水平分布
    • 气温的水平分布通常用等温线表示，等温线的不同排列，反映不同气温分布特点
    • 世界气温分布特点
      • 赤道地区气温高，向两极逐渐降低
      • 在北半球，等温线7月比1月稀疏
      • 冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向极地，而夏季则相反
      • 南半球等温线较平直，北半球更为弯曲
  • 气温的垂直分布
    • 逆温
      • 指在大气对流层内，气温随高度增加而增加，其温度垂直分布与标准大气的相反
        • 辐射逆温
          • 与大气污染密切相关
        • 下沉逆温
          • 当高压区内某一层空气发生强度较大的气团下沉运动时，常可使原来具有稳定层结构空气层压缩成逆温层结
        • 平流逆温
        • 湍流逆温
        • 锋面逆温