大气辐射学课后答案.doc

习题1、由太阳常数=1367 W/m2，请计算：太阳表面的辐射出射度；全太阳表面的辐射通量；整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。辐射出射度（P66）：辐射通量密度（W/m2）任意距离处太阳的总辐射通量不变：答案：6.3107W/m2；3.71026W；4.510-10, 约占20亿分之一。2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d1=1.47108km）为S1，在远日点时（d2=1.52108km）为S2，求其相对变化值是多大。答案：6.5%同1（1）：3、有一圆形云体，直径为2km，云体中心正在某地上空1km处。如果能把云底表面视为7的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。174W/m2云体：余弦辐射体+立体角根据：又由绝对黑体有所以此云在该地表面上的辐照度为4、设太阳表面为温度5800K的黑体，地球大气上界表面为300K的黑体，在日地平均距离d0=1.50108km时，求大气上界处波长l=10mm的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。答案：0.286 Wm-2mm-1，31.2 Wm-2mm-1Planck law(5.2.6)+习题11）2)5、如果太阳常数增加4%，太阳表面有效温度升高多少度，地球表面有效温度升高多少度（行星反射率为0.3）。 答案：58K，2.6K解：设太阳、地球表面有效温度为T日e、T地e，地球半径为r，行星反射率为R（1）因为以日心为中心，以太阳半径R和日地平均距离d0为半径的两个球面上通过的太阳辐射通量应该相等，即对（1）式两边取对数求微分，整理得当比较小时，可以用差分（增量）去近似微分，于是上式可近似为所以 （2）当地气系统达到辐射平衡时，有得到 与前面类似，对（2）两边取对数微分，再用差分近似微分，则有所以太阳表面有效温度升高57.77度，地球表面有效温度升高2.55度6、求夏至日在赤道与极点（j = 90N）大气上界水平面上太阳辐射日总量的比值。答案：0.73如第7题，夏至日在赤道与极点（j = 90N）大气上界水平面上太阳辐射日总量分别为3.45107 J m-2d-1、4.71107 J m-2d-1，二者比值为（3.45107）/（4.71107）=0.737、若不考虑日地距离变化，假定d = d0，求出纬度j =0、40、90处，在春分、夏至、秋分、冬至时大气上界水平面上太阳辐射日总量的值（Qd）。说明这三个纬度上Qd年变化的不同特点。答案：Qd（J m-2d-1）的数值如下：纬度春分夏至秋分冬至 = 03.761073.451073.761073.45107 =402.881074.331072.881071.3107 =9004.7110700春分=0；夏至=23O27；秋分=0；冬至=-23O278、设有一气层，可只考虑其吸收作用，有一平行辐射，波长为l，射入气层前的辐射通量密度为10Wm-2 mm-1，经气层中吸收物质的含量u = lg/cm2的吸收后，辐射通量密度为5W mm-1。求该气层的吸收率及质量吸收系数（kl）。答案：0.7 cm2/g或9、波长l = 0.6mm的平行光束，垂直入射10m厚的人工云层，射入前及透过云层后的辐照度分别为：F0=100(mW cm-2)及F=28.642(mW cm-2)。设云中水滴数密度N（个/cm3）及云滴半径r = 10mm各处均一。只考虑Mie的一次散射。求 云层的容积散射系数bl=?； 云中水滴数密度N； 若光束与云层法线成60角入射，则射出云层后的辐照度F =？。答案：1.2510-3 cm-1；200个/ cm3；8.2(mW cm-2)1）2）3）10、对于l = 0.32mm的太阳辐射，若只考虑大气的气体分子散射与O3的吸收，当地面气压为1个大气压，O3总含量uO = 2mm，太阳天顶角q = 40时，求整层大气对此波长的透射率。答案：0.25411、地面气压为760mm时，测量在1.51.6mm波段内的太阳直接辐射SDl，得到以下数据：天顶角q40506070SDl (Wm-2)13.9512.5510.467.67求大气的透明系数PDl，光学厚度tDl及大气上界处SDl,0=？答案：0.68465，0.373，22.31 Wm-2即为长法求大气顶太阳辐射通量密度。 (5.4.39) (5.4.40)假定不同太阳天顶角时大气性质不变，则透过率为常数。当测得几组观测值后，可用线性回归求出斜率和截距：40506070m=sec：1.30371.55251.99272.8999S：13.9512.5510.467.67lnS：-3.91202-4.01738-4.19971-4.50986A=3.10932S0=22.4058 (Wm-2)B=-0.3726 (光学厚度tDl)透明系数：透过率：exp(B)=0.6889412、由飞机探测得到各高度的水平面上向上、下的辐射通量密度如下表（P为各高度气压值）：P(hPa)1010786701672.9725.2751.756.982.394.1求各高度间气层的辐射变温率（/24h）。 答案：1.46/24h各高度E*为：P(hPa)1010786701E*（Wm-2）616642.9657.656.982.394.11010-786hPa:786-701hPa13、设有一温度T=300K的等温气层，对于波长l=14mm的定向平行辐射当只有吸收削弱时，垂直入射气层的透射率Tr=0.6587。试求：气层对该辐射的吸收率，若气层的光学质量u=0.4175(g/cm2)求质量吸收系数kl；气层的漫射辐射透射率Tfl，气层本身的辐射出射度。答案：0.3413，1cm2/g，0.5，229.6 Wcm-2 因为只有吸收削弱，所以吸收率为 由透射率公式 ，求得气层的漫射辐射透射率Tfl=气层本身的辐射出射度14、若将某行星表面视为黑体，其外由一层等温大气覆盖，该大气层对短、长波的吸收率分别为A及A1，大气上界与太阳光垂直的水平面上太阳辐射的辐照度为F0，忽略行星-大气系统的反射效率。（1） 当行星-大气系统达到辐射平衡时，计算行星表面的温度Tp；(2)该大气层一定具有保温作用吗？试分析说明之。利用P109图5-24和6-36-4式写出行星表面和大气顶的辐射平衡方程求解可得无大气时，行星表面温度为见书后答案15、如在夜间地面上空布满云层，设地面为黑体，T0=300K，气压为P0=1000hPa，云底为黑体，温度Tb=280K，气压为Pb=800hpa，中间大气为等温T=285K的灰体，其长波漫射透射率Tf=0.4。试求：（1）地面的有效辐射，（2）中间气层的温度是要增加还是降低，求出变温率(/3h),（3）如果云底温度Tb改为260K，则气层温度的变