农业气象教学课件作者奚广生第一章

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1、第一章 太阳辐射与农业,太阳辐射与农业生产,日地关系,到达地面的太阳辐射,辐射太阳辐射,一、昼夜及四季的形成 二、可照时数与光照时间 三、太阳高度角和方位角 四、季节与农业生产,第一节 季节与节气,一、昼夜及四季的形成,近日点:1月3日左右,相距1.45108km;远日点: 7月4日左右,相距1.55108km,日地平均距离为1.50108km。 地球公转一周,需365d 5h 48min 46s,即为一年。在地球公转轨道上,每隔15度划定一个位置,并定为一个“节气”名称,全年分成24个节气。 自转一周需23h 56min 4s,即为一昼夜。 昼夜半球分界线叫晨昏线。晨昏线与纬圈交割,把纬圈分

2、为两段圆弧。即昼弧和夜弧。 地轴与公转轨道面(黄道面)保持6633的夹角。(指向北极星附近)。,(一)日地关系,第一节 季节与节气,四季的形成,昼长(可照时数),第一节 季节与节气,一、昼夜及四季的形成,(二)太阳直射位置的变化 冬至日(12月22日)太阳直射南纬2327, 春分日(3月21日)太阳直射赤道, 夏至日(6月22日)直射北纬2327, 秋分日(9月22日)再次直射赤道。,第一节 季节与节气,一、昼夜及四季的形成,(三)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。,第一节 季节与节气,

3、一、昼夜及四季的形成,赤纬的近似计算: =23 .5sinN 式中N以度为单位,是距春分日或秋分日最近的总天数,春分日至秋分日取正值,否则取负值。例:1月20日,距春分日(3月21日)的总天数为60d,应取负值,故=23 .5sin(60)20.35。,二、日照时数,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:,第一节 季节与节气,此时:,cos-tgtg,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,光照时间可照时数曙暮光时间,第一节 季节与节气,二、日照时数,一般曙暮光随纬度升高而加长;夏季尤为显著。,曙暮光,在日出前和

4、日落后,太阳光线在地平线以下0 6时,光通过大气散射到地表产生一定的光照强度,这种光称为曙光和暮光。,第一节 季节与节气,二、日照时数,h的计算公式,sin hsinsin+coscoscos,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)。,三、太阳高度角和方位角,太阳高度角 (h),太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0h90),第一节 季节与节气,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

5、 冬至日(22/12):-23.5(23.5S),计算公式:,23.5sinN,三、太阳高度角和方位角,第一节 季节与节气,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-+,三、太阳高度角和方位角,第一节 季节与节气,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:A0,三、太阳高度角和方位角,第一节 季节与节气,日出日没时(h=0),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。,夏半年

6、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。,三、太阳高度角和方位角,第一节 季节与节气,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。,三、太阳高度角和方位角,第一节 季节与节气,四、季节与农业生产,(一)季节划分,我国古代以立春、立夏、立秋、立冬作为四季的开始,阳历1至3月为春季,4至6月为夏季、7至9月为秋季、10至12月为冬季; 西方国家以二分(春分、秋分)、二至(夏至、冬至)为四季的开始,以阳历3至5月为春季、6至8月为夏季、9至11月为秋季、12月至次年2月为冬季。 我国气候学上用候平均气温大于22 的时期为夏季,小于1

7、0的时期为冬季,1022之间的时期为春季,2210之间的时期为秋季。,第一节 季节与节气,(二)二十四节气与农业生产,二十四节气最初来自天文,将黄道分为二十四弧段, 每段15为一节。一节约15天,全年二十四节。 “节气”在古代中简称“气”,按阴历每月一般分为两气, 前一气为“节气”,后一气为“中气”,后人把“节气”和 “中气”统称为“节气”。 立春、立夏、立秋、立冬表示春、夏、秋冬四季的开始。 春分、夏至、秋分、冬至表示昼夜长短的转折日。 小暑、大暑、处暑,小寒、大寒反映温度的高低。 雨水、谷雨、小雪、大雪表示降水的季节。 白露、寒露、霜降反映水汽凝结状况和温度下降过程。 惊蛰、清明、小满、芒

8、种为反映物候现象的节气,,第一节 季节与节气,四、季节与农业生产,种田无定例, 全靠看天气。 立春阳气转, 雨水沿河边。 惊蛰乌鸦叫, 春分滴水干。 清明忙种粟, 谷雨种大田。,立夏鹅毛住, 小满雀来全。 芒种大家乐, 夏至不着棉。 小暑不算热, 大暑在伏天。 立秋忙打靛, 处暑动刀镰。,白露贲割地, 秋分无生田。 寒露不算冷, 霜降变了天。 立冬先封天, 小雪河封严。 大雪交冬月, 冬至数九天。 小寒买办忙, 大寒要过年。,二十四节气农谚歌,第一节 季节与节气,四、季节与农业生产,一、辐射的一般知识 二、太阳辐射,第二节 辐射与太阳辐射,物体以辐射的方式传递交换的能量。,、辐射及其特性,辐射

9、,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,特性,波粒二象性,一、辐射的一般知识,第二节 辐射与太阳辐射,波动性,Vf,波动性的反映,电磁波谱,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,不同电磁波的具体波长范围,可见光波长范围,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,粒子性,其中h6.62610-34Js,称为普朗克常数。,辐射的度量和单位,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,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,辐射通量密度(E)及单位,定义:单位面积上的辐射通量。,单位: Js-1m-2或Wm-2,E=dF/(ds

10、.dt),辐射通量密度又被称为辐射强度、辐射能力或放射能力。,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,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,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,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,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,a、r、d的变化,黑体:对

11、于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸 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。,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,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 T4,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。,、辐射的基本定律,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,mC/T 或 m T=C,如果波长以nm为单位,则常数C2,897103nm K,于是(3-6)式为:,维

12、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,第二节 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,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,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 辐射与太阳辐射,一、辐射的一般知识,二、太阳辐射,、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

13、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。,第二节 辐射与太阳辐射,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:大气上界,太阳辐射产生的平均光照强度。,范围:1.351051.4105lx,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,SmSm Smsinh,、水平面上的太阳辐射,水平面上太阳辐射的计算,Sm和Sm与h的关系图,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,水平面上得到的太阳辐射能随着h的增加而增加。,、大气对太阳辐射的减弱,

14、太阳辐射在大气中的减弱,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,吸收作用,氧、臭氧、水汽和CO2,减弱方式,主要的吸收成分,各成分的吸收波段,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,散射作用,散射,当太阳辐射通过大气时,遇到大气中的各种质点,太阳辐射能的一部分散向四面八方,称为散射。,分类,由入射辐射波长 与散射质点的相对大小r,将散射分为分子散射(雷莱散射)和漫射。,r 时,分子散射。,r 时,漫射。,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,雷莱分子散射定律,当大气干洁,质点半径小于200nm时,散射值与入射光波长的四次方成反比。即:,定律,意义,入射光波长愈短,散射能力愈强。,漫射,当大气混浊,

15、质点半径10,000nm时,入射光的各种波长具有同等散射能力,散射系数不再随波长改变,称之为漫射。,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,反射作用,参与反射作用的物质,大气中较大的尘粒和云滴、云层,云的反射作用,其反射能力随云状、云量和云厚而不同。云量愈多,云层愈厚,反射愈强。云层平均反射率为50%55%。,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,减弱因素,大气质量(m),定义,太阳光通过大气路径的长度与大气铅直厚度之比。,m随h的变化,在各太阳高度时的大气质量,大气质量m随太阳高度的增高而减小,当太阳高度低时,m值的增大特别迅速。,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,不同太阳高度角下的大气质

16、量,m的计算,当h在3090时,m可近似地表示为:,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,大气透明系数(P),定义,透过一个大气质量(m1)后的太阳辐射强度 (S1)与透过前的太阳辐射强度(S0)之比,即:,影响因子,海拔、水汽、微尘、云雾,第二节 辐射与太阳辐射,二、太阳辐射,一、到达地面的太阳辐射强度 二、太阳辐射光谱 三、地面反射的太阳辐射 四、地面辐射差额,第三节、到达地面的太阳辐射,一、到达地面的太阳辐射强度,到达地面的太阳总辐射由太阳直接辐射和天空辐射组成。,太阳直接辐射强度,定义,单位时间内以平行光形式投射到地表单位水平面积上的太阳辐射能。,计算公式,SSmS0 Pmsinh,第三节、到达地面的太阳辐射,大气透明系数(

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