大气辐射与遥感课后题

兰州大学大气科学学院专业必修课-《大气辐射与遥感》

第三章

大气气体吸收

授课人： 阎虹如 2015·春季

第三章 大气气体吸收§ 3.1 地球大气的成分和结构§ 3.1.1 热力结构

§ 3.1.2 化学成分

§ 3.2 分子吸收/发射谱的形成§ 3.2.1转动跃迁 § 3.2.2振动跃迁

§ 3.2.3电子跃迁§ 3.2.4谱线形状 § 3.2.5连续吸收 § 3.2.6热力学平衡的崩溃

§ 3.3 大气吸收§ 3.3.1紫外吸收 § 3.3.2光化学过程和臭氧层的形成 § 3.3.3可见光区和近红外区的吸收

§ 3.1 地球大气的成分和结构

地球大气的演化

原始大气 以宇宙中最丰富的轻物 质为主，由于地球和大 气的温度非常高，使得 原始大气摆脱地球引力， 逃逸进入太空。

次生大气 来自于地球自身：造山 运动、火山喷发和从地 幔中释放出地壳内原来 吸附的气体。

现代大气 海洋生物吸收光和CO2 , 排放O2,使大气中CO2 含量下降，O2含量增加， 而N2通过NH3的光离解 而生成。

§ 3.1.1

兰州大学大气科学学院专业必修课-《大气辐射与遥感》

第三章

大气气体吸收

授课人： 阎虹如 2015·春季

第三章 大气气体吸收§ 3.1 地球大气的成分和结构§ 3.1.1 热力结构

§ 3.1.2 化学成分

§ 3.2 分子吸收/发射谱的形成§ 3.2.1转动跃迁 § 3.2.2振动跃迁

§ 3.2.3电子跃迁§ 3.2.4谱线形状 § 3.2.5连续吸收 § 3.2.6热力学平衡的崩溃

§ 3.3 大气吸收§ 3.3.1紫外吸收 § 3.3.2光化学过程和臭氧层的形成 § 3.3.3可见光区和近红外区的吸收

§ 3.1 地球大气的成分和结构

地球大气的演化

原始大气 以宇宙中最丰富的轻物 质为主，由于地球和大 气的温度非常高，使得 原始大气摆脱地球引力， 逃逸进入太空。

次生大气 来自于地球自身：造山 运动、火山喷发和从地 幔中释放出地壳内原来 吸附的气体。

现代大气 海洋生物吸收光和CO2 , 排放O2,使大气中CO2 含量下降，O2含量增加， 而N2通过NH3的光离解 而生成。

§ 3.1.1

遥感09大气遥感考试复习

遥感09级大气遥感考试复习

一、名称解释（6×5=30分）

1、 立体角：锥体所拦截的球面积σ与半径r的平方之比，单位为球面度sr，为一无量纲量 。 2、 辐照度：单位面积单位时间通过的能量，即辐射通量密度。

3、 太阳天顶角：天顶角即入射光线与当地天顶方向的夹角。太阳天顶角和太阳高度角互为

余角。

4、 阳伞效应：由气溶胶的辐射特性引起的地面冷却效应。类似于遮阳伞，故称为“阳伞效

应”。

5、 大气质量：倾斜路径的光学厚度与垂直路径光学厚度之比

6、 日射：某一给定地点单位水平面上的太阳辐射通量。它主要取决于太阳天顶角，同时也

依赖于日地距离的变化。

7、 消光系数：当消光截面乘以粒子数密度（厘米-3）或当质量消光截面乘以密度（克·厘米

-3）时，该量称为“消光系数”，它具有长度倒数（厘米-1）的单位。

8、 单次散射反射率：辐射发生每一次消光（或简称散射）过程中，遭受散射的百分比。

二、填空（10×2=20分）

1、反射率、吸收率、透射率关系

吸收率A = Ea / E0，反射率R = Er / E0，透射率? = Et / E0。则：A ＋R＋?＝1。 2、灰体的吸收率与波长的关系

吸收率为<1的常数，不随波长而变。

3、普朗克常函数定义的

遥感09大气遥感考试复习

遥感09级大气遥感考试复习

一、名称解释（6×5=30分）

1、 立体角：锥体所拦截的球面积σ与半径r的平方之比，单位为球面度sr，为一无量纲量 。 2、 辐照度：单位面积单位时间通过的能量，即辐射通量密度。

3、 太阳天顶角：天顶角即入射光线与当地天顶方向的夹角。太阳天顶角和太阳高度角互为

余角。

4、 阳伞效应：由气溶胶的辐射特性引起的地面冷却效应。类似于遮阳伞，故称为“阳伞效

应”。

5、 大气质量：倾斜路径的光学厚度与垂直路径光学厚度之比

6、 日射：某一给定地点单位水平面上的太阳辐射通量。它主要取决于太阳天顶角，同时也

依赖于日地距离的变化。

7、 消光系数：当消光截面乘以粒子数密度（厘米-3）或当质量消光截面乘以密度（克·厘米

-3）时，该量称为“消光系数”，它具有长度倒数（厘米-1）的单位。

8、 单次散射反射率：辐射发生每一次消光（或简称散射）过程中，遭受散射的百分比。

二、填空（10×2=20分）

1、反射率、吸收率、透射率关系

吸收率A = Ea / E0，反射率R = Er / E0，透射率? = Et / E0。则：A ＋R＋?＝1。 2、灰体的吸收率与波长的关系

吸收率为<1的常数，不随波长而变。

3、普朗克常函数定义的

《地面辐射和大气辐射》教学设计

一、教材分析

在全节内容中具有承上启下的作用。与生活实际密切相关，在实际运用中比较重要。 二、学情分析

学生学习本课内容重点掌握对流层大气的受热过程，学习障碍是大气逆辐射的理解，学习难度较低 二、教学目标分析 1、知识与技能

◆理解地面辐射和大气辐射

◆掌握对流层大气的受热过程图，掌握阅读、分析、运用地理图表的技能 ◆提高读图、绘图能力与自主学习能力 ◆提高运用所学知识解决实际问题的能力 2、过程与方法

? 通过小组讨论掌握对流层大气的受热过程图 ? 通过创设问题情境加深对知识的理解 3、情感、态度与价值观

◆通过对生活实际问题的探讨，树立理论联系实际的观念 三、教学重、难点分析 重点：

◆地面是大气的直接热源 ◆大气逆辐射

◆对流层大气的受热过程及示意图 难点： ◆大气逆辐射

◆对流层大气的受热过程及示意图 三、教学过程 （一）导入（3′）

师：通过上节课的学习，我们知道了大气对太阳辐射具有削弱的作用，从而使得

地面上白天的温度不会太高。

Q:我们一起来回顾一下，大气对太阳辐射的削弱作用有哪些表现形式呢？（点同学回答）

生：吸收、反射、散射

师：很好，大气通过吸收、反射和散射这三种形式的作用削弱了到达地面的

思考题与习题（第一章p21）

1． 为什么定义粒子注量时，要用一个小球体?

答：粒子注量da dN /＝Φ表示的是非单向平行辐射场的情况。之所以采用小球体，是为了保证从各个方向入射的粒子有相同的截面积，从而保证达到“Φ是进入单位截面积小球的粒子数”的目的。

2． 质量减弱系数、质量能量转移系数和质量能量吸收系数三者之间有什么联系和区别? 答：区别：

质量减弱系数ρμ/：不带电粒子在物质中穿过单位质量厚度后，因相互作用，粒子数减少的份额。 质量能量转移系数ρ

μ/tr ：不带电粒子在物质中穿过单位质量厚度后，因相互作用，其能量转移给带电

粒子的份额。 质量能量吸收系数ρμ/en ：不带电粒子在物质中穿过单位质量厚度后，其能量被物质吸收的份额。

联系： 由p tr μμμ+＝知，质量能量转移系数ρ

μ/tr 是质量减弱系数ρμ/的一部分；

由()()g tr en -1//ρμρμ＝知，某物质对不带电粒子的质量能量吸收系数ρμ/en ，是质量能量转移系数ρ

μ/tr 和

()g -1的乘积。

3． 吸收剂量、比释动能和照射量三者之间有什么联系和区别? 答：区别： D 、K 和X 的区别

联系：()g -1K D ＝

X ?=m m f

大气校正说明文档

步骤一：辐射定标

本实验采用的是绝对辐射定标，直接建立遥感影像DN值与接收到的能量的

之间的关系。

建立关系所采用的公式是：L??gain*DN?offset?

?Lmin

其中，gainLmax??Lmin?fullDNrange?LmaxDN?Lmin?DN?min? ， offset?max? Lmaxλ和Lminλ通过参看遥感影像的头文件进行确定。fullDNrange取的是

255。

具体操作如下：

1） 打开遥感影像文件及其头文件

2） 根据头文件信息计算gain和offset的值

3） 在envi的Basic Tools中打开 Band Math像，将本步骤采用的公式

写入band math中，计算出L。

至此，就完成了遥感影像的辐射定标过程。

步骤二：未进行大气校正所得到的反射率

本步骤讲述如何从经过辐射定标的遥感影像直接生成地物的反射率的影像，制作该影像的目的是为了与后面经过大气校正后的影像进行对比。 本步骤所采用的公式是：???*L*d2/(ESUN*cos(?))

其中，L是由上步所算出来的，d指的是实际的日地距离，单位是天文距离，ESUN指的是太阳平均辐射强度，θ

第二章：燃烧与大气污染

2.1 已知重油元素分析结果如下：C：85.5% H：11.3% O：2.0% N：0.2% S：1.0%，试计算：1）燃油1kg所需理论空气量和产生的理论烟气量； 2）干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度；

3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。 【解】：

1kg燃油含：

重量（g） 摩尔数（g） 需氧数（g）

C 855 71.25 71.25

H 113－2.5 55.25 27.625（转化为氧，即原料中含有氧，20g，

相当于0.625molO2，转化为H为2.5g）

S 10 0.3125 0.3125 H2O 22.5 1.25 0 N元素忽略。

1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg

设干空气O2：N2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/

大气辐射传输模型6S简介

1986年，法国Université des Sciences et Technologies de Lille（里尔科技大学）大气光学实验室Tanré等人为了简化大气辐射传输方程，开发了太阳光谱波段卫星信号模拟程序5S（SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM），用来模拟地气系统中太阳辐射的传输过程并计算卫星入瞳处辐射亮度。1997年，Eric Vemote对5S进行了改进，发展到6S（SECOND SIMULATION OF THE SATELLITE SIGNAL IN THE SOLAR SPECTRUM）,6S吸收了最新的散射计算方法，使太阳光谱波段的散射计算精度比5S有所提高。

这种模式是在假定无云大气的情况下，考虑了水汽、CO2、O3和O2的吸收、分子和气溶胶的散射以及非均一地面和双向反射率的问题。6S是对5S的改进，光谱积分的步长从5nm改进到2.5nm，同5S相比，它可以模拟机载观测、设置目标高程、解释BRDF作用和临近效应，增加了两种吸收气体的计算（CO、N2O）。采用SOS (successive order of scat

作业习题解答

第一章 概 论

1.1 解：

按1mol干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故nN2=0.781mol，nO2=0.209mol，nAr=0.00934mol，nCO2=0.00033mol。质量百分数为

N2%?Ar%?0.781?28.0128.97?10.00934?39.9428.97?1?100%?75.51%，O2%?0.209?32.0028.97?10.00033?44.0128.97?1?100%?23.08%；

?100%?0.05%。

?100%?1.29%，CO2%?

1.2 解：

由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：

SO2：0.15mg/m3，NO2：0.12mg/m3，CO：4.00mg/m3。按标准状态下1m3干空气计算，其摩尔数为

1?1022.43?44.643mol。故三种污染物体积百分数分别为：

SO2：

0.15?10?364?44.6434.00?10?3?0.052ppm，NO2：

0.12?10?346?44.643?0.058ppm

CO：

28?44.643?3.20ppm。

1.3 解： 1）?（g/mN）?3

1.50?10?4?154?322.