11地面、大气辐射与大气的增温、冷却～结合相关高考真题-【超前培优】备战2023年高考地理之探讨大学地理知识

地面、大气辐射与大气的增温、冷却～结合相关高考真题 太阳辐射虽然是地球上的主要能源，但因为大气本身对太阳辐射直接吸收很少，而水、陆、植被等地球表面（又称下垫面）却能大量吸收太阳辐射，并经转化供给大气，从这个意义来说，下垫面是大气的直接热源。 为此，在研究大气热状况时，必须了解地面和大气之间交换热量的方式及地-气系统的辐射差额。 一、地面、大气的辐射和地面有效辐射 地面能吸收太阳短波辐射，同时按其本身的温度不断地向外放射长波辐射。大气对太阳短波辐射几乎是透明的，吸收很少，但对地面的长波辐射却能强烈吸收。 大气也按其本身的温度，向外放射长波辐射。通过长波辐射，地面和大气之间，以及大气中气层和气层之间，相互交换热量，并也将热量向宇宙空间散发。 (一)地面和大气辐射的表示 地面和大气都按其本身的温度向外放出辐射能。由于它们不是绝对黑体，运用斯蒂芬-波耳兹曼定律，可写成如下形式 Eg=δσT⁴ (2·18) Ea=δ'σT⁴ (2·19) 式中Eg和Ea分别表示地面和大气的辐射能力，T表示地面和大气的温度，δ和δ'分别称地面和大气的相对辐射率，又称比辐射率。其大小为地面或大气的辐射能力与同一温度下黑体辐射能力的比值，在数值上等于吸收率。 σ为斯—波常数，即5.67×10⁻⁸W/(m²·K⁴)。表示总放射能力与其温度的四次方成正比。 如地面温度为15℃，以δ=0.9，则可算Eg=0.9×5.67×10⁻⁸×(288)⁴=346.7W/m2 同样，当地面温度为15℃，根据维恩定律可算得。λm=C/T=2896/288≈10μm。即该温度下地面最强的辐射能位于波长10μm左右的光谱范围内。维恩定律：温度越高，辐射极大值波长越短。 地面平均温度约为300K，对流层大气的平均温度约为250K，故其热辐射中95%以上的能量集中在3—120μm的波长范围内(属于肉眼不能直接看见的红外辐射)。其辐射能最大段波长在10—15μm范围内，所以我们把地面和大气的辐射称为长波辐射。 (二)地面和大气长波辐射的特点 1.大气对长波辐射的吸收 大气对长波辐射的吸收非常强烈，吸收作用不仅与吸收物质及其分布有关，而且还与大气的温度、压强等有关。 大气中对长波辐射的吸收起重要作用的成分有水汽、液态水、二氧化碳和臭氧等。它们对长波辐射的吸收同样具有选择性。 图2·12描绘了整个大气对长波辐射的放射与透射光谱。由图看出，大气在整个长波段，除8—12μm一段外，其余的透射率近于零，即吸收率为1.8—12μm处吸收率最小，透明度最大，称为“大气窗口”。臭氧可吸收远红外，水汽和CO₂可吸收远红外、超远红外。 这个波段的辐射，正好位于地面辐射能力最强处，所以地面辐射有20%的能量透过这一窗口射向宇宙空间。 在这一窗口中9.6μm附近有一狭窄的臭氧吸收带，对于地面放射的14μm以上的远红外辐射，几乎能全部吸收，故此带可以看成近于黑体。 水汽对长波辐射的吸收最为显著，除8—12μm波段的辐射外，其它波段都能吸收。并以6μm附近和24μm以上波段的吸收能力最强。 液态水对长波辐射的吸收性质与水汽相仿，只是作用更强一些，厚度大的云层表面可当作黑体表面。 二氧化碳有两个吸收带，中心分别位于4.3μm和14.7μm。第一个吸收带位于温度为200—300K绝对黑体的放射能量曲线的末端，其作用不大，第二个吸收带从12.9—17.1μm，比较重要。 典例（2020浙江卷) 氧化亚氮(N₂O)在百年尺度内的增温效应是等量二氧化碳的近300倍。农田是氧化亚氮的第一大排放源。完成10、11题。 10.氧化亚氮具有增温效应,主要是因为 A.大气辐射总量增加 B.大气吸收作用增强 C.地面辐射总量增加 D.地面反射作用增强 11.农田排放的氧化亚氮,主要来源于 A.作物生长时的排放 B.大气中氮气的转化 C.秸秆燃烧时的产生 D.生产中氮肥的施用 答案：10.B 【解析】本题主要考查大气的受热原理、农业生产对地理环境的影响。 大气中的温室气体可以强烈吸收地面长波辐射，减少地面长波辐射的散失，从而具有增温效应。 阅读材料可知，氧化亚氮和二氧化碳一样，都属于温室气体，故B选项正确，ACD选项错误。 11.D 【解析】作为植物而言，农作物和其他植被没有本质的区别，因此作物生长时的排放、大气中氮气的转化不足以体现农田是氧化亚氮的第一大排放源； 秸秆燃烧不会产生氧化亚氮，产生的主要是二氧化碳； 农业生产中氮肥如果没有被农作物充分吸收，就会产生氧化亚氮。故D选项正确，ABC选项错误。 2.大气中长波辐射的特点 长波辐射在大气中的传输过程与太阳辐射的传输有很大不同。 第一，太阳辐射中的直接辐射是作为定向的平行辐射进入大气的，而地面和大气辐射是漫射辐射。 第二，太阳辐射