上课,同学们好,请坐。在上课之前,老师想问大家一个问题,你们觉得大气受热,它的能量来自于哪里呢?大气为什么会有热量?有同学说来自于太阳,对不对?为什么啊?他认为有太阳的白天比没有太阳的夜晚温度要高。这么来看的话,好像确实没毛病。
那老师要追问一下了,如果大气受热的能量来自于太阳,那大家知道一天当中太阳辐射最强的是正午12点,但是一天中气温最高值在不在中午12点?不在,对不对?一般在午后2点左右,对吧?这是为什么呢?一天当中的最高气温值为什么不是在正午12点?带着这个疑问,我们开始今天的学习——大气的受热过程。
好,首先我们请大家了解一个基本的概念,就是辐射。大家知道什么是辐射吗?物理当中应该学过,对不对?辐射是什么?非常好,我听到有同学已经说出来了,辐射的本质是电磁波。你在不在发出辐射?我在不在发出辐射?都在,对不对?也就是说,它是物体向外发射能量的一种普遍形式,而且物体的温度越高,辐射就会越强。
温度越高,电磁波的波长是越长还是越短呢?会越短。比如太阳辐射,太阳的温度高不高?很高,对不对?所以太阳辐射是短波辐射。大家还记不记得第一章当中我们学习太阳辐射对地球的影响时,对太阳辐射的波长有一定的学习?它由三部分组成,还记得吗?可见光的区域大概在哪?大概在0.4 - 0.76微米之间,这是我们的可见光。0.4微米以下就是波长比较短的,很好,是紫外线区;而0.76微米以上就是波长比较长的,非常好,是红外线区。这是太阳辐射的一个具体分布。
好,大家稍微了解一下。和太阳相比,我们所生活的地面,我们所感知到的大气,它们的温度比较低,对不对?所以它们所发出来的辐射就会比较弱,波长比较长,也就是我们说的长波辐射。为什么我们单单把太阳、地面、大气这三个拎出来呢?那是因为它们是大气受热过程当中的三个主力军。
接下来我们结合示意图来一起分析一下大气的受热过程。这是地面,这是大气上界。大气上界和地面之间就是大气层,以上就是宇宙空间了。
我们都知道万物生长靠什么?万物生长靠太阳,对不对?太阳以太阳辐射的形式源源不断地向地球传递热量,但是它能不能直接到达地面呢?这可不是一件轻松的事情,它需要穿过厚厚的大气层。对于大气层来说,太阳辐射就像一个不速之客,所以它会受到层层防御。
首先,大气层对太阳辐射有第一个作用,就是反射作用。这个反射作用就像无差别攻击一样,平等地攻击太阳辐射当中的每一种光、每一种波长的光,也就是它没有选择性。起反射作用的主要是谁呢?主要是大气当中的云层和尘埃,它们是主力军。
现在同学们能不能解释为什么夏天的时候我们会更喜欢多云天气?因为这个时候依然会比较凉爽,对吧?为什么更凉爽呢?很好,其实就是由于云层的反射作用。云层越厚,太阳辐射被反射的就会越多,能够到达地面的就越少,我们就会感觉更凉爽。
除了反射作用之外,大气还有第二种作用来对付太阳辐射,就是吸收。吸收作用和反射不太一样,它可不是什么都吸收,它是有选择性的,是“挑食”的。主要是谁在“挑食”,起到吸收作用呢?主要是空气中的水汽和二氧化碳。它们喜欢“吃”谁呢?它们主要喜欢“吃”太阳辐射当中波长比较长的部分,比如说红外线。
除了吸收之外,大气还有最后一个重要的武器——散射。散射和反射一样,它也是具有选择性的。它和吸收不一样,它比较喜欢可见光当中波长比较短的部分。赤橙黄绿蓝靛紫,波长比较短的光是什么光?主要是蓝紫光。现在同学们能不能解释一下,为什么晴朗的天气天空总是呈现蔚蓝色?很好,大家能够学以致用了。其实就是散射了蓝紫光,所以天空总是蔚蓝色的。
这三种作用,我们就把它称为大气的削弱作用。抵抗归抵抗,终究还是有一部分太阳辐射能够到达地面。大家猜一下还有多少能够到达地面?差不多大概一半左右被消耗了,大概还有47%的太阳辐射能够到达地面,对地面进行加热,这就是大气受热的第一步——太阳暖大地。
