辐射的概念

任何物体都以电磁波的方式向外发射能量， 这种以电磁波传输能量的过程称之辐射。 所传输的能量称辐射能。 宇宙中的任何物体，只要它的温度在绝对零度以上， 都能放射辐射能。太阳、地面、大气等，都是辐射体。

（一）电磁波谱

辐射的波长是指振动位相相同的两相邻点之间距离，其单位常采用微米（/xm)或纳米 (nm)：

1 /nm=10^-4 cm=10^-6 m

1 nm=10^-3 μm=10^-9 m

辐射的波长范围很广，从波长只有百万分之一厘米的宇宙射线， 到长达几千米的无线电波。按其波长的次序排列成一个谱系， 称为电磁波谱。气象学主要研究的是太阳辐射、地面辐射和大气辐射， 它们的波长范围大约在0.15〜120 pm。太阳辐射的主要波长范围在0.15〜4 pm， 其中可见光波长0.39〜0.76 pm之间。地面辐射和大气辐射的主要波长范围为3〜120 pm。 因此气象学中习惯把太阳辐射称为短波辐射，而把地面和大气的辐射称为长波辐射。

（二）辐射的粒子概念

辐射的粒子学说认为，电磁辐射由许多具有一定质量、能量和动量的微粒组成， 这些微粒 称之为量子（光量子）。 每个量子所具有能量（E)与其频率成正比，与其波长成反比，它们之间的关系为：

\(E=h \cdot v\) (1-1)

或 \(E=h \cdot ( \frac {C}{λ } )\)

式中：A为普朗克常数，其值为6.63 * 10^-34J.S (焦耳•秒)。

（三）辐射的基本量度单位

辐射具有能量作用和光学作用，常用两种不同的单位度量。

1.辐射通量（F）

单位时间内通过或到达任意面积上的辐射能量， 称为辐射通量（辐射功率）（radiant flux）。 它可以用来表示某一表面向外放射的、接受的或通过的辐射功率。 若用Q表示辐射能， 设在单位时间ck内通过某一表面的能量为dQ，则

\(F= \frac {dQ}{dt} \)

式中：F为辐射通量，单位J•s^-1或W。

2.辐射通量密度（E）

定义为单位时间内通过单位面积的辐射能，即单位面积的辐射通量， 也即辐射通量密度 (radiant flux density)， 若空间某一面积元dS上的辐射通量为dF，则：

\(E= \frac {dF}{dS} = \frac {d}{dS} \cdot ( \frac{dQ}{dt} \)

式中:E为辐射通量密度，单位为w • m^-2（瓦•米^-2）。

放射体表面所放出的辐射通量密度称为辐射出射度， 简称辐出度(radiant exitance)。

辐射照射到物体表面或者是到达接受面的辐射通量密度称为辐射照度， 简称辐照度(radiant irradiance) 。

3.光通量密度（E1）

单位面积上通过或到达的光通量，称为光通量密度，简称光照度(light intensity)。

\(E1= \frac {dF1}{dS} \)

式中：F1为光通量为光通量密度， 单位为1m • m^-2 (流明•米²)或lx(勒克斯）， 1 lx = 1 lm • m^-2 。