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作业一：
1、假定，你的外表面温度为28℃，求你向外发射的辐射能(辐射出射度)。如果你身处一房间内，房间墙壁温度为20℃，求你身体外表接受到的辐射能(辐照度)是多少(假设辐射在空气中的传播过程中没有衰减)。求在这种环境中，你身体损失的辐射能。假设身体表面发射率为0.97，墙壁发射率为1。
解：人体外表温度为28℃，身体表面发射率为0.97时，向外发射的辐射能为： ?1???T4?0.97?5.67?10?8Wm?2K?4??301K??451.5Wm?2 （1）
4房间墙壁温度为20℃，墙壁发射率为1时，身体外表接收到的辐射能为：
?2??T4?5.67?10?8Wm?2K?4??293K??418Wm?2 （2）
??=?1??2?33.5Wm?2 （3）
所以身体损失的辐射能为33.5Wm
2、比较空气温度为0℃时，晴朗天气和完全阴天下空气发射的辐射能。计算阴天的夜晚地面相较晴天额外接收的能量是多少。
解：空气温度为0℃时，晴朗天气的发射率为：
?24?ac?9.2?10?6?2732?0.69 （1）
晴朗天气下空气发射的辐射能L1:
L1??ac?Ta4?0.69?5.67?10?8?2734?217.3Wm?2 （2）
空气温度为0℃时，完全阴天下的发射率为：
?a?(1?0.84)?0.69?0.84?0.95 （3）
阴天下空气发射的辐射能L2：
L2?0.95?5.67?10?8?2734?299.2Wm?2 （4）
阴天的夜晚地面相较晴天额外接收的能量：
?L?L2?L1=81.9Wm?2 （5）
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3、计算在晴天情况下某一片裸露土壤的净辐射通量，已知太阳高度角为15o，海拔高度1200m，空气温度18℃，土壤表面温度22℃，土壤反照率设为0.15，土壤长波发射率为0.98。 解：根据公式
Rn?S??S??L??L??St?Sr?Li?Le?(1??s)(Sb?Sd)??s(Li??Ts4)
m?pa=101.3×exp(-1200/8200)/(101.3×cos(75o))=3.34 （1）
101.3cos?其中 75o为天顶角
Sp?Sp0?m=1368×0.73.34=415.64Wm?2 （2）
直接辐射：
Sb?Spcos?=415.64×cos(75 o)=107.58 Wm?2 （3）
散射辐射：Sd?0.3(1??)Sp0cos?=0.3（1-0.73.34）×1368×cos(75 o)=73.95Wm （4）
?62天空晴天发射率：?a?9.2?10?291?0.78 （5）
m?2晴天大气发射辐射：Li??a?Ta?0.78?5.67?10?291?316.73Wm （6） 所以，晴天情况下某一片裸露土壤的净辐射通量
4?84?2Rn?(1??s)(Sb?Sd)??s(Li??Ts4)=(1?0.15)(107.58?73.95)?0.98(316.73?429.41) （7） =43.87Wm?24、假定春小麦开花所需要的大于3℃以上积温为900℃?d。如果春小麦是正常在第119日（日序数）种植，请根据下表中的天气数据预报春小麦的开花日期。如果种植日期延误到第150日，判断开花期会推迟到哪一天？（下表中，Tx指最高温，Tn指最低温） 解：在计算积温时，一般都采用日平均气温来计算
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D??Td?Ttd?0n??Tt?Td?To
此处Tt=3℃，Td为日平均气温
在EXCEL中进行计算，只取Td大于等于3的温度计算，
计算得：当D?900℃?d时，对应的天数分别为第201天和215天， 所以：当春小麦在第119天种植时，开花日期大概在第201天； 当春小麦在第150天种植时，开花日期大概在第215天。
作业二：
1、干湿表测得的空气温度为34℃，湿球温度为22℃。求空气的实际水汽压、水汽摩尔比、
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露点温度、相对湿度和饱和差。海拔高度为1200m。 解：大气压：pa?101.3exp???A???1200?=101.3exp???=87.51(kPa) （1）
?8200??8200?空气温度为34℃时的饱和水汽压为：
?bTa??17.502?34?es(Ta)?aexp???0.611?exp???5.32(kPa) （2）
?34?240.97??Ta?c?湿球温度为22℃时的饱和水汽压为：
?bTw??17.502?22?es(Tw)?aexp??0.611?exp????2.64(kPa) （3）
T?c22?240.97???w?空气的实际水汽压：
ea?es(Tw)??pa(Ta?Tw)?2.64?6.67?10?4?87.51(34?22)?1.94(kPa) （4）
水汽摩尔比：Ca?ea1.94??0.022(mol/mol) （5） pa87.51露点温度：Td?cln(eaa)240.97ln(1.94/0.611)??17.03(?C) （6）
b?ln(eaa)17.502?ln(1.94/0.611)ea1.94??0.36 （7）
es(Ta)5.32相对湿度：hr?饱和差：D?es(Ta)?ea?5.32?1.94?3.38(kPa) （8） 2、 单位换算：将空气定压比热cp（29.3 J mol-1 K-1）换算为单位J kg-1℃-1表示的值，将
汽化潜热λ（ 44 kJ mol-1 ）换算为单位J kg-1表示的值。 解：
29.3Jmol?1K?1?1?1?1?1cp?29.3JmolK??1011.4JkgK?1011.4Jkg?C28.97?10?3kgmol?1?1?1
28.97?10?3为空气的摩尔质量；
44000Jmol?1?16?1 ??44kJmol??2441731Jkg?2.44?10Jkg?3?118.02?10kgmol?1随意编辑
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18.02?10?3为水的摩尔质量。
3、你决定在一个0.1m3的容器内标定一个相对湿度传感器(相对湿度0.5)，假定没有水汽被容器壁吸收，在容器内空气温度分别为10℃和40℃情况下，你需要向容器中注入多少的水汽才能满足标定的要求。
解：当容器内空气温度为10℃时，为标定传感器，容器内的实际水汽压是：
ea?hr?es(10) （1）
可以计算10℃时的空气饱和水汽压：
?bTa??17.502?10?es(Ta)?aexp??0.611?exp????1.23(kPa) （2）
?10?240.97??Ta?c?则实际水汽压为：
ea = 0.5 × 1.23 = 0.62 (kPa) ＝620 (Pa) （3）
根据普适气体状态方程eaV?nvRT有： nv?eaV620?0.1??0.026(mol) （4） RT8.31?(273?10)nv为容器中应该有的水汽摩尔数量，换算为质量单位，则为
mv = nv × M = 0.026 × 18.02 = 0.47 (g) （5）
即，当容器内温度为10℃，应注入0.47g的水才能满足仪器标定的要求 当容器内空气温度为40℃时，为标定传感器，容器内的实际水汽压必须是：
ea?hr?es(40) （6）
可以计算40℃时的空气饱和水汽压：
?bTa??17.502?40?es(Ta)?aexp??0.611?exp????7.38(kPa) （7）
T?c40?240.97???a?则容器内的实际水汽压应该为
ea = 0.5 × 7.38 = 3.69 (kPa) ＝3690 (Pa) （8）
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陆地表层系统野外实验原理与方法
