内容发布更新时间 : 2024/5/6 20:58:46星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

一、热量平衡过程

假设射入大气圈的能量为100个单位 云层反射20个单位，大气散射返回宇宙空间6个单位，地面反射4个单位，地气系统共反射30个单位。 被大气吸收了16个，云滴吸收了3个，二者共吸收了19个单位。 地面吸收总辐射51个单位。

? 地面因吸收总辐射而增温。根据全球年平均地面温度，其射出长波辐射能量相当于117个单位，其

中进入大气圈的有111个单位被大气吸收，只有6个单位透过大气窗口进入宇宙空间。 ? 大气吸收了19个单位的太阳辐射和111个地面长波辐射而增温。然后进行长波辐射，射向地面的辐

射(称为大气逆辐射)为96个单位，射向宇宙空间为64个单位。 ? 大气总共吸收（太阳19＋地面长波辐射111）130个单位。 ? 大气总共支出（射向地面96＋射向宇宙空间64）160个单位 ? 全球大气的年平均辐射差额为负--30个单位亏损的能量，由地面向大气输送的潜热23个单位和显热

7个单位来补充，以维持大气的能量平衡。

大气收：太阳19＋地面长波辐射111＋潜热23＋显热7＝160 支：射向地面96＋射向宇宙空间64＝160

地面收：太阳辐射51个＋大气逆辐射96个＝147

支：进入大气111＋进入宇宙6＋潜热23＋显热7 ＝147 宇宙空间(大气上界)进：100

出：云反射20＋大气散射6＋地面反射4＋地面长波辐射6＋大气(和云)长波辐射64＝100 大气圈顶太阳辐射时空分布的特点

? 全年日辐射总量低纬大于高纬, 季节变化低纬小于高纬。 ? 日辐射总量夏季大于冬季，其纬向梯度冬季大于夏季。

? 春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向两极递减，极点为零。

? 夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减，南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最大。 ? 冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减，北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最大。 辐射差额(又称净辐射或辐射平衡)

? 地面辐射差额：地面吸收的辐射与放出的辐射之差 =地面太阳总辐射-地面有效辐射

? 大气辐射差额：大气吸收的辐射与放出的辐射之差

=大气吸收的太阳辐射和地面辐射-（大气逆辐射+大气逸出辐射）

? 地气系统辐射差额：地面和大气系统吸收与放出辐射之差 =地面与大气吸收的太阳辐射-地面和大气逸出辐射 地面辐射差额的分布特征

? 地面辐射差额随纬度的增加而减少，在全球大部分地区为正值；

? 相同的纬度，海洋上地面辐射差额大于陆地，最大值出现在热带的海洋； ? 陆地上极大值出现在近赤道的南美、非洲和印度尼西亚的热带雨林区； ? 极小值出现在副热带的沙漠地区。 地气系统辐射差额分布特征

? 南北纬35°大体处于能量输入和输出的平衡点，净辐射为零；

? 在赤道附近的低纬地区，能量的输入大于输出，年平均净辐射为正，为热源； ? 在极地附近的高纬地区，能量的输入小于输出，年平均净辐射为负，为热汇； ? 海洋区域吸收的能量比陆地多，海洋是热源，陆地是热汇。 地面与大气热量平衡

? 地面辐射差额和大气辐射差额与潜热、显热等的热量传输相平衡。

? 潜热：地面与大气之间由于水的相变而进行的热量交换，主要决定于两个因素：一是地面风速，二

是地气水汽压差。

? 显热：地面与大气温度不同而进行的热量交换，也主要决定于两个因素：一是地面风速，二是温度

差。

海陆与大气热量交换的差异

海洋提供给大气的 年平均潜热为293.08×103J/cm2a 年平均显热为50.24×103J/cm2a

大陆提供给大气的 年平均潜热为104.67×103J/cm2a 年平均显热为104.67×103J/cm2a 总体上来讲，

海洋提供给大气的热量更多，且以潜热为主

辐射差额无论冬夏都是海洋上最大--传给大气的热量也多 1月份显热（直接提供给空气增温的热量）海洋也是最大的 1月份潜热（因蒸发提供给大气增温的热量）海洋也是最大的 说明1月份海洋是大气的热源，陆地是冷源。

7月份显热、潜热最小（但是此时海洋辐射差额最大），这时 ，7月海洋是大气的冷源，大陆是热源。 二、温度

? 温度是描述物体冷热程度的物理量。实质上是分子平均动能的表现。物体获得热量时，气温升高，

失去热量时气温降低。

? 有三种温标用于度量物体温度的高低:

绝对温度(Kelvin)，摄氏温度(Celsius)和华氏温度(Fahrenheit)。

? 华氏温度早在1700年由G.Daniel Fahrenheit 提出，他把当时用冰和盐水混合所得到的最低温度定为

0 度，水结冰的温度为 32 度，水沸腾的温度为 212 度。这样，从水的冰点到沸点均匀地划分180份。

温度的换算

? 摄氏温度是18世纪提出来的，它把水的冰点定为0度，沸点定为100度。

? 绝对温度是从热力学的研究中导出来的，Kelvin 提出在分子热运动完全停止时物体的温度应该是

–273.150 C , 这应该是绝对的0度。

0C?50F?329 0K?C?273.15

一个最简单的地球表面温度模型

? 地球围绕太阳运行，它一面吸收太阳辐射，一面以它自身的温度向宇宙空间发射辐射。其热量平衡

关系应当有

其中S0 为太阳常数，T 为辐射平衡温度，? 为地球大气系统对太阳辐射的反射率 S0 = 1376 w/m2 , ?= 0.3

?? 可得T=255K（ -180C）它远低于地球表面的实际平均温度 150C 问题出在那里呢？

?= 0? 此时T=279K（ 60C）,仍然偏低。 大气的温室效应必不可少！

?S0?1????14T ???4?? ?大气的垂直温度分布

? 为什么大气温度随高度会有现在这样的变化？这是一个需要想清楚的问题。 ? 如果没有特殊原因，大气温度也应该随高度单调递减。但现在有些层次温度是上升的，必须有热源。

在平流层温度升高是臭氧的吸收，在热层是氧分子的吸收。

地表温度的区域和季节变化

以上所讲的主要是全球的年平均温度。由于地球自转轴的倾斜、各个纬度太阳光入射角和日照时间的不同，地球各纬度的地面温度不同，并有季节变化。

1月气温分布

? 等温线大致呈纬向分布，南半球比北半球规则，气温从赤道向高纬递减；

? 海陆分布影响气温分布：北半球洋面气温高于同纬度陆地，南半球洋面气温低于同纬度陆地； ? 暖、冷洋流影响沿岸的气温分布； ? 极端低温中心：西伯利亚和格陵兰岛； ? 极端高温中心：澳大利亚中西部沙漠。 7月气温分布

? 等温线大致呈纬向分布，南半球较为规则；北半球南北温差减小；

? 海陆分布影响显著：北半球陆地气温高于同纬度洋面，南半球陆地气温低于同纬度的洋面； ? 北半球暖洋流的影响减弱，南半球冷洋流的影响明显； ? 极端低温中心：南极洲； ? 极端高温中心：撒哈拉沙漠。 地面温度变化与地面热量收支

地面温度变化与地面热量收支示意图 1．地面温度日变化曲线； 2．地面热量支出日变化曲线； 3．地面热量收入日变化曲线。

Tm：地面最低温度；TM：地面最高温度

一天中地面最高温度、地 面最低温度出现在地面热 量收支相抵（平衡）的时刻。

对于北半球而言,一年中 地面最热月温度，一般出现在７月或８月，地面最冷月温度一般出现在１月或２月。

夜间冷却

? 辐射降温

? 辐射逆温层 静风 晴空 长夜 可达100m

空气的温度高低实质是空气分子运动快慢（内能）的表现，所以空气既可以通过与外部的能量交换而升高或降低温度-气温的非绝热变化，也可以通过做功而变化--气温的绝热变化。 1CpdT?dP?dQ ?山地气候分布

一座高山从下到上拥有不同的气候,山下湿润温暖,山上干燥寒冷,就象从热带到极地的气候分布一样。所以,有人把喜马拉雅山成为地球的第三极。 外界强迫导致辐射收支不平衡

? 如果收支不平衡，事情会怎样呢？

? 就地球大气系统整体而言，如果大气上界进入的能量增加了，地球大气系统要增温，反之要降温。 ? 近来，很多讨论集中于人类活动对气候的影响。也即讨论由于人类活动引起某种因子有变化，例如

CO2的浓度增加了，或气溶胶的浓度增加了，它会对全球气候产生什么影响。这时，常常引用辐射强迫这个名词。

温室气体增加

? 讨论辐射强迫时先要确定一个参考时间，常用工业革命之前（1750年），假定这时候人类活动对自

然界的影响不大，大气能量收支处于平衡状态。而现在CO2增加了，它增加了对地面发射的长波辐射的吸收，从而减少了大气顶部向外辐射的长波辐射，因此使地面要增温。这是一个正的辐射强迫。 ? 气候模式计算表明，由于CO2浓度倍增，即比工业革命之前的浓度增加一倍（280 – 560ppm），大气

顶出射的长波辐射要减少4w/m2，即辐射强迫为正的4w/m2。

从1750 – 2000年，CO2变化从280 – 365ppm，辐射强迫约1.5w/m2。

? 现在我们已经知道，许多温室气体的增加（CO2, H2O, CH4, N2O等）都有正的辐射强迫。 云对辐射的制约

地气系统的辐射通量在很大程度上受到云的制约。云反射短波辐射，吸收长波辐射，在地球系统中可以产生正、负两种反馈，净效果难以预料。