地球大气系统的能量平衡

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1、现代气候学原理内容简介太阳辐射是地气系统中一切物理过程和现象形成的基本能量来源，当太阳辐射穿过大气到达地球表面时将产生一系列的能量再分配；任何物体能量的收支都遵循能量守恒定律，地球、大气和整个地气系统的能量守恒可以用各自的能量平衡方程表达。第三章地球-大气系统的能量平衡（6）3.1能量平衡基本方程3.2辐射平衡的变化特征3.3全球热量平衡3.4能量经向调整3.5辐射加热率和辐射冷却率3.6温室效应3.1能量平衡基本方程B:正值表示地面是热源；负值表示地面是热汇（冷源）。辐射平衡方程.地表面辐射平衡项B：夜间或冬季.大气辐射平衡BA：整层大气的净辐射通量=大气层吸收的短波辐射净通量q′+地

2、面向上长波辐射净通量u+地面和大气层向宇宙空间逸出的长波辐射净通量F。地表长波被大气吸收部分大气向宇宙空间逸出的长波辐射大气逆辐射逸出宇宙空间的大气辐射地---气系统辐射平衡Bs：考虑到地球截获阳光的面积与发射长波辐射的全球表面积之比，全球多年平均而言，地气系统的辐射应保持平衡，大气上界的天文辐射地气系统向宇宙空间的长波放射辐射能量守恒定律具有不同表现形式：动量守恒、质量守恒、热能守恒。热量平衡方程描述地气系统内的热能守恒与转换关系。辐射能向热能的转换是地气系统中一切气象过程的基础。对于地气系统的的能量收支看，包括地球和大气界面上的过量收支，大气本身的能量收支。热量平衡方程热量平衡方程

3、净辐射=地表和大气间感热交换+潜热交换+地表与下层能量交换+地表下能量水平输送陆地表面：年平均：沙漠地区：海洋表面：大气:年平均:地气系统:考虑实际大气中水汽的潜热输送：大气中水汽的储存和释放LA；大气中水汽的水平输送Cv。地气系统：年平均：陆地：全球长期平均：3.2辐射平衡变化规律地表辐射平衡时气候形成主要因子之一，它在很大程度上决定着土壤上层和近地层的温度分布，在计算蒸发速度、冰雪消融，以及辐射雾、辐射霜冻和低温预报等问题上具有重要意义；在解决气团的形成与变性等天气学上的问题也具有很大的意义；在研究流域的水分状况和水域的水文气象特征具有参考价值。地表辐射平衡变化规律夏季晴天辐射平衡各

4、分量的平均日变化曲线那曲辐射平衡具有明显的日变化，通常正值辐射平衡的最大值出现在正午附近，负值出现在夜间，夜间辐射平衡的变化比白天小得多；午后辐射平衡值比午前相应时间稍小一些（午后地表温度增高，有效辐射大于午前有效辐射，午后湍流活动增强，大气混浊度增加，致使入射太阳辐射比午前减小）；图不同地区夏季晴天辐射平衡平均日变化的比较观测资料表明:辐射平衡正负值交替时间通常出现在太阳高度角等于10°-15°之间。G白天，云存在和云量增加，将引起总辐射and有效辐射减少；夜间，云的存在将使有效辐射出现减小趋势。各分量日变化振幅比晴天要小，阴天直接太阳辐射为零，总辐射完全由天空散射辐射构成，阴天大气逆

5、辐射增大，地面射出辐射减小。白天正值辐射平衡随云量增加而减小，但在少云的白天,辐射平衡都比晴天要大?辐射平衡有明显的年变化，夏季极大值，冬季极小值；由冬到夏，辐射平衡增加是由于地表吸收辐射的增大超过有效辐射的增大。辐射平衡有明显的年变化图不同纬度带辐射平衡的年变化在北半球不同地区，辐射平衡最大值出现在6、7月份，最小值在冬季；随纬度增加，辐射平衡年变化振幅逐渐减小，正辐射平衡持续时间减少；洋面的辐射平衡大于陆面辐射平衡?南半球各纬度带的辐射平衡值均比北半球相应纬度带要大一些?。大气辐射平衡变化规律大气辐射平衡由三个分量组成：大气吸收的短波辐射、地面有效辐射、以及长波逸出辐射北半球：大气辐

6、射平衡年总量随纬度的增加，从赤道（-2345MJ.M-2）到25°N（-2093MJ.M-2）绝对值略有减少。然后又开始增加，直到60°N附近绝对值达到最大，在北极地区又减小。就整个北半球而言，大气层辐射平衡值总是负值，其辐射净亏损2512MJ.M-2大气辐射收支净通量总是负值。南半球：大气辐射净亏损由赤道-南极圈附近呈增加，再向南直到南极又开始减小。与北半球相比，南半球（104W.m-2)大气辐射年平均净亏损大于北半球（80W.m-2)。全球各纬度带大气辐射平衡均为负值，其绝对值在两极最小，在南北极圈纬度附近达到最大。经向非对称性绝对值地-气系统系统辐射平衡变化规律地气系统辐射平衡由两

7、部分组成：地气系统上边界所吸收的入射太阳辐射和地气系统通过上边界逸出的长波射出辐射。地气系统辐射平衡有正有负：就年平均而言，中、低纬度一般为正值，其它纬度为负值，就月平均而言，夏季为负值，冬季月份为正值年变化：12月份到3月份，辐射平衡为正值；4月份到8月份辐射平衡为负值。就全球平均而言：指向地气系统的入射太阳辐射与指向宇宙空间的射出长波辐射基本上相等。辐射源过渡带辐射汇由赤道到南北纬10-15的近赤道带内由于大的净辐射平衡成为辐射