地表热量平衡

1、地表热量平衡第1页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第一节 热量平衡方程 R=LE+H+Qs+StR：地表净辐射通量LE：蒸发潜热H：地表与大气间的湍流热通量，即感热通量Qs：地表向下的热通量St：地表面与生物、物理、化学过程有关的能l量通量第2页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第二节 感热通量 感热：地表与大气间的湍流热通量，由地面与大气之间的温差造成的。 其中为空气密度，cp为空气定压比热，kT为湍流热交换系数。如令下垫面高度为：z=0，积分后则为：其中D为外扩散参数。 第3页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二热量平衡法，

2、也可以求得，即：整体空气动力学法：第4页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二地表与大气之间感热输送的特点 1）无论是陆面或洋面，感热交换结果是由地表面向大气输送能量，在大陆上感热输送平均由高纬向低纬增加，干旱和潮湿地区差异很大，最大值出现在热带的沙漠地区。2）感热输送随气侯湿润程度的增加而减小。3）洋面上最大的感热输送发生在北半球的大洋的西部和北部海区。在赤道附近较小。4）我国年平均感热通量分布呈北高南低分布。塔里木盆地和内蒙古高原为高值区，这里干旱、少云、多日照。低值区出现在四川、贵州一带。 第5页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第三节 潜热通量潜

3、热：地表蒸发时液态水气化所吸收的热量，它通过在大气中凝结液态水而向大气释放热量。 L为蒸发潜热，kg为水汽交换系数，当空气未饱和时，LE可写牛顿形式： 引入鲍文比 第6页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第7页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二地面与大气之间的潜热输送的特点1）在海陆分界处，洋面和陆面的潜热输送相差很大。这是由于大陆和海洋上净辐射的不同引起的蒸发力不同；大陆上由于地表水分的限制，制约了潜热的输送。2）大陆表面的潜热输送具有明显的非带状分布特征。在充分湿润地区，潜热输送随净辐射自高纬向赤道增大而增大；在干旱地区，潜热输送随干旱程度的增加

4、而减少。3）大洋上潜热输送年总量的分布与洋面净辐射的分布基本相似。随纬度上升而下降，暖流所经处使潜热明显加大，而冷洋流作用的地区，潜热输送偏低。使潜热输送的带状分布特征遭到破坏。4）我国年平均潜热输送通量等值线基本呈纬向分布，由南向北递减。这是因为南方较北方潮湿，且温度较北方高；低值中心在塔里木盆地。第8页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第四节 土壤热通量土壤热通量：地表土壤与下层土壤间热传导的热量通量。为土壤导热率，c为土壤比热，k为土壤导温率。我国热平衡占采用各时段年内不同深度土壤温度差的关系计算：第9页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二Cw土

5、壤容积热容量，t为时间间隔。k为土壤导温系数。S1为各深度温度分布特征函数，S2为1020cm处土壤温度变化的特征函数。第10页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第五节 冷热源如果地表有热量向大气输送，称这个地区为地面热源，反之地表从大气得到热量，称这个地区为冷源（热汇）。我国冷热源分布与气候的关系冬季：热源呈现南高北低的特点，零等值线在4048N之间，北部由于地表积雪反射率增大为冷源；南部为热源，四川盆地的云雾和阴雨较多，出现大低值中心；青藏高原的东南部旱季辐射加热作用较强，为热源；高原的主体部分也为热源区。 第11页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星

6、期二夏季：两大高值区分别位于内蒙古高原和淮河以南的整个东南和华南沿海地区。低值区位于滇西南及青藏高原主体部分；另一低值区位于山东半岛。内蒙高原的强大的热源是该地区很强的太阳辐射作用所造成的，而东南沿海高值区则是副高影响的结果，滇西南低值区是由于西南季风影响下的雨带造成的；青藏高原南部的高值区是由于夜雨造成的。第12页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二第六节 全球热量平衡1.地气系统热量径向输送的特点(1)两半球30之间的辐射过剩，中高纬地区辐射不足，低纬地区的过剩与中高纬地区的不足相抵，整个地区保持辐射平衡状态。(2)低纬地区的过剩与中高纬地区的辐射不足将使赤道与极地间的

7、梯度加大，产生具有某些能量调节机制，从低纬向高纬进行能量的水平输送。(3)在纬度3040之间的能量输送最大，从低纬度向高纬度输送的所有能量都必须经过这里。因此在中纬度地区平均说来，风速最大，出现剧烈的天气系统。（4）地纬向高纬总能量输送包括三部分：潜热输送、海洋输送和大气输送（感热）。第13页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二2. 南北半球热量径向输送的差异(1)通过中纬度和热带地区的潜热输送，南半球比北半球大。 (2)通过热带和副热带的海洋输送，北半球比南半球大得多。 (3)由于南半球Hadley环流比北半球更为强大，使得通过热带的大气输送在南半球远大于北半球。 (4)主要由大型涡旋通过中纬度的大气输送，在南半球较弱，南半球能量输送更多的是以潜热输送的形式进行。(5)南半球的净辐射略有盈余，辐射盈余对赤道以北的影响主要表现在海洋上，跨越赤道向北输送的巨大的潜热量主要由反向流动的大气输送来实现。 第14页，共17页，2022年，5月20日，11点20分，星期二假定到达大气上界的太阳辐射为100。经大气、云的吸收，反射和地面反射，被地球吸收的只有51（长波辐射为21，潜热输送为23，感热输送为7）。被云、大气反射回太空的为30被大气中水汽、尘埃、臭氧、云吸收的为19地面反射的能量为51（大气吸收为45，透过大气射向太空的为6）所以共吸收的量