海表面热通量3

海气热通量驱动海洋的主要能量来自太阳的太阳辐射。海洋如何吸收来自太阳的能量?海洋中热量收支平衡状态能达到吗？问题:a)辐射谱10510410310210110-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-1110-12Long-waveradioStandardAMradio

Short-waveradioMicrowavesInfraredUltravioletX-raysGammaraysRedRangeYellowGreenBlueViolet49%7%43%Wavelength(m)太阳波的波长:0.2-4m（微米，10－6m）b)太阳常数定义:太阳常数S

是地球平均半径处接受到的来自太阳的平均能通量REarthSun问题:单位时间内地球表面单位面积接受到多少太阳能量的平均值？断面面积:断面上接受到来自太阳总能量:2)地球表面面积:单位时间内地球表面单位面积接受到多少太阳能量的平均值:考虑到地球表面位置，3)地球的反射率定义:反射率

是太阳辐射的反射或散射率.考虑入射的太阳辐射是S/4，它以的比率反射,

那么被地球实际接受的平均能通量等于随云量、冰和雪的覆盖率而变:注意:冰和雪的覆盖率的作用与云相似在实际的海洋上:

January(clearskyalbedo)Januaryalbedo(withcloud)Augustalbedo(withcloud)温室效应如果我们考虑30%的反射率,单位时间内内平方米面积仍能接受到1kW的能量!当入射太阳能与反射和辐射出去的能量平衡时，加的热过程必须被终止：达到一个平衡态.如生活在微波炉内!问题:地球上太阳能如何被平衡?例1:赤裸的地球(无云覆盖)Earth设T是地球表面温度，E是单位时间内从地球辐射出去的能量值,那么其中是Stenfan-Boltman常数,它等于

5.7×10-8W/m2K4平衡态:设T225K=-18oC如果我们考虑纬度的变化，我们得到太冷了!例2:被云覆盖地球EarthTcloudTc设e是被云吸收的辐射部分,我们可得到云层内侧和外侧能量平衡方程a)外侧:

b)内侧:(a)加(b)得到:当e=1(来自地球的长波辐射完全被云吸收),因此,云的作用象一个温室，保持地球的能量!海洋的热平衡Qs

QbQhQeQvQs:来自太阳辐射的短波能量(短波辐射)Qb:净的海洋长波回辐射能量(长波辐射);Qe:由蒸发引起的能量损失(潜热通量);Qh:由传导产生的感热损失;Qv:海洋热量输送(对流和平流)设Q为海洋净的热通量,假设没有全球变暖趋势,对长期平均,对短期，海洋净热通量日变化随太阳辐射日变化而变化,等等,etc.问题:

控制热通量的物理过程是什么?Qs:短波辐射(单位:W/m2)观测结果:只有51%的太阳短波辐射能量能到达海洋表面:51%CloudlayerTcSeasurface海表面吸收的总能量：影响Qs的因素：

白天长短:随季节和地理纬度变化;

大气的吸收(气体分子,尘土,水汽);

云的作用:通过云的辐射和散射，减少了到达海表面的平均能量例1:

a)b)Qs短的路径最小的吸收长的路径大的吸收Qs例2:经验方程:

c:天空中云的比例,由八分制估算.如果天空完全被云覆盖,c=8,在实际海洋,Qs的分布随纬度而变化.年平均值为:AnnuallyaveragedQs(W/m2)问题:

为什么大陆上的Qs比海洋上的大？晴朗天空进入的太阳辐射(100单位)散射回太空(-7单位)被水汽和CO2在低层大气吸收(-13单位)

被云反射回太空(-45单位)云中吸收(-10单位)80单位25单位Qb:净的长波辐射所有绝对温度大于0的物体都能发射辐射。辐射的强度依赖于物体的温度：物体的温度高辐射强。当物体的温度变高时，辐射谱趋向短波.在实际海洋中,海表面能量的发射由海表面温度Ts黑体估算。净向上的长波通量Qb海洋和大气长波辐射制差，即:Ts:海表面水体温度Ta:海表面大气温度:Stenfan’sconstantTaTsSeaAirSeasurface一般证据:Qb~50W/m2;当云层覆盖变大时,Qb增大。然后,对冰Qb

变化不大;Qb

日变化和季节变化都不大，因为在这个时间尺度上海温和海洋上相对比湿均变化不大。

赤道whitewhiteblack大小Qs在高纬度小、低纬度大

Qb:随纬度变化不大Qh:感热损失1)水比大气密度大得多因此,如果仅考虑密度交界面，海气界面非常稳定然后，大的温差会引起高温一方向低温一方能量传输。这样一个从海洋的热通量叫感热损失，或由传导产生的热量损失。两个传导过程:1)分子热量传导;2)涡动（湍流）扩散对分子情形:k:热量的分子传导率;cp:恒定压力下大气比热T/z:海表面气温梯度对涡动情况:例:

Ta(high)(low)海洋获得热量seasurfaceTa(low)high海洋失去热量seasurfacea)b)Qe:由蒸发产生的热量损失（感热通量)感热通量可由下式估算在实际海洋中,控制Qe的两个主要因子：1)海气温差;2)风速.为了精确计算Qe

和Qh必须强调几个关键问题：在靠近海面大气边界层中不同的稳定和不稳定条件下，正确确定u*；正确计算海表面出的海气温差；计算降水对海表面冷却的贡献问题1):u*依赖于海表面粗粗度和风速。如何计算粗糙度和考虑对流速度？问题2):大气温度是在气象浮标和船上某个高于海面的高度上测量，如何确定真实的海气界面温差？问题3):真实的海气界面温差受易受降水影响。强降水经常伴随大气锋面过境，如何确定海表面冷却的贡献？观测依据:

因为西边界暖流的存在和冬季大的温度梯度，最大的Qe

发生在大洋的西部和冬季。在西北太平洋中纬度，Qe

大约为145W/m2。在西大西洋,Qe

大约为195W/m2;c)Qe

和Qh

一般在风暴经过期间比较大.ThePacificOceanQhQeLargeQeSmallQelossgainQe

和Qh之间关系在实际海洋中