大气科学概论课件第十三：辐射5

1、6.5地面辐射的差额和能量平衡，地面和大气通过辐射进行热交换，其能量的收支情况是由短波辐射和长波辐射收支的总和决定的。 物体收入的放射能和支出的放射能的差叫做放射差。 辐射差=收入辐射-支出辐射用其他方式进行热交换时，辐射差决定物体的温度变化：辐射差大于零，物体升温的辐射差小于零，物体冷却的辐射差为零时，物体的温度不变。 6.5.1地面辐射的差异，地面在吸收太阳总辐射和大气反辐射获得能量的同时，在其自身温度下不断向外辐射而失去能量。 从地面收入放射能减去支出放射能的放射能的差称为地面放射差FB。 式中，SA为太阳直接辐射，SD为到达地面的散射辐射，SG为地面总辐射，rs为地面短波反射率、地面红

2、外辐射吸收率。 影响太阳总辐射和地面有效辐射的因素都影响FB。 白天，总辐射发挥主要作用夜间，地面有效辐射发挥主要作用。 放射差的日变化：放射差在夜间为负，白天为正。 从负向正转变的时刻一般在日出1小时后，从正向负转变的时刻在日落的11.5小时前。 图为辐射差的日变化情况。 地面辐射差额的年变化：地面辐射差额的年变化因纬度而异：纬度越低，辐射差额为正月份越多，纬度越高，辐射差额为正月份越少，p50图显示不同纬度辐射差额的年变化，6.5.2地面能量平衡， 地面表面除辐射产生的能量收支外，地表的净能量通量用Hal表示， RS是净短波辐射通量，Rl是净长波辐射通量，HS是地表热敏通量，He是地表潜热

3、通量，Hm是流入土壤深层的热量。 如果变成Hal0，地表得到能量，温度上升。如果变成Hal0，地表失去能量，温度下降。如果Hal=0，地表的能量平衡，温度不变。 地表温度可以用Hal修正，方法有土壤绝热法、佟项强制法、感热相关法、辐射相关法、土壤模型法等，参照本p51。 由于海洋和陆地的热性质不同，地表能量平衡条件下温度变化不同：陆地热容量小，陆地气温变化大，海洋热容量大，海水流动，海洋白天和夏天储存太阳能，晚上和冬天放出储存的热量，所以海洋的气温变化不大。 海陆的不同是白天陆地的气温比邻海高，夜间相反的夏天陆地的气温比邻海高，冬天则相反。 海陆分布对流层级温度梯度的季节性转换是引起大规模季风

4、环流的主要原因之一。 6.5.3气温的日变化，白天的大气以辐射、分子运动、湍流及对流运动和潜热输送等方式传热，与此相伴，使大气温度上升的夜间地表面因放射长波辐射而冷却，与此相伴，边界层的大气温度也降低，引起大气温度的日变化。 气温的日变化通常包括极值出现的时间和日差的变化。 一天有最高值，在晚上14点左右出现，有最低值，在日出前后出现。 (为什么中午不出现？ 地上的最高值由地上储藏能量的多少决定，地上的收入超过支出，收入低于支出的时间是下午1点左右，也就是地上的温度最高，传到大气中需要一定的延迟时间，所以最高气温会在14点左右出现。 一天的气温最高值和最低值的差被称为气温的日差，其大小反映了气

5、温的日变化程度。 气温的日差随纬度变化：热带12、温带89、极地34。6.5.4气温的年变化、气温的年变化也包括极值出现的时间和日差的变化：在地球上大部分地区，一年中月平均气温有最高值和最低值。 陆地最高为7月，最低1月海最高为8月，最低2月赤道有2个高度，分别为春秋分和夏至，气温的变化取决于地面的热平衡状况，而太阳赤纬和昼夜的长度，是影响地面热平衡的主要因素：从春分到夏至，太阳赤纬逐渐增高，昼夜从夏至秋分，太阳赤纬逐渐下降，白天比夜晚长也逐渐减少，虽然地上的热量收入比支出大幅减少，但热量收入仍然比支出大，地上的温度还在上升。 一到大暑，地上的热平衡，温度上升到最高，不再增加。 从大暑到秋分，

6、地上的热收入比支出小，温度开始下降。 从秋分到冬至，太阳赤纬持续下降，白天比夜晚短，但地上的热支出比收入大，温度持续下降。 到了大寒，地面热平衡，温度不下降，达到最低值。 据悉，在北半球的中纬度地区，最热的日子是大暑，最冷的日子是大寒。 一年中的月平均气温的最高值和最低值的差叫做气温年差。 气温年差的大小与纬度、地表性质等因素有关。 图：气温年差从低纬向高纬增加，同纬度、陆地年差远大于海洋。 气温除了周期变化以外，还有非周期变化。 6.6地气系统的能量平衡需要知道作为地气系统整体的年平均能量平衡，以了解地气系统在长时间内如何维持平衡状态。 下图显示了整个地气系统的能量平衡方框图：图中的数字是规范化的，以入射到大气上界的日照为100个单位。 就地上而言，收入50=支出20 6 24就大气而言，收入16 4 6 24 14=支出38 26就当地燃气系统而言，收入100=支出6 20 4 6 38 26，可知地上、大气、地燃气系统的多年平均放射