大氣科學(xué)概論課件第十三：輻射5

1、6.5地面輻射的差額和能量平衡，地面和大氣通過(guò)輻射進(jìn)行熱交換，其能量的收支情況是由短波輻射和長(zhǎng)波輻射收支的總和決定的。 物體收入的放射能和支出的放射能的差叫做放射差。 輻射差=收入輻射-支出輻射用其他方式進(jìn)行熱交換時(shí)，輻射差決定物體的溫度變化：輻射差大于零，物體升溫的輻射差小于零，物體冷卻的輻射差為零時(shí)，物體的溫度不變。 6.5.1地面輻射的差異，地面在吸收太陽(yáng)總輻射和大氣反輻射獲得能量的同時(shí)，在其自身溫度下不斷向外輻射而失去能量。 從地面收入放射能減去支出放射能的放射能的差稱為地面放射差FB。 式中，SA為太陽(yáng)直接輻射，SD為到達(dá)地面的散射輻射，SG為地面總輻射，rs為地面短波反射率、地面紅

2、外輻射吸收率。 影響太陽(yáng)總輻射和地面有效輻射的因素都影響FB。 白天，總輻射發(fā)揮主要作用夜間，地面有效輻射發(fā)揮主要作用。 放射差的日變化：放射差在夜間為負(fù)，白天為正。 從負(fù)向正轉(zhuǎn)變的時(shí)刻一般在日出1小時(shí)后，從正向負(fù)轉(zhuǎn)變的時(shí)刻在日落的11.5小時(shí)前。 圖為輻射差的日變化情況。 地面輻射差額的年變化：地面輻射差額的年變化因緯度而異：緯度越低，輻射差額為正月份越多，緯度越高，輻射差額為正月份越少，p50圖顯示不同緯度輻射差額的年變化，6.5.2地面能量平衡， 地面表面除輻射產(chǎn)生的能量收支外，地表的凈能量通量用Hal表示， RS是凈短波輻射通量，Rl是凈長(zhǎng)波輻射通量，HS是地表熱敏通量，He是地表潛熱

3、通量，Hm是流入土壤深層的熱量。 如果變成Hal0，地表得到能量，溫度上升。如果變成Hal0，地表失去能量，溫度下降。如果Hal=0，地表的能量平衡，溫度不變。 地表溫度可以用Hal修正，方法有土壤絕熱法、佟項(xiàng)強(qiáng)制法、感熱相關(guān)法、輻射相關(guān)法、土壤模型法等，參照本p51。 由于海洋和陸地的熱性質(zhì)不同，地表能量平衡條件下溫度變化不同：陸地?zé)崛萘啃?，陸地氣溫變化大，海洋熱容量大，海水流?dòng)，海洋白天和夏天儲(chǔ)存太陽(yáng)能，晚上和冬天放出儲(chǔ)存的熱量，所以海洋的氣溫變化不大。 海陸的不同是白天陸地的氣溫比鄰海高，夜間相反的夏天陸地的氣溫比鄰海高，冬天則相反。 海陸分布對(duì)流層級(jí)溫度梯度的季節(jié)性轉(zhuǎn)換是引起大規(guī)模季風(fēng)

4、環(huán)流的主要原因之一。 6.5.3氣溫的日變化，白天的大氣以輻射、分子運(yùn)動(dòng)、湍流及對(duì)流運(yùn)動(dòng)和潛熱輸送等方式傳熱，與此相伴，使大氣溫度上升的夜間地表面因放射長(zhǎng)波輻射而冷卻，與此相伴，邊界層的大氣溫度也降低，引起大氣溫度的日變化。 氣溫的日變化通常包括極值出現(xiàn)的時(shí)間和日差的變化。 一天有最高值，在晚上14點(diǎn)左右出現(xiàn)，有最低值，在日出前后出現(xiàn)。 (為什么中午不出現(xiàn)？ 地上的最高值由地上儲(chǔ)藏能量的多少?zèng)Q定，地上的收入超過(guò)支出，收入低于支出的時(shí)間是下午1點(diǎn)左右，也就是地上的溫度最高，傳到大氣中需要一定的延遲時(shí)間，所以最高氣溫會(huì)在14點(diǎn)左右出現(xiàn)。 一天的氣溫最高值和最低值的差被稱為氣溫的日差，其大小反映了氣

5、溫的日變化程度。 氣溫的日差隨緯度變化：熱帶12、溫帶89、極地34。6.5.4氣溫的年變化、氣溫的年變化也包括極值出現(xiàn)的時(shí)間和日差的變化：在地球上大部分地區(qū)，一年中月平均氣溫有最高值和最低值。 陸地最高為7月，最低1月海最高為8月，最低2月赤道有2個(gè)高度，分別為春秋分和夏至，氣溫的變化取決于地面的熱平衡狀況，而太陽(yáng)赤緯和晝夜的長(zhǎng)度，是影響地面熱平衡的主要因素：從春分到夏至，太陽(yáng)赤緯逐漸增高，晝夜從夏至秋分，太陽(yáng)赤緯逐漸下降，白天比夜晚長(zhǎng)也逐漸減少，雖然地上的熱量收入比支出大幅減少，但熱量收入仍然比支出大，地上的溫度還在上升。 一到大暑，地上的熱平衡，溫度上升到最高，不再增加。 從大暑到秋分，

6、地上的熱收入比支出小，溫度開(kāi)始下降。 從秋分到冬至，太陽(yáng)赤緯持續(xù)下降，白天比夜晚短，但地上的熱支出比收入大，溫度持續(xù)下降。 到了大寒，地面熱平衡，溫度不下降，達(dá)到最低值。 據(jù)悉，在北半球的中緯度地區(qū)，最熱的日子是大暑，最冷的日子是大寒。 一年中的月平均氣溫的最高值和最低值的差叫做氣溫年差。 氣溫年差的大小與緯度、地表性質(zhì)等因素有關(guān)。 圖：氣溫年差從低緯向高緯增加，同緯度、陸地年差遠(yuǎn)大于海洋。 氣溫除了周期變化以外，還有非周期變化。 6.6地氣系統(tǒng)的能量平衡需要知道作為地氣系統(tǒng)整體的年平均能量平衡，以了解地氣系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)如何維持平衡狀態(tài)。 下圖顯示了整個(gè)地氣系統(tǒng)的能量平衡方框圖：圖中的數(shù)字是規(guī)范化的，以入射到大氣上界的日照為100個(gè)單位。 就地上而言，收入50=支出20 6 24就大氣而言，收入16 4 6 24 14=支出38 26就當(dāng)?shù)厝細(xì)庀到y(tǒng)而言，收入100=支出6 20 4 6 38 26，可知地上、大氣、地燃?xì)庀到y(tǒng)的多年平均放射