大氣科學(xué)概論課件第十三輻射5

1、6.5 地面輻射差額和能量平衡,地面和大氣因輻射進(jìn)行熱量的交換， 其能量的收支狀況，是由短波輻射和 長(zhǎng)波輻射收支總和來(lái)決定的。 把物體收入的輻射能與支出的輻射能的 差值稱(chēng)為輻射差額。　　　　輻射差額=收入輻射-支出輻射　在沒(méi)有其它方式進(jìn)行熱交換時(shí)，輻射差額決定物體的溫度變化：輻射差額大于零，物體升溫； 輻

2、射差額小于零，物體降溫； 輻射差額為零時(shí)，物體溫度保持不變。,,6.5.1 地面輻射差額,地面由于吸收太陽(yáng)總輻射和大氣逆 輻射而獲得能量，同時(shí)又以其本身的 溫度不斷向外放出輻射而失去能量。 地面收入輻射能減去支出輻射能，所得 輻射能的差值，稱(chēng)為地面輻射差額FB。式中SA為太陽(yáng)直接輻射, SD為到達(dá)地面的散射輻射,

3、 SG為地面總輻射，rs為地面短波反射率， δ為地面紅外輻射吸收率。,凡是影響太陽(yáng)總輻射和地面有效輻射 的因子都能影響FB。 白天，總輻射起主要作用； 夜間，地面有效輻射起主要作用。 輻射差額的日變化： 輻射差額夜間為負(fù)， 白天為正。 由負(fù)值轉(zhuǎn)到正值的時(shí)刻 一般在日出后1小時(shí)， 由正值轉(zhuǎn)到負(fù)值的時(shí)刻在日落前1—1.5小時(shí)。如圖為輻射差額日變化的

4、情況。,地面輻射差額的年變化： 地面輻射差額的年變化隨緯度而異： 緯度越低，輻射差額保持正的月份越多， 緯度越高，輻射差額保持正的月份越少,p50圖中給出不同緯度輻射差額的年變化,,6.5.2 地面能量平衡,地表面除了輻射造成的能量收支外， 還有地表和貼地層空氣的熱量交換（感熱） 地表和深層土壤之間的熱交換和因地表 水分蒸發(fā)，由相變引起的地表能量損失（潛熱）

5、等項(xiàng)。,用Hal代表地表凈能量通量，則: RS為凈短波輻射通量，Rl為凈長(zhǎng)波輻射通量，HS為地表感熱通量，He為地表潛熱通量，Hm為流進(jìn)土壤深層的熱量。,當(dāng)Hal>0時(shí)，地表獲得能量，溫度升高； 當(dāng)Hal<0時(shí)，地表失去能量，溫度下降； 當(dāng)Hal=0時(shí)，地表能量平衡，溫度不變。 地表的溫度可通過(guò)Hal來(lái)計(jì)算，方法有土壤絕熱法、余項(xiàng)強(qiáng)迫法、感熱相關(guān)法、輻射相關(guān)法、土壤模式法

6、等，見(jiàn)書(shū)p51。 由于海洋和陸地的熱力性質(zhì)不同，在地表能量平衡的條件下，溫度變化不同：,陸地?zé)崛萘啃?，陸地上的氣溫變化大?海洋熱容量大，海水可以流動(dòng)，因此海洋 在白天或夏天將太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)，到了夜間 或冬天將儲(chǔ)存的熱量釋放出來(lái)，因而海洋上的 氣溫變化不大。 海陸差異引起白天陸地上氣溫比鄰近海洋高，夜間相反；夏季陸地上氣溫比鄰近海洋高，冬季相反。 這種因海陸

7、分布引起的對(duì)流層水平溫度梯度的季節(jié)性轉(zhuǎn)換，是引起大規(guī)模的季風(fēng)環(huán)流的主要原因之一。,,6.5.3 氣溫的日變化,,白天大氣通過(guò)輻射、分子運(yùn)動(dòng)、 湍流及 對(duì)流運(yùn)動(dòng)和潛熱輸送等方式將熱量傳遞，使 大氣溫度隨之升高；夜間地表面因放射長(zhǎng)波輻射而冷卻，使邊界層大氣溫度也隨之降低，因而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 和日較差的變化： ◇在

8、一日內(nèi)有一個(gè)最高值，一般出現(xiàn)在 午后14時(shí)左右，一個(gè)最低值，一般出現(xiàn)在 日出前后。（為何不出現(xiàn)在正午？） 因?yàn)榈孛娴淖罡咧等Q于地面儲(chǔ)存能量的多少，地面 收入大于支出轉(zhuǎn)為收入小于支出的時(shí)間在下午1點(diǎn)左右，即地面溫度最高，傳遞給大氣須一定的滯后時(shí)間，所以最高氣溫出現(xiàn)在14時(shí)左右。 ◇ 一天中氣溫的最高值與最低值之差，稱(chēng)為氣溫日較差，其大小反映氣溫日變化的程度。 氣溫日較差隨緯度變化：熱帶12℃

9、，溫帶8～9℃，極地3～4℃ 。,,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 和日較差的變化：　 ◇地球上絕大部分地區(qū)，在一年中 月平均氣溫有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值。 陸地最高7月，最低1月；海洋最高8月，最低2月； 赤道有兩高兩低，分別在春秋分和夏至冬至； 氣溫的變化取決于地面熱量收支的情況，而太陽(yáng)赤緯和晝夜長(zhǎng)短，是

10、影響地面熱量收支主要因子:,,,?從春分到夏至，太陽(yáng)赤緯逐漸增高，晝長(zhǎng)于夜也 逐漸增強(qiáng)，有利于地面熱量收入大于支出，溫度 不斷增大。 ?從夏至到秋分，太陽(yáng)赤緯逐漸減低，晝長(zhǎng)于夜也逐漸 減少，地面熱量收入大于支出的幅度在減少，但熱量收入 仍然大于支出，地面溫度仍上升。 ?到了大暑時(shí)，地面 熱量收支平衡，溫度 升到最高，不再

11、增加。 ?從大暑到秋分， 地面熱量收入小于支出，溫度開(kāi)始下降。?從秋分到冬至，太陽(yáng)赤緯繼續(xù)降低，晝?cè)絹?lái)越短于夜，但地面 熱量支出仍然大于收入，溫度繼續(xù)下降。?到了大寒時(shí)，地面熱量收支平衡，溫度不再下降，達(dá)到最低值。,可見(jiàn)，北半球中緯度地區(qū)，最熱的 日子在大暑，最冷的日子在大寒。 ◇一年中月平均氣溫的最高值與最低值 之差，稱(chēng)為氣溫年較差。 氣溫年較差的大小與緯度

12、、 地表性質(zhì)等因素有關(guān)。 如圖：氣溫年較差由低緯 向高緯增加，同緯度， 陸地年較差比海洋大得多。氣溫除周期變化還有非周期變化。,6.6 地氣系統(tǒng)能量平衡,,為了了解地氣系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)怎樣 維持平衡狀態(tài)，需要對(duì)地氣系統(tǒng)作為一個(gè) 整體的年平均能量平衡的了解。 下圖給出地氣系統(tǒng)總的能量平衡框圖：,,,圖中的數(shù)字歸一化，即把入射 大氣上界的太陽(yáng)輻射作為100個(gè)單位。

13、就地面而言：收入50=支出20+6+24 就大氣而言：收入16+4+6+24+14=支出38+26 就地氣系統(tǒng)而言： 收入100=支出6+20+4+6+38+26,,可見(jiàn)，無(wú)論是地面、大氣還是 地氣系統(tǒng)長(zhǎng)年平均的輻射收支都是處 于平衡狀態(tài)的。,,思考題： １、總結(jié)地面輻射、云輻射、大氣輻射的 特點(diǎn)。 2