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地球的 热量 平衡 地球表面的能量平衡 1、地球表面的辐射平衡 地球表面与大气之间进行着各种形式的运动过程，太阳辐射是维持着平衡的主要源泉。因此，要研究地球的能量平衡，首先就要研究地球的辐射平衡。 由于地球距离太阳非常遥远，太阳释放的能量只有极微小的部分(20亿分之一)到达地球，以太阳常数计为1372W/m2。地球每分钟接受的太阳辐射相当于燃烧4亿吨烟煤产生的热量，是地球最主要的能量源泉。太阳常数的微小变化(或1%)都会引起地球能量系统包括气候的巨大变化。 太阳辐射到达地表以前，要经过大气的削弱作用(反射、散射和吸收)，最后被地表吸收的太阳辐射约占47%。天气和气候就决定于接受的太阳辐射和散失热量(反射、散射和辐射)之间的平衡。 太阳辐射 .1太阳辐射光谱和太阳常数 辐射是指具有能量的称为光量子的物质在空间传播的一种形态，传播时释放出的能量称为辐射能。太阳表面温度约为6000K，具有非常强的辐射能力。太阳辐射中的辐射按波长的分布称为太阳辐射光谱。其可分为三部分:紫外区、可见光区和红外区。 .2大气对太阳辐射的削弱作用 太阳辐射是通过大气圈进入地球表面的。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射等作用，而使太阳辐射不能全部到达地表。 (1)吸收作用太阳辐射穿过大气层时，大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射能的特性。占大气体积99%以上的氮、氧对太阳辐射的吸收甚微，主要吸收物质是水汽、CO2和O3。O3能吸收~的紫外线。水汽在可见光区和红外区均有不少吸收带，但吸收最强的是在0.73~2.85um的红外区。水汽的吸收可使太阳辐射损失4%~15%。CO2的吸收带也主要在红外区，以1.5um和4.3um波长附近的吸收最强。 (2)散射作用太阳辐射遇到空气分子、尘埃、云滴等质点时，要发生散射。散射可改变辐射的方向从前减少到达地面的太阳辐射能。当晴空时，空气分子起主要的散射作用，使波长短的蓝紫光散射强，所以天空是蔚蓝色;当阴天或大气中尘埃很多时，以致各种波长的辐射同时被散射，形成散射光长短波混合，使天空呈灰白色。 (3)反射作用大气圈中云层和较大的尘埃能将太阳辐射的一部分能量反射到宇宙空间。其中云的反射作用最为显著，云的反射能力随云状和厚度不同而有很大差异。 .3到达地面的太阳辐射 太阳辐射被大气削弱后，到达地面的辐射有两部分:一是太阳直接投射到地面上的部分，称为直接辐射;二是经散射后到达地面的部分，称为散射辐射。两者之和即为总辐射。 太阳直接辐射的强弱与太阳高度角和大气透明度有关，如大气中的云滴、灰尘和烟雾等都可减少直接辐射。散射辐射的强弱也取决于太阳高度角和大气透明度。总辐射变化受太阳高度、大气透明度、云量等因素的共同影响。在一年中，总辐射强度在夏季最大，冬季最小。总辐射在空间分布上一般为纬度愈低，总辐射愈大，反之愈小。 投射到地面的太阳辐射，一部分被地面吸收，另一部分被地面所反射。反射部分的辐射量占投射的辐射量的百分比，称为反射率。反射率的数值界于0和1之间。数值为0表示不存在任何反射现象，数值为1则表示所有的能量都被完全反射出去。通常情况下，地球的平均反射率约为，这就是说，假如照耀在地球上的太阳光共有100束，那么其中平均约有31%被反射回太空中。实际上，森林、沙漠、海洋、云层、冰雪等物质的反照率都不尽相同，例如森林的反射率约为，沙漠的反照率约为，新雪的反射率为85%，干黑土为14%，潮湿黑土仅为8%。这些地貌的变化也有可能会影响地球对太阳辐射的吸收量。 海洋的反射率大约是，而冰雪及云层的反射率界于之间。换言之，云层和冰雪都是光热辐射效果明显的反射界面，其中冰和雪算得上是地球表面反射率最高的物质。南极洲部分地区的冰雪甚至能将90%以上的太阳光反射回去。相比之下，液态水则不利于光热辐射。因为无论云层还是冰雪等都由若干层面共同构成，它们都有助于增强对光热的反射，而液态水在静止的情况下仅通过其表面来反射光热。因此，风平浪静的海洋对光热的反射作用非常有限，只有在海浪兴起之时才会出现多个反射面，更多的光线才可能被反射。 地面辐射和大气辐射 地面和大气既吸收太阳辐射，又依据本身的温度状况向外放出辐射。由于地面和大气的温度远远低于太阳的温度，因而地面和大气辐射的电磁波比太阳辐射长得多，其能量主要集中在4~120um的范围内，故常把太阳辐射称为短波辐射，地面和大气辐射称为长波辐射。 地面辐射是由地面向上空放出热量，其大部分被大气所吸收，小部分进入宇宙空间。据估计，约有75%~95%的地面长波辐射被大气所吸收，且这些辐射几乎全部被吸收在近地面40~50m厚的大气层中。 地面辐射的方向是向上的，大气辐射的方向则既有向上的，也有向下的。大气辐射方向向下的部分称为大气逆辐射。大气逆辐射的存在能使地面因长波辐射而损失的热量减少，这种作用对地球表面的热量