第二章 地球表层的能量收支(一)

第2章 地球表层的能量收支
第 1节 第 2节 第 3节 第 4节 太阳辐射 地球大气 辐射平衡 气温分布

第1节 太阳辐射
一、太阳的结构 太阳是一个巨大且炽热的气体球，它的直 径约为1.4×106 km，是地球直径的109 倍。

1.核反应区：高温(1500万K)、高压下的热 核反应 2.辐射区：能量传递(70万K) 3.对流区：能量传递（6000K) 4.太阳大气 „ 光球层:6000K，肉眼看到的发光体，黑子、 光斑； „ 色球层: 数万K,红色的太阳大气圈，日珥、 耀斑； „ 日冕层: 100万K，稀薄的大气，离子流。

为什么太阳温度从表面向日冕递增？
波加热的观点： 太阳拥有的强大磁场能够带走太阳表面 溢出的波，这些波将自身的能量倾泻在 日冕中，加热呈电离状态的气体，使其 上升到难以置信的高度。 „ 太阳磁场极端扭曲的观点： 太阳磁场存在很多圈，这些磁圈向外延 伸触及到日冕时就会产生扭曲，如同一 个橡皮带，极度扭曲就会突然断裂，爆 炸式地释放能量，迅速加热日冕气体。
„

二、太阳辐射能 1.太阳风：太阳日冕不断地发射被电离的 氢等离子体（质子和自由电子），吹到 地球附近，与地磁场发生相互作用，可 形成电离层的扰动和极光。

极光

2.电磁波 由不同波长的射线组成， 是太阳输送给地球能量的 主要方式。大多数影响地 球表层系统的太阳辐射位 于紫外、可见光和近红外 范围内。 „ 波长与频率的关系： 波长越短，频率越高； 波长越长，则频率越低。

„
温度与辐射波长的关系： 维恩定律：黑体(对所有波长的辐射都能吸收， 且吸收系数不随波长而变化的物体）辐射能力最 大值对应的波长λMax与辐射体表面的绝对温度T 成反比，比例常数C＝2897.8μm·K。
λ
Max
C = T
太阳辐射称为短波辐 射。地球表面辐射称为 长波辐射。

三、太阳常数和太阳活动 1.太阳常数 „ 定义：当地球处于日地平均距离处，在大 气圈热成层顶，与辐射方向垂直的平面上， 单位面积在单位时间内所接受的太阳辐射。 „ 量值：1367W·m-2（1969-1980年），最大 偏差±0.5%。

„ 地球表层系统自稳定的主要原因。 „ 温度效应：0.65-2.0℃/1% „ 变化原因：太阳活动

2.太阳活动 „ 概念：太阳黑子、光斑、日珥、耀斑等 的变化。

„
度量指标：相对黑子数
W = k (10m + n)

短周期：太阳黑子具有11.2年的周期， 光斑、日珥、耀斑和太阳风具有相同的 周期。 „ 长周期：80年（1645～1715年，1795～ 1835年）
„

„影响
对太阳常数的影响：太阳黑子活动强时， 太阳辐射强度增加，太阳常数增大。
对近地面气候的影响：统计分析为主， 机理仍不清楚。

四、天文辐射的时空分布 （1）大气圈顶辐射时空分布的特点　

全年日辐射总量低纬大于高纬。 „ 日辐射总量的季节变化低纬大于高纬。 „ 日辐射总量的纬向梯度冬季大于夏季。 „ 春分日和秋分日赤道日辐射总量最大，向 两极递减，极点为零。 „ 夏至日的日辐射总量从北回归线向南递减， 南极圈内为零；向北递增，北半球高纬最 大。 „ 冬至日的日辐射总量从南回归线向北递减， 北极圈内为零；向南递增，南半球高纬最 大。
„

（2）大气圈顶辐射时空分布的原因 „ 直接原因 太阳高度角的纬向 变化及其季节变化： 高度角越大，接收 太阳辐射越多。

„ 日照长度及其季节变化：一天之内的
日照长度越长，接收太阳辐射越多。 北极圈以北夏至日极昼现象。

„
根本原因 黄赤交角和地球的公转：使太阳高度角 和日照长度随地球在公转轨道上的位置 而变化，因此，地球上各地所获得的太 阳辐射才具有随季节而变化的特点。 地球的自转： 地球自转产生昼 夜的更替，从而 使地球上太阳辐 射的季节变化成 为全球共有的现 象。

五、天文季节与二十四节气

1.天文季节：根据地球环绕太阳公转的位置所划分的季节。

欧美各国：二至二分

我国古代：四立

2.二十四节气

“春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连，

秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。”。

反映气温变化：小暑、大暑、处暑、小寒、大寒

反映降水变化：雨水、谷雨、小雪、大雪 反映水气凝结变化：白露、寒露、霜降 反映气候状况：春分、秋分、夏至、冬至

反映物候变化：惊蛰、清明、小满、芒种 反映农事活动：立春（春种）、立夏（夏管）、立秋（秋收）、立冬（冬藏）

（3）天文季节的缺陷：不符合地面气候和

生物界季节变化的实际。

半球范围内，各地某一年季节的日期相同； 半球范围内，各地逐年季节的日期相同。（4）其他季节的划分

自然天气季节，气候季节，物候季节

遥感物候季节

地面物候季节